導(dǎo)電膠組合物與電極的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)電膠組合物，更特別關(guān)于其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電膠是以粘合劑（如樹脂）與導(dǎo)電填充物（如金屬）所制成的復(fù)合材料，常見于 電子產(chǎn)業(yè)中。它的特點(diǎn)是兼具導(dǎo)電性（來自金屬）與粘合性及粘度（來自樹脂），且可根據(jù) 加工需求調(diào)整上述性質(zhì)。導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性取決于填充導(dǎo)電金屬粉體的種類、形狀、及大小。 若導(dǎo)電填充物彼此接觸的點(diǎn)越多，便可增加導(dǎo)電性。一般導(dǎo)電膠具有高含量（>75wt%)的 導(dǎo)電填充物，在有機(jī)樹脂粘合劑內(nèi)的導(dǎo)電填充物即相互連結(jié)，經(jīng)由熱壓接著或硬化后可形 成網(wǎng)狀連結(jié)并與上下電極接觸，從而形成電流及信號(hào)傳導(dǎo)途徑。
[0003] 導(dǎo)電膠是電子組件封裝、電極和互聯(lián)的關(guān)鍵材料，主要分為高溫鍛燒型，與低溫固 化型兩大類。鍛燒型導(dǎo)電膠主要用在太陽能電池等產(chǎn)業(yè)。固化型導(dǎo)電膠則廣泛的應(yīng)用在印 刷電路以及電子封裝等產(chǎn)業(yè)。其中銅粉是一種良好的導(dǎo)電填充物。然而，銅于200°C以上的 高溫下容易氧化，為了對(duì)其進(jìn)行鍛燒來形成電極，需要于氮?dú)獾榷栊詺夥窄h(huán)境下進(jìn)行鍛燒 的特殊步驟來避免銅氧化。
[0004] 綜上所述，目前亟需新的導(dǎo)電膠組合物以降低銅膠易氧化等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種導(dǎo)電膠組合物，其包括：100重量份的銅粉；40至150 重量份的銀粉；〇. 1至3重量份的碳材；1至5重量份的玻璃粉；以及5至15重量份的粘合 劑。
[0006] 本發(fā)明一種實(shí)施方式提供一種電極的形成方法，其包括：將上述導(dǎo)電膠組合物施 加至基板上；以及在一般大氣下高溫?zé)Y(jié)導(dǎo)電膠組合物，從而在該基板上形成電極。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 本發(fā)明提供的導(dǎo)電膠組合物包含100重量份的銅粉、約40至150重量份的銀粉、 約0. 1至3重量份的碳粉、約1至5重量份的玻璃粉、和約5至15重量份的粘合劑。上述 導(dǎo)電膠組合物中的碳粉在高溫鍛燒時(shí)，可抑制銅的氧化現(xiàn)象并還原氧化銅，從而形成電阻 率低的電極。
[0008] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，銅粉的粒徑約為IUm至10ym。若銅粉的粒徑過大， 則印刷時(shí)有塞版的疑慮且印刷后的圖案不夠細(xì)致。若銅粉的粒徑過小，則因比表面積較大 導(dǎo)致氧化的程度增加。此外，銅粉粒徑大于銀粉粒徑。若銀粉粒徑大于或等于銅粉粒徑，則 銀粉無法有效的包覆于銅粉的表面，達(dá)到阻絕氧化的效果。
[0009] 在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，銀粉的粒徑約為0.Ium至2i!m。若銀粉的粒徑過大， 則銀粉包覆于銅粉的表面效果不佳。若銀粉的粒徑過小，則銀粉容易產(chǎn)生聚集而不易分散。 此外，若銀粉的比例過高，則會(huì)大幅增加導(dǎo)電膠的成本。若銀粉的比例過低，則無法使高溫 燒結(jié)后形成的電極具有足夠的導(dǎo)電率。
[0010] 在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，碳粉可為石墨烯、活性碳、碳納米管、人造石墨、或天然 石墨。在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，碳粉的比表面積約為200m2/g至1000m2/g。若碳粉的比 表面積過低，則無法有效抑制高溫?zé)Y(jié)時(shí)的銅氧化現(xiàn)象。此外，若碳粉的比例過高，將降低 燒結(jié)后形成的電極的導(dǎo)電率。若碳粉的比例過低，則無法有效抑制高溫?zé)Y(jié)時(shí)的銅氧化現(xiàn) 象。
[0011] 在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，玻璃粉的軟化點(diǎn)小于或等于600°c，且結(jié)晶化起始溫度 超過600°C。上述玻璃粉可為購自R本硝子的BBG-3或VBP。
