TW201114876A - Conductive paste with surfactants - Google Patents

Description

201114876 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種導電膠，尤指一種具有介面活性劑之導電朦。 【先前技術】 近年來由於網路與電子資訊相關產業技術之發展越來越快速， 使得各式各樣之電子相關產品，陸續的推陳出新，且快速地小型化； 因此，在電子相關產品中，電路圖案之間或電路圖案與元件之間的 連接元件的尺寸，因此也朝輕薄短小的方向邁進，其中因為導電膠 具有可瞬間或快速固化、施工方便、所形成的膠層較習知的連接元 件如接腳(pin)的體積來得小，所以經常被使用在電子產品上。 除此之外，於使用單晶或多晶矽作為主要半導體基板材料之太 陽電池中，其電極則是使用混合金屬粉末與有機載體所製成的導電 膠，藉由網版印刷法塗佈導電膠於太陽能矽基板上，於燒結爐中高 溫燒結而成❶因此，導電膠組成及燒結條件對太陽電池之特性而言 特別重要。 一般而言’導電膠包含有機載體、導電性粉末、玻璃熔塊，以 及視需求添加其他添加物。導電膠中的成分起著控制印刷後之形 201114876 ，電極之導電性、保持與半導體基板之密著性、抗反射膜之餘穿 -專作用。 ▲上述麵魏巾通常含有—些化學成份’用來在高溫燒結時餘 穿抗反射層料助炼融燒結，然1這些化學成份和玻璃本身，其在 生產和使用的過程中皆會對環境造成污染和危害。 Φ 因此目命急萬一種環保的導電膠，其不但可維持太陽電池之 局轉換效率及穩定的特性，並且在使用時能降低對環境的危害。 【發明内容】 本發明即在於提出一種應用電子產品的導電膠，並且本發明之 導電膠特別適用於太陽能電池之電極。 1 本發明提出一種導電膠，包含··至少為粉末狀之一金屬材料、 一有機載體、一玻璃熔塊以及一界面活性劑。界面活性劑具有以下 之代表式：Mx(R)y(Q)z 其中， Μ為一金屬元素或一半導體元素，例如鋁、鈦、鍅或矽…等。 R為一種親水基(hydrophilic group)，其中直接與Μ鍵結，該親 水基得以水解而產生另一對應之親水性官能基，R可以為烷氧基 (alkyl oxide group)、羰基(carb〇nyl group)、綾基(carb〇xy 抑叩）、醯 201114876 氧基(carbonyloxy group)或醯胺基(amido group)。 Q為一種親油基(hydrophobic group)為含碳數約1〜24的分子 鏈，可以單純為較安定反應性低的脂肪烴基(alkyl group)或謎基 (alkoxy group)，或包含可與其他高分子單體或基團反應之官能基， 例如乙烯基(vinyl group)、脂肪基環氧烧基(aliphatic epoxy group)、 苯乙稀基(styryl group)、甲基丙稀酿氧基(methacryloxy group)、丙烯 酿氧基(acryloxy group)、脂肪基胺基(aliphatic amino group)、氯丙烧 基(chloropropyl group)、脂肪基氫硫基(aliphatic mercapto group)、脂 肪基硫離子基(aliphatic sulfido group)、異氰酸基(isocyanato group)、 脂肪基尿素基(aliphatic ureido group)、脂肪基敌基(aliphatic carboxy group)、脂肪基經基(aliphatic hydroxy group)、環己烧基(cyclohexyl group)、笨基(phenyl)和脂肪基曱醯基(aliphatic formyl group)、乙醯 基(acetyl group)或苯甲酿基(benzoyl group)。由於具有上述這些可與 其他高分子單體反應之官能基，本發明所揭示之介面活性劑可呈現 多個Mx(R)y(Q)z連接至一條高分子鏈上，其高分子鏈上的介面活性 劑Mx(R)y不限定一種。 本發明界面活性劑之代表式：Mx(R)y(Q)z，其中χ、γ、z皆為 自然數。 由於本發明之導電膠，使用特殊的界面活性劑，界面活性劑的 親水基R在和水發生水解反應後，產生另一親水性官能基，而親油 基Q則易溶解於有機載體中或與高分子反應，而界面活性劑中的親 201114876 水性⑽基會附著於導轉中的金屬粉末的表面而另_端的親油 基Q則會溶解於有機溶射，如此—來，金屬粉末就可達到良好的 分散。再者，在導電膠巾加人界面活性劑後習知導電膠中在坡填 熔塊的使用量可以下降，因而降低汙染。 【實施方式】 本發明提出-種導電膠，包含：至少一粉末狀的金屬材料、一 有機載體、-選擇性加人之玻補以及—界面活性劑。金屬材料可 以為紹粉末或錄末；有機紐由娜溶於有機雜巾、並可選擇 性添加油脂或其他輔助材料所製成；玻補可以為含多種不同金屬 氧化態所形成_結晶相化合物，其主要的魏係絲在高溫燒結 時敍穿太陽能電池的抗反射層鄕祕融燒結。根據產品要求的特 性不同，也可選擇加入不同種類的玻璃料或者不加入玻璃熔塊。 為達到本發明之目的，本發明提供之界面活性劑具有以下之 代表式，如下列代表式1 : [代表式1]

