分子油墨制造技术

适合于在基底上印刷(例如丝网印刷)导电轨迹的无片状分子油墨具有30‑60wt％C8‑C12羧酸银或5‑75wt％二(2‑乙基‑1‑己胺)甲酸铜(II)、二(辛胺)甲酸铜(II)或三(辛胺)甲酸铜(II)、0.1‑10wt％聚合物粘合剂(例如乙基纤维素)以及余量为至少一种有机溶剂。用分子油墨形成的导电轨迹较薄，具有较低的电阻率，与基底的粘附力比金属片油墨大，具有较好的印刷分辨率，以及比金属片油墨的粗糙度低多至8倍。此外，移除利用Loctite 3880粘合至所述轨迹的发光二极管所需的剪切力比商购的基于片状的油墨强烈至少1.3倍。

Molecular ink

Suitable for printing on the substrate (such as screen printing ink has no flake) 30 molecular 60wt%C8 C12 75wt% two or 5 silver carboxylate conductive traces (2 1 ethyl hexyl amine) benzoic acid (II), copper (Xin An two) acid copper (II) or three (Xin An) (copper formate II, 0.1 10wt%) polymer binder (e.g. ethyl cellulose) and the remainder of at least one organic solvent. The conductive trace formed by molecules of the ink is thinner, with low resistivity, and the adhesion force of the substrate than the sheet metal ink, printing has better resolution, and the ratio of sheet metal ink low roughness to 8 times. In addition, the shear force led by Loctite removed 3880 adhered to the desired trajectory than commercial purchase sheet ink based on at least 1.3 times stronger.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年6月19日提交的美国临时专利申请连续第USSN62/014,360号的权益，将其全部内容通过引用并入本文。领域本申请涉及分子油墨以及设备，特别是由此产生的柔性回路。背景丝网印刷是在柔性基底上产生导电特征的常用技术，以及在印刷电子工业中采用的最普通的油墨基于金属片。工业设施通常的问题是产生的轨迹宽度小于100μm，轨迹厚度小于5μm。当银片油墨的厚度小于4微米时，其不能产生充分导电的轨迹。而且，银片油墨不能产生柔性的导电轨迹，当厚度小于4微米时，它们也不能被折痕。银片油墨也产生粘附力有限的轨迹，其需要封装以便用导电粘合剂加强贴合。由于银片的尺寸(数微米)，印刷亚微米厚的导电轨迹是不可能的，为了使狭窄轨迹的长宽比最小，亚微米厚的导电轨迹是高度期望的。此外，当前的丝网印刷油墨不能产生地形上平坦的表面。如上所描述的，大多数商业的可丝网印刷油墨利用银片制剂。用这些基于片状的油墨遇到的问题源于它们的尺寸大(数微米的片状大小)。因为片状较大，可能难以通过小的丝网尺寸物理印刷并产生其中片状全部良好重叠以产生导电轨迹的均匀轨迹。在将丝网油墨印刷在聚合物基底上的情况下，油墨必须于较低温度下烧结，并且因此所述片状仅被轻微烧结，产生薄膜电阻值范围通常为10-50mOhm/sq/mil的轨迹。此外，因为得到的轨迹由大的重叠银片组成，所以表面外形通常是粗糙的。粗糙的表面在RFID应用中特别有问题，在RFID应用中，天线的性能部分由表面粗糙度决定。存在使用纳米颗粒(直径<100nm)来克服该问题的实例，但是纳米颗粒的生产相对昂贵，并且获得的性能不足以证明额外成本的合理性。仍需要可以产生柔性导电轨迹的可印刷分子油墨，尤其是用于丝网印刷的分子油墨。概述本专利技术的分子油墨包含三种主要组分：金属前体分子、粘合剂和至少一种有机溶剂。油墨处理期间金属前体分子的分解产生导电的金属颗粒，所述粘合剂与导电的金属颗粒结合在一起，并且提供具有适当的力学特性并粘附至基底的轨迹，所述溶剂主要用来帮助使油墨可印刷，尽管所述溶剂也可以溶解分子油墨以提供更均匀的油墨以及由其产生轨迹。