一种低熔点合金墨水及其应用制造技术

本发明专利技术涉及电子墨水技术领域，且公开了一种低熔点合金墨水及其应用，按质量百分比计由20

【技术实现步骤摘要】
一种低熔点合金墨水及其应用


[0001]本专利技术涉及电子墨水
，具体为一种低熔点合金墨水及其应用。

技术介绍

[0002]柔性印刷电子增材制造技术是一种利用电子墨水在柔性基材表面通过印刷连续生产大面积柔性电路的技术，具有绿色、节能、高效、低成本等优势且有利于实现电子设备的高密度化、微型化、轻薄化等特点。电子墨水作为柔性印刷电路增材制造的关键原料，是提高印刷生产效率以及柔性印刷电路性能的关键一环。
[0003]电子墨水导电填料主要为纳微米金属或碳材料，高温固化烧结才能形成连续通路，从而获得高的导电性和机械强度。但柔性基材不耐高温，高温烧结会破坏柔性电路的结构并大幅缩短使用寿命。
[0004]合金材料在组成和性能方面可灵活调控，且可显著降低熔点，在低温电子墨水领域应用潜力巨大。《Science China Materials》(2022年，第65卷，第2072页)报道了一种以镓基液态金属作为导电填料的电子墨水，其在室温下同时具备金属导电性及液体延展性，被应用于柔性印刷电子的制备。但由于液态金属的高表面张力，具有自发形成球形液滴的倾向，阻碍其润湿基材表面及形成电路图案，降低了合金墨水的机械强度和印刷性能。
[0005]因此，需要寻找一种新型合金填料作为金属粘结剂焊接导电填料，在降低固化温度情况下，实现合金墨水导电性能、机械强度、印刷性能的协同提升。
[0006]基于此，我们提出了一种低熔点合金墨水，希冀解决现有技术中的不足之处。