Mx(R)y(Q)z 其中X介於1至6之間’ Y介於i至20之間，z介於！至2〇之間， Μ為一金屬元素或一半導體元素，例如鋁'鈦'鍅或矽、鍺或其它 金屬及半導體元素，R為一種親水基(hydrophilic group)，R直接與 Μ鍵結且可與水分子反應水解而產生一對應之親水性官能基。根據 201114876 本發明之R可以獨立地為貌氧基(_〇_CmHn，alkyl oxide group)、幾基 (-(C=0)-CmHn, carbonyl group)、羧基(_〇_(C=〇)_CmHn, carb〇xyl group)、醯氧基(_(〇〇)-〇-CmHn，carbonyloxy group)、醯胺基 H〇0)-NH-CmHn，amido group)、伸烷氧基(-〇_cmHn-0、alkoxylene 81'〇叩)和伸烷氧羧基(_0_(〇0)_€；111111_〇_，(^13〇^1心你1^〇叩）。一 般來說’上述m介於1至6之間，n介於3至13之間，並且CmHn 可為直鏈或支鏈的烧類或環烧類。其中伸烷氧基可以例如為伸乙氧 基(-O-CHrCH^O-) ’伸烷氧羧基可以例如為伸乙氧叛基 (0-(C=0)-CH2-0-)。 Q為一種親油基(hydrophobic group)，可以為含碳數約1〜24的 分子鏈’可以單純為較安定反應性低的脂肪烴基gr〇Up)或峻基 (alkoxy group) ’或包含可與其他高分子單體或基團反應之官能基。 Q係選自下列群組：乙烯基(vinyl group)、脂肪基環氧烷基(aliphatic epoxy group)、苯乙烯基(styryl group)、甲基丙烯醯氧基(methacryl〇xy group)、丙烯醯氧基(acryi〇xy group)、脂肪基胺基(aliphatic amino group)、氯丙烷基(chloropropyl group)、脂肪基氫硫基(aliphatic mercapto group)、脂肪基硫離子基(aliphatic sulfido group)、異氰酸基 (isocyanato group)、脂肪基尿素基(aliphatic ureido group)、脂肪基緩 基(aliphatic carboxy group)、脂肪基羥基(aliphatic hydroxy group)、環 己烷基(cyclohexyl group)、苯基(phenyl group)和脂肪基曱醯基 (aliphatic formyl group)、乙醯基(acetyl group)或笨甲醯基(benzoyl group)。其中上述之脂肪基具有i至24個碳原子，脂肪基可以例如 為直鍵烧基或直鍵烴基。 201114876 • 此外，Q亦可以為其它包含氮、氧、磷或硫及其組合之化合物。 在某些情況下’如當Μ為金屬元鱗，Q可具有M得以接受之孤 對電子丄使得此時Q成為-配位基。再者’ Q亦可以經由這些官能 基與-高分子鏈反應成為高分子鏈上的側枝或封端；亦即高分子鍵 可成為具有連接-或多個介面活性劑Mx(R)y官能基。其高分子鍵上 的介面活_ Mx(R)ywm前叙高分子鮮紋為何種高 分子’端視是否能與Q上之官能基反應。糾，高分子鏈之重複臂 β合單元數量為丨請⑻。 m 第1圖繪不的是本發明之界面活性劑與高分子之侧枝鍵結之反 應式。如第1圖所示，一高分子側端具有羥基(_〇H)基，該高分子可 以是 PVA(Polyvinyl Alcoh〇1)或 PVB(p〇lyviny丨 butyral)，在第工圖中， 以高分子為PVB為例，高分子可以與具有異氰酸基 (-NCO，isocyanate)的 q 反應成胺酯基(_仰_。〇 〇，urethane)，胺酯基 籲則會將Mx(R)y與兩分子鍵連接在一起。 本發明之代表式1的一較佳實施例可為下列化學式1、化學式 2、化學式3或化學式4之化合物。然而，此等具體實施例僅供說明 之用’不因此限制本發明。 [化學式1] 201114876