当沉积在基底上形成轨迹并进行适当处理时(例如通过加热或光照)，金属前体分子形成被粘合剂结合的导电纳米颗粒。得到的轨迹由连通的金属纳米颗粒组成，但是所述纳米颗粒在原位产生，因此油墨的费用可以与商业的基于片状的油墨的费用竞争。此外，由于连通的纳米颗粒结构，电阻率值比基于金属片的油墨低。而且，相比于基于金属片的油墨，源自分子油墨的轨迹显示改善的与粘合剂的粘合，比基于金属片的油墨具有更好的印刷分辨率，以及比基于金属片的油墨的粗糙度低多至8倍。在一个方面，提供包含无片状的可印刷组合物的分子油墨，所述组合物包含30-60wt％的C8-C12羧酸银，0.1-10wt％的聚合物粘合剂以及余量(balance)为至少一种有机溶剂，所有重量基于所述组合物的总重量。在另一方面，提供包含无片状的可印刷组合物的分子油墨，所述组合物包含30-60wt％的C8-C12羧酸银，0.25-10wt％的聚合物粘合剂以及余量为至少一种有机溶剂，所有重量基于所述组合物的总重量。在另一方面，提供无片状的可印刷组合物，所述组合物包含5-75wt％的二(2-乙基-1-己胺)甲酸铜(II)、二(辛胺)甲酸铜(II)或三(辛胺)甲酸铜(II)，0.1-10wt％的聚合物粘合剂以及余量为至少一种有机溶剂，所有重量基于所述组合物的总重量。在另一方面，提供无片状的可印刷组合物，所述组合物包含5-75wt％的二(2-乙基-1-己胺)甲酸铜(II)、二(辛胺)甲酸铜(II)或三(辛胺)甲酸铜(II)，0.25-10wt％的聚合物粘合剂以及余量为至少一种有机溶剂，所有重量基于所述组合物的总重量。在另一方面，提供在基底上产生导电金属轨迹的方法，所述方法包括将分子油墨印刷在基底上以在基底上形成油墨轨迹，以及对在印刷基底上的油墨轨迹进行烧结以形成导电的金属轨迹。在另一方面，提供印刷基底，其包含由所述方法产生的导电轨迹。在另一方面，提供电子设备，其包含在基底上印刷的由所述方法产生的导电轨迹。本专利技术的分子油墨使利用所述油墨可以产生的导电轨迹具有意外的组合特性，以及从所述导电轨迹制造的设备具有意外的组合特性。例如，导电轨迹可以具有光滑的、薄的、狭窄的、柔性的且高导电性的某些组合。导电轨迹可以呈现对基底尤其是柔性基底的粘附增强。增强的粘附允许在无需封阻的情况下使用导电环氧树脂以满足大于4lbs剪切力(最小值不小于4lbs)的工业标准性能量度。此外，由本专利技术的油墨产生的导电轨迹可以以较少的步骤更有效地产生，并且因此比从已有的纳米颗粒产生的等同的导电轨迹产生的费用显著更少。金属离子被直接地转化为在电子电路中立即可用的金属轨迹，避免需要形成受控制的尺寸的金属颗粒的步骤。具体而言，意外地是，丝网印刷本专利技术的油墨可以形成小于1微米厚的导电轨迹，其可以通过对于柔性而言的标准的弯曲和折痕测试，同时维持粘附至基底且电阻低(高的导电率)。在下述的详细描述中，将描述其它特征或者其它特征将变得显而易见。应当理解，本文所描述的各特征可以与其它描述的特征中的任一种或多种以任意的组合使用，以及除本领域技术人员显而易见的之外，各特征不一定依赖于另外特征的存在。附图简述为了更清楚的理解，现在，通过实例的方式，参考附图详细地描述优选的实施方案，其中：图1A显示从各种银基分子油墨产生的导电轨迹的电学特性的数据。图1B显示从各种银基分子油墨产生的导电轨迹的力学特性(ASTMF1683-02)的数据。表中的结果是在进行测试之后观察到的电阻的变化。理想地，在测试之后电阻的增加应当小于10％。当表中输入“FAIL”时，轨迹在测试期间破损并且不能测量电阻。图1C为显示通过ASTMF1681-07a测量的产生自本专利技术的银基油墨的5-20mil宽轨迹的载流容量的图表。图1D是利用IPC剪切力测试比较移除在不封装的情况下使用粘合剂粘合至来源于银基油墨的轨迹的LED所需的剪切力(lbs)的图。图2A是产生自用不同分子量的乙基纤维素配制的铜基油墨的铜膜的电阻率(μΩ·cm)相对乙基纤维素的分子量(g/mol)的图。图2B是在柔性测试(ASTMF1683-02)之前和之后，制备自用不同分子量的乙基纤维素配制的铜基油墨的铜轨迹的线电阻的变化(％)相对乙基纤维素的分子量(g/mol)的图。图3是显示从大量基于胺甲酸铜(II)的无粘合剂的油墨产生的轨迹的电阻率(μΩ·cm)的图，其中戊胺是二(戊胺)甲酸铜(II)，己胺是二(己胺)甲酸铜(II)，6-甲基-2-庚胺是二(6-甲基-2-庚胺)甲酸铜(II)，EtHex2是二(2-乙基-1-己胺)，Octyl2是二(辛胺)甲酸铜(II)以及Octyl3a是三(辛胺)甲酸铜(II)。图4显示从银基分子油墨的各种其它实施方案产生的导电轨迹的电学和力学特性的数据。标称线宽是用来印刷轨迹的丝网的特征的实际宽度。被定义为标称线宽和测量的线宽之间的差值。图5描述了在KaptonTM上印刷为互相交叉特征的分子油墨(NRC-7)的线分辨率，2.4mil的轨迹线宽通过2.4mil与下一特征间隔(A)，特征的光学表面光度仪图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