技术实现思路

[0007](1)解决的技术问题
[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种低熔点合金墨水及其应用。
[0009](二)技术方案
[0010]为实现上述的目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0011]一种低熔点合金墨水，按质量百分比计由20
‑
50％合金填料、30
‑
70％金属单质填料和10
‑
30％有机混合助焊剂混合制成。
[0012]作为进一步的技术方案：所述的金属单质填料包括铜、锡、银、镍、铝中的一种及或多种。
[0013]作为进一步的技术方案：所述有机混合助焊剂由三丙二醇单丁醚、辛二酸、月桂酸乙烯酯、二甲基环己酮、柠檬酸按照体积分数依次为：10
‑
20％、5
‑
12％、25
‑
45％、20
‑
40％、5
‑
12％混合得到。
[0014]作为进一步的技术方案：所述合金填料制备方法为：
[0015]将金属盐混合溶液低温共还原制备无定形合金纳米种子混合物；
[0016]对合金纳米种子混合物控温熟化生长制备合金填料；所述无定形合金纳米种子平均粒径为3
‑
100nm；所述合金填料的平均粒径为1
‑
20μm且熔点低于180℃。
[0017]作为进一步的技术方案：所述金属盐选自氯化铜、硫酸铜、氧化铋、氯化铋、硝酸铋、柠檬酸铋、硝酸银、氯化铟、硝酸铟、氯化锡、硝酸锡、硫酸亚锡中的两种或两种以上，且需要包含两种或两种以上不同金属的盐；
[0018]优选锡盐与铋盐；
[0019]其中，锡盐与铋盐混合质量比为3
‑
4：6
‑
7。
[0020]作为进一步的技术方案：所述低温共还原指将金属盐混合溶液滴加至0℃的还原剂溶液中，并在N2氛围保护下机械搅拌10
‑
90min。
[0021]作为进一步的技术方案：所述控温熟化生长为两步热处理，第一步热处理温度为100
‑
160℃，热处理时间为10
‑
60min，第二步以0.5
‑
1℃/min加热速率加热到170
‑
190℃，保温10
‑
60min。
[0022]低熔点合金墨水在柔性电路板印刷、柔性混合式电子器件封装、半导体封装、柔性光伏、柔性显示、柔性传感器领域中的应用。
[0023]一种低熔点合金墨水的制备方法，包括如下步骤：
[0024](1)将铜盐、铋盐、银盐、铟盐、锡盐金属盐混合溶液低温共还原制备无定形合金纳米种子混合物；
[0025](2)合金纳米种子混合物控温熟化生长制备合金填料；
[0026](3)将合金填料、金属单质填料、有机混合助焊剂混合均匀配制低熔点合金墨水。
[0027]作为进一步的技术方案：所述低熔点合金墨水使用方法为：
[0028]以低熔点合金墨水为原料通过直写工艺制备柔性电路；
[0029]所述直写工艺包括对喷头尺寸、喷头高度、加热温度、直写速度、挤出压力等直写印刷参数的多维调控，实现控温熔融挤出，直接得到导电通路，不再需要退火处理。
[0030]本专利技术的特点在于具有低温焊接特性的合金填料在熔融状态下作为金属粘结剂浸润到金属单质填料的间隙中，与金属单质填料相互接触并扩散；当焊接、冷却后，金属粘结剂凝固并固化，合金填料与金属单质填料相互连接，形成连续的长程贯穿导电通路；通过调控合金填料与金属单质填料的比例实现焊接性能与填料本征性能的最优化，有效降低合金墨水的固化温度，协同提升其导电性能、机械强度和印刷性能；配合对喷头尺寸、加热温度、挤出压力等直写印刷参数的多维调控，实现控温熔融挤出，直接得到导电通路，不再需要退火处理。
[0031](三)有益效果
[0032]与现有技术相比，本专利技术提供了一种低熔点合金墨水，具备以下有益效果：
[0033](1)可低温焊接的合金填料作为金属粘结剂与导电性高的金属单质填料相互接触并扩散，提高合金墨水导电性；
[0034](2)金属单质填料优良的机械强度和连接紧密的长程贯穿导电通路，大幅提升合金墨水的断裂强度和剥离强度；
[0035](3)低熔点的合金在低温加热过程中转变为高熔点的金属间化合物，有效消除低熔点合金，提升印刷电路的耐候性和工作温度；
[0036](4)通过控温熔融直接挤出得到导电通路，结合对直写印刷参数的多维调控，实现大面积、高精度柔性电路的高效制备。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例制备的低熔点合金墨水流程图；
[0038]图2为本专利技术实施例制备的低熔点合金墨水不同合金填料含量所形成导电通路示意图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]一种低熔点合金墨水，按质量百分比计由20
‑
50％合金填料、30
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70％金属单质填料和10
‑
30％有机混合助焊剂混合制成。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低熔点合金墨水，其特征在于，按质量百分比计由20
‑
50％合金填料、30
‑
70％金属单质填料和10
‑
30％有机混合助焊剂混合制成。2.根据权利要求1所述的一种低熔点合金墨水，其特征在于：所述的金属单质填料包括铜、锡、银、镍、铝中的一种及或多种。3.根据权利要求1所述的一种低熔点合金墨水，其特征在于：所述有机混合助焊剂由三丙二醇单丁醚、辛二酸、月桂酸乙烯酯、二甲基环己酮、柠檬酸按照体积分数依次为：10
‑
20％、5
‑
12％、25
‑
45％、20
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40％、5
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12％混合得到。4.根据权利要求1所述的一种低熔点合金墨水，其特征在于：所述合金填料制备方法为：将金属盐混合溶液低温共还原制备无定形合金纳米种子混合物；对合金纳米种子混合物控温熟化生长制备合金填料；无定形合金纳米种子平均粒径为3
‑
100nm；所述合金填料的平均粒径为1
‑
20μm且熔点低于180℃。5.根据权利要求4所述的一种低熔点合金墨水，其特征在于：所述金属盐选自氯化铜、硫酸铜、氧化铋、氯化铋、硝酸铋、柠檬酸铋、硝酸银、氯化铟、...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱晟，唐桤泽，张震，管晓彤，方斌，季鑫，王保余，周致远，
申请(专利权)人：厦门银方新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：