[0012] 在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，粘合劑包含環(huán)氧樹脂與硬化劑。舉例來說，環(huán)氧樹脂可 為含雙酚的環(huán)氧樹脂、鄰-甲酚酚醛清漆環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、或其他環(huán)氧樹脂。舉 例來說，含雙酚的環(huán)氧樹脂可為購自Shell公司的EP0N828、購自DIC公司的H-4032D、或購 自DIC公司的EXA-830LVP;鄰-甲酚酚醛清漆環(huán)氧樹脂可為購自長春化工的CNE202 ;脂環(huán) 族環(huán)氧樹脂可為購自U.C.公司的ERL4221E或ERL4206、購自CVC公司的EPALL0Y?5200、或 購自〇^公司的￡?八01^1115001，其他環(huán)氧樹脂，例如為購自0^公司的65120、或購自0^公 司的GE20。硬化劑可為胺類硬化劑或酸酐類硬化劑。胺類硬化劑如購自Huntsman的D230、 D400、D2000、或其組合，酸酐類硬化劑如購自Lonza的MHHPA-MW、MTHPA、NMA、或其組合、或 陽離子型硬化劑如購自三新化工的31-45、51-60、51-824、51-83、51-83八、或其組合，或其組 合。在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，粘合劑可進(jìn)一步包含反應(yīng)促進(jìn)劑。反應(yīng)促進(jìn)劑可降低環(huán)氧 樹脂硬化反應(yīng)的溫度，比如購自SAN-APRO的SA102、購自TCI的2E4MZ、或購自Aldrich的 TMAH0
[0013] 在另一種實(shí)施方式中，上述導(dǎo)電膠組合物可進(jìn)一步添加溶劑、增稠劑、分散劑、觸 變劑、消泡齊U、或其組合，以改良導(dǎo)電膠的加工性。
[0014] 在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，將上述導(dǎo)電膠組合物施加至基板上，再在一般大氣下 高溫?zé)Y(jié)該導(dǎo)電膠組合物，從而在基板上形成電極。在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，基板可為陶 瓷基板或硅晶圓等耐高溫?zé)Y(jié)的基板，且高溫?zé)Y(jié)的溫度為約500°C至900°C，或約600°C 至900°C，或約700°C至900°C。經(jīng)上述高溫?zé)Y(jié)后可形成高導(dǎo)電率（低電阻）的電極，適用 于太陽能電池的表面電極或其他耐高溫制程的組件。由于碳粉可抑制銅的氧化現(xiàn)象及還原 氧化銅，因此上述高溫?zé)Y(jié)制程可在一般大氣下操作，可不需要在惰性氣體或還原氣氛下 操作，可簡化制程。
[0015] 為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出實(shí)施例作 詳細(xì)說明如下：
[0016] 實(shí)施例1
[0017] 取 16. 76gEP0N828、52. 6gERL4221E、57. 92gMHHPA-MW以及 0? 694g四甲基氫氧 化銨（TMH)，混合形成粘合劑A。取70g銅粉（購自D0WA，平均粒徑10iim)、30g銀粉 (購自Ferro,平均粒徑為2.Oiim)、5g玻璃粉（購自岡本硝子，平均粒徑3.Oiim)、0.Ig 石墨烯（制備方法請(qǐng)參考H.A.Becerill,J.Mao,Z.Liu,R.M.Stoltenberg,Z.Bao,and Y.Chen,ACSNano2, 463 (2008)，比表面積約為500m2/g)、與15g實(shí)施例I的粘合劑A高速攪 拌后，再研磨分散形成導(dǎo)電膠。將導(dǎo)電膠網(wǎng)版印刷于多晶硅基材上后，置于800°C烘箱燒結(jié) 30分鐘從而形成電極，其附著力為5B，且其體積電阻率如表1所示。
[0018] 實(shí)施例2
[0019] 與實(shí)施例1類似，差別在于石墨烯的添加量增加至0. 5g。其余銅粉、銀粉、玻璃粉、 及粘合劑的用量，以及混合、研磨分散、印刷、與燒結(jié)形成電極等步驟均同實(shí)施例1。最后形 成的電極的附著力為5B，其體積電阻率如表1所示。
[0020] 實(shí)施例3