分子油墨，其包含无片状的可印刷组合物，所述组合物包含30‑60wt％C8‑C12羧酸银，0.1‑10wt％聚合物粘合剂以及余量为至少一种有机溶剂，所有重量基于所述组合物的总重量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.19 US 62/014,3601.分子油墨，其包含无片状的可印刷组合物，所述组合物包含30-60wt％C8-C12羧酸银，0.1-10wt％聚合物粘合剂以及余量为至少一种有机溶剂，所有重量基于所述组合物的总重量。2.如权利要求1所述的油墨，其中所述羧酸银以45-55wt％的量存在。3.如权利要求1至2中任一项所述的油墨，其中所述羧酸银是新癸酸银。4.分子油墨，其包含无片状的可印刷组合物，所述组合物包含5-75wt％二(2-乙基-1-己胺)甲酸铜(II)、二(辛胺)甲酸铜(II)或三(辛胺)甲酸铜(II)，0.25-10wt％聚合物粘合剂以及余量为至少一种有机溶剂，所有重量基于所述组合物的总重量。5.如权利要求4所述的油墨，其中所述二(2-乙基-1-己胺)甲酸铜(II)、二(辛胺)甲酸铜(II)或三(辛胺)甲酸铜(II)以65-75wt％的量存在。6.如权利要求1至5中任一项所述的油墨，其中所述组合物包含0.25-10wt％的粘合剂。7.如权利要求1至5中任一项所述的油墨，其中所述组合物包含2.5-5wt％的粘合剂。8.如权利要求1至7中任一项所述的油墨，其中所述粘合剂包括乙基纤维素、聚吡咯烷酮、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸类、尿烷、硅酮、苯乙烯烯丙醇、聚碳酸亚烷基酯、聚乙烯醇缩乙醛、聚酯、聚氨酯、聚烯烃、氟塑料、氟橡胶、热塑性弹性体或者以上任意混合物。9.如权利要求1至7中任一项所述的油墨，其中所述粘合剂包括乙基纤维素。10.如权利要求9所述的油墨，其中所述乙基纤维素包括具有不同分子量的乙基纤维素的混合物。11.如权利要求9或10所述的油墨，其中所述乙基纤维素的平均重量平均分子量范围为35,000-100,000g/mol。12.如权利要求9或10所述的油墨，其中所述乙基纤维素的平均重量平均分子量范围为60,000-95,000g/mol。13.如权利要求9所述的油墨，其中所述乙基纤维素包括含第一乙基纤维素和第二乙基纤维素的乙基纤维素的混合物，所述第一乙基纤维素的重量平均分子量范围为60,000-70,000g/mol，所述第二乙基纤维素的重量平均分子量范围为90,000-100,000g/mol。14.如权利要求9至13中任一项所述的油墨，其中所述粘合剂还包括不同于乙基纤维素的一种或多种其它聚合物。15.如权利要求1至14中任一项所述的油墨，其中所述溶剂包含芳香族有机溶剂。16.如权利要求15所述的油墨，其中所述芳香族有机溶剂包含苯、甲苯、乙苯、二甲苯、氯苯、二苄醚、苯甲醚、苯基腈、吡啶、二乙基苯、丙苯、异丙基苯、异丁基苯、p-伞花烃、二氢化茚、四氢化萘、三甲基苯(例如均三甲苯)、杜烯、p-异丙基苯、四氢化萘或以上的任意混合物。17.如权利要求15所述的油墨，其中所述芳香族有机溶剂包含甲苯、二甲苯、苯甲醚、二乙基苯或以上的任意混合物。18.如权利要求15至17中任一项所述的油墨，其中所述溶剂还包含基于所述溶剂重量的75wt％或更少的量的非芳香族有机溶剂。19.如权利要求18所述的油墨，其中所述非芳香族有机溶剂包含松油醇或辛醇，以及所述至少一种芳香族溶剂包含二甲苯。20.如权利要求1至14中任一项所述的油墨，其中所述溶剂包含非芳香族有机溶剂。21.如权利要求20所述的油墨，其中所述非芳香族有机溶剂包括松油醇、α-松油烯、γ-松油烯、异松油烯、柠檬烯、蒎烯、蒈烯、甲基环己醇、辛醇、庚醇或以上的任意混合物。22.如权利要求20所述的油墨，其中所述非芳香族有机溶剂包括松油醇、α-松油烯、2-甲基环己醇、1-辛醇或以上的任意混合物。23.如权利要求20所述的油墨，...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德·凯尔，茜尔维·拉弗雷聂瑞，香塔尔·帕奎特，帕特里克·马勒方特，奥尔嘉·莫森逊，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，格雷厄姆集团国际公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA