銀系導(dǎo)電油墨的制備及性能研究

王艷芳，吳子剛（三友（天津）高分子技術(shù)有限公司，天津 300211）

銀系導(dǎo)電油墨的制備及性能研究

王艷芳，吳子剛
（三友（天津）高分子技術(shù)有限公司，天津 300211）

以丙烯酸樹脂、飽和聚酯樹脂為導(dǎo)電填料載體，將其溶解于高沸點混合溶劑中制成粘接料，再將粘接料、導(dǎo)電銀粉和其他配合劑按比例混合研磨成導(dǎo)電油墨。采用劃格法及雙臂電橋計測量其附著力及電阻率，探討了不同樹脂、溶劑、導(dǎo)電填料、導(dǎo)電劑對導(dǎo)電油墨導(dǎo)電性和附著力的影響，此外還分析了導(dǎo)電油墨在不同固化溫度下電阻率與時間的關(guān)系。結(jié)果表明，當電阻率達到1.25×10-4Ω·cm，附著力達到1級時，配制的導(dǎo)電油墨能夠滿足在電子技術(shù)方面的應(yīng)用要求。

銀系導(dǎo)電油墨；導(dǎo)電性；電子技術(shù)

導(dǎo)電油墨作為一種新材料、新技術(shù)，在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用是多種多樣的。早期主要用于代替電子設(shè)備制造中的焊錫和抗靜電材料，隨著材料制備技術(shù)與性能的改進，導(dǎo)電油墨的應(yīng)用領(lǐng)域獲得極大拓展。目前，作為一種功能電子材料，導(dǎo)電油墨已經(jīng)成為全印制電路技術(shù)、半導(dǎo)體封裝、印制電子器件等領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料，對實現(xiàn)電子設(shè)備的高密度化、微型化組裝以及電子設(shè)備輕、薄、功能集成化等起著重要作用。

本文以丙烯酸樹脂和飽和聚酯樹脂為載體，乙二醇苯醚、松油醇、松節(jié)油、乙二醇丁醚和蓖麻油為樹脂的混合溶劑，銀粉為導(dǎo)電填料，BZ-33導(dǎo)電劑起抗靜電作用，通過加熱溶解、三輥研磨制備了銀系導(dǎo)電油墨，并對其性能進行了研究。

1　實驗部分

1.1原料

丙烯酸樹脂、飽和聚酯樹脂，工業(yè)品，德國進口；乙二醇苯醚，上海三愛思試劑有限公司；松油醇，北京化學試劑公司；松節(jié)油，天津化學試劑三廠；乙二醇丁醚，天津大堯化學試劑有限公司；蓖麻油，天津市化學試劑三廠；導(dǎo)電銀粉，北京博瑞賽導(dǎo)電粉體材料發(fā)展中心；導(dǎo)電劑BZ-33，廣東省佛山市順德區(qū)世邦佳明化工有限公司。

1.2設(shè)備與儀器

美國水浴B型，美國儀器公司；三輥研磨機S-150，上海第一化工機械廠；HG1941A型數(shù)字式低電阻/電壓表，天津市無線電一廠；Q65-07漆膜附著力試驗儀，中國天津材料試驗機廠；DV-Ⅱ黏度計，美國儀器公司；202-AO型電熱鼓風干燥箱，天津?qū)嶒瀼S。

1.3銀系導(dǎo)電油墨的制備

1）粘料的制備：丙烯酸樹脂、飽和聚酯樹脂和高沸點溶劑按比例配好后放置在溫度為50～60 ℃的水浴鍋中，攪拌至完全溶解即可。各組分配比為：聚酯樹脂60質(zhì)量份，丙烯酸樹脂20質(zhì)量份，乙二醇苯醚18質(zhì)量份，松油醇8質(zhì)量份、松節(jié)油、乙二醇丁醚各1質(zhì)量份、蓖麻油0.2質(zhì)量份。

2）導(dǎo)電油墨的制備：按比例稱取粘料、導(dǎo)電銀粉、BZ-33導(dǎo)電劑，攪拌之后用三輥研磨機研磨均勻即可。各組分配比為：粘料25質(zhì)量份，銀粉84質(zhì)量份，BZ-33導(dǎo)電劑0.2質(zhì)量份。

1.4性能測試

1）導(dǎo)電性：經(jīng)烘烤后用千分尺測膠的厚度δ；用游標卡尺測膠的寬度d和長度L，用雙臂電橋計測量膠條2端的電阻值RX，然后按式（1）計算電阻率。

2）附著力：參照國標GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》進行測試，基材采用環(huán)氧樹脂板。

2　結(jié)果與討論

2.1樹脂對導(dǎo)電油墨附著力的影響

聚酯樹脂選用高分子質(zhì)量、線性飽和的共聚聚酯樹脂，其特點是附著力好，耐候性、柔韌性突出，但硬度差；丙烯酸樹脂選用熱塑性丙烯酸，其特點是耐光、耐老化、有光澤、硬度好，能溶于溶劑。由表1可知，綜合考慮產(chǎn)品的附著力和固化后粘彈性，飽和聚酯樹脂S1606與丙烯酸樹脂M527的質(zhì)量比為3：1最佳。

表1　2種樹脂配比對導(dǎo)電油墨附著力的影響Tab.1　Influence of weight ratio of two resins on conductive ink adhesion

2.2溶劑對導(dǎo)電油墨性能的影響

溶劑的溶解能力和揮發(fā)梯度，對油墨成膜過程和膜的性能有很大影響。油墨的干燥時間長短依賴于不同揮發(fā)速度的溶劑配比，混合溶劑中揮發(fā)速度最慢的組分是樹脂的良溶劑，這樣才能保證油墨對承印物有良好的附著力。各種溶劑性能見表2。

表2　不同溶劑在導(dǎo)電油墨中的適用性Tab.2　Applicability of different solvents in conductive ink

本試驗中，乙二醇苯醚是樹脂的良溶劑，揮發(fā)速度最慢。經(jīng)反復(fù)試驗確定，混合溶劑質(zhì)量比為：乙二醇苯醚：松油醇：松節(jié)油：乙二醇丁醚：蓖麻油=18：8：1：1：0.2。

2.3導(dǎo)電填料對導(dǎo)電油墨導(dǎo)電性的影響

無機系導(dǎo)電油墨中的導(dǎo)電材料主要采用金粉、銀粉、銅粉、鎳粉及炭黑粉、石墨粉、碳纖維等。參考表3綜合考慮，最終選擇銀粉作導(dǎo)電填料。

表3　各種導(dǎo)電填料的性能比對Tab.3　Comparison of advantage and disadvantage of conductive fillers

導(dǎo)電銀粉的形狀和粒徑對導(dǎo)電性影響很大。如片狀比球狀的接觸面要大，因而顯示出更好的導(dǎo)電性能。在同一配比的情況下，用球狀銀粉配制的導(dǎo)電膠電阻率為10-2Ω·cm，而片狀銀粉導(dǎo)電膠的電阻率可達10-4Ω·cm。粒徑越小，導(dǎo)電性越高。粒徑在10 μm以下，分布適當，在最緊密填充狀態(tài)下導(dǎo)電性最好，見圖1。

通過對不同粒徑不同形狀的銀粉進行試驗，綜合考慮選擇北京博瑞賽2.5 μm的片狀銀粉和8 μm的球狀銀粉混合使用。

導(dǎo)電銀粉填充量對導(dǎo)電油墨導(dǎo)電性的影響見表4。

圖1　不同形狀銀粉的接觸狀態(tài)Fig.1　Contact state of silver powder with different shape［a）球狀銀粉的點接觸；b）片狀銀粉的面接觸；c）混合銀粉的接觸狀態(tài)］

表4　銀粉加入量對導(dǎo)電油墨導(dǎo)電性的影響Tab.4　Effect of silver powder addition on electrical conductivity of conductive ink

由表4可見，粘料與銀粉質(zhì)量比為1：3.31時導(dǎo)電油墨性能較好。

2.4導(dǎo)電劑對導(dǎo)電油墨性能的影響

BZ-33導(dǎo)電劑是一種低黏度有機胺鹽化合物，在印刷油墨中起抗靜電作用，可改善油墨產(chǎn)品抗摩擦、浮色、發(fā)花性能。通過試驗加入量不能超過0.2%，否則影響墨膜的附著力，試驗結(jié)果見表5。

表5　BZ-33導(dǎo)電劑加入量對導(dǎo)電油墨附著力的影響Tab.5　Effect of BZ-33 conductive agent addition on adhesion of conductive ink

2.5固化溫度和時間對電阻率的影響

在一定溫度范圍內(nèi)，固化溫度越高或固化時間越長，固化程度就越高，導(dǎo)電性越好。固化溫度和時間對導(dǎo)電性的影響見圖2。

圖2　固化溫度和固化時間對電阻率的影響Fig.2　Effect of curing temperature and curing time on electrical resistivity

從圖2可以看出，固化條件為170 ℃/（30～40）min時，導(dǎo)電性較為理想。

3　結(jié)論

按本實驗確定的最佳配方和工藝制備導(dǎo)電油墨，固化條件為170 ℃/（30～40）min時，導(dǎo)電油墨可達到電阻率為1.25×10-4Ω·cm，附著力為1級的良好性能。此導(dǎo)電油墨可應(yīng)用于全印制電子技術(shù)成為很多新電子產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的源泉，全印制電子技術(shù)將極大地改變?nèi)藗兊纳?，并將帶來巨大商機。

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Preparation and properties of silver-based conductive ink

WANG Yan-fang， WU Zi-gang
（Sanyou （Tianjin） Macromolecular Technology Co.，Ltd.， Tianjin 300211， China）

In this paper， the acrylic resin and saturated polyester resin were used as the carrier of conductive fillers， and dissolved the into the high boiling point solvents for making a sticky material. The conductive ink was prepared with the sticky material， the conductive silver powder and other additives by proportionally mixing and grinding. The grid test and double arm bridge were used to measure the adhesion and electrical resistivity. The influence of different resins， solvents， conductive fillers and conductive agent on the properties of conductive ink was discussed， and the relationship between the temperature and time of curing and the resistivity of conductive ink was also analyzed. The prepared conductive ink had a resistivity of 1.25×10-4Ω·cm， and the adhesion reaches grade 1， which can meet the requirements of its application in electronic technology.

silver conductive ink； conductivity； electronic technology

TS852

A

1001-5922（2015）10-0082-04

2015-07-15

王艷芳（1978-），女，工程師，從事電子膠粘劑的研究。E-mail：wangyf821@163.com。