[0021] 與實(shí)施例1類似，差別在于使用的銅粉粒徑為4.7iim(購自FukudaCu-HWQ)、銀粉 的粒徑為0. 8iim(購自DOWAAG-2-1C)以及0.Ig石墨烯改為0.Ig碳納米管（購自Seedchem CompanyPty.，Ltd.的MWCNT，其比表面積約為200m2/g)。其余銅粉、銀粉、玻璃粉、及粘合 劑的用量，以及混合、研磨分散、印刷、與燒結(jié)形成電極等步驟均同實(shí)施例1。最后形成的電 極的附著力為5B，其體積電阻率如表1所示。
[0022] 實(shí)施例4
[0023] 與實(shí)施例1類似，差別在于使用的銅粉粒徑為4.7iim(購自FukudaCu-HWQ)、銀粉 粒徑為CL8iim(購自DOWAAG-2-1C)以及0?Ig石墨烯改為0? 5g碳納米管（購自Seedchem CompanyPty.，Ltd.的MWCNT，其比表面積約為200m2/g)。其余銅粉、銀粉、玻璃粉、及粘合 劑的用量，以及混合、研磨分散、印刷、與燒結(jié)形成電極等步驟均同實(shí)施例1。最后形成的電 極的附著力為5B，其體積電阻率如表1所示。
[0024] 比較例1
[0025] 與實(shí)施例1類似，差別在于未添加任何碳材。其余銅粉、銀粉、玻璃粉、及粘合劑的 用量，以及混合、研磨分散、印刷、與燒結(jié)形成電極等步驟均同實(shí)施例1。最后形成的電極的 附著力為5B，其體積電阻率如表1所示。
[0026] 比較例2
[0027] 與實(shí)施例1類似，差別在于0?Ig石墨烯改為0?Ig石墨（購自TIMCALgraphite 的KS-6,其比表面積約為20m2/g)。其余銅粉、銀粉、玻璃粉、及粘合劑的用量，以及混合、研 磨分散、印刷、與燒結(jié)形成電極等步驟均同實(shí)施例1。最后形成的電極的附著力為5B，其體 積電阻率如表1所示。
[0028] 比較例3
[0029] 與實(shí)施例1類似，差別在于0?Ig石墨烯改為0? 5g石墨（購自TIMCALgraphite 的KS-6,其比表面積約為20m2/g)。其余銅粉、銀粉、玻璃粉、及粘合劑的用量，以及混合、研 磨分散、印刷、與燒結(jié)形成電極等步驟均同實(shí)施例1。最后形成的電極的附著力為5B，其體 積電阻率如表1所示。
[0030] 表 1
[0031]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種導(dǎo)電膠組合物，其包括： 100重量份的銅粉； 40至150重量份的銀粉； 0. 1至3重量份的碳粉； 1至5重量份的玻璃粉；W及 5至15重量份的粘合劑。
2. 權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膠組合物，其中該銅粉的粒徑大于該銀粉的粒徑。
3.權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膠組合物，其中該銅粉的粒徑為1 y m至10 y m。
4.權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膠組合物，其中該銀粉的粒徑為0. 1 y m至2 y m。
5.權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膠組合物，其中該碳粉的比表面積為200mVg至lOOOmVg。
6. 權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膠組合物，其中該粘合劑包括環(huán)氧樹脂。
7. -種電極的形成方法，其包括： 將權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膠組合物施加至基板上；W及 在一般大氣下高溫?zé)Y(jié)該導(dǎo)電膠組合物，從而在該基板上形成電極。
8. 權(quán)利要求7所述的電極的形成方法，其中高溫?zé)Y(jié)該導(dǎo)電膠組合物的溫度為60(TC 至 900〇C。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電膠組合物，其包括：100重量份的銅粉；40至150重量份的銀粉；0.1至3重量份的碳材；1至5重量份的玻璃粉；以及5至15重量份的粘合劑。上述導(dǎo)電膠組合物可施加至基板上，再在一般大氣下高溫?zé)Y(jié)該導(dǎo)電膠組合物，從而在該基板上形成電極。
【IPC分類】H01B5-14, H01B5-16, H01L31-0224
【公開號(hào)】CN104715807
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410338391
【發(fā)明人】邱俊毅, 邱國展, 蕭暐翰
【申請(qǐng)人】財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2014年7月16日
【公告號(hào)】EP2886671A2, US20150171238