在化學式1中，例示Μ為鋁，因此，X為卜R為與A1元素鍵結的 異丙烷氧基((CHACHO-)’上述的異丙烷氧基有兩個，因此丫為2。 Q則為(Ο-ΟΧΟ^ΚΉ-ΟΜΚ^Η35) ’因此，Z為1。在化學式！中， 一方面’Q會和Μ有鍵結。另一方面，Q亦可作為一配位基，例如 雙牙基，使得Q和Μ有配位鍵結，此外，根據不同的產品需要，玟 可以獨立地選自不同的親水基，例如，其中一個為異丙烷氧基，另 一個可以為其它基團，例如羰基、叛基等。 [化學式2]

在化學式2的Μ為矽，因此，乂為2 ’ X為2。R為乙烷氧基(-0-C2H5)，因

z為2。Q為二價基團，與兩個獨立的 201114876 [化學式3]

在化學式3的Μ為鈦，因此，X為1。R為[-OCH(CH3)2]，因此 Y 為 1。Q 則為(-OC2H4NHC2H4NH2)，因此，Z 為 3。 [化學式4]

在化學式4的Μ為鈦，因此，X為1。R為[-OCH(CH3)2]，因此 Y 為 1。Q 則為-P205H-(0C8H17)2，因此，Z 為 3。 第2圖繪示的是化學式1之水解反應式。如第2圖所示，以化 學式1為例，當化學式1與有機載體接觸時，有機載體内含的水便 11 201114876 會和化學式1產生水解反應。原來R為(((：：113)2(：：0_)2即和水分子反 應成為與((CHACO-)2對應之親水性官能基(Ηα)2，此時，（11〇 )2則 會吸附在金屬粉末的表面，而親油基Q則溶解於有機載體中。 第3圖繪示的是化學式2之水解反應式。如第3圖所示，化學 式2中的R為(-O-QH5)，在和水分子反應之後，成為與(沉2即 對應之親雜魏細α)2，此時，卿_)2齡崎在金屬粉末的 表面，而親油基Q為(QHe2)則溶解於有機溶劑載體中。 第4圖中所綠示的表）至表3為添力口化學式^之界面活性劑的 導電膠組成。第5圖中所繪示的表4為表丨至表3中之各個比較例 及對照例進行電氣特性、拉力及翹曲測式之結果。 如表4所示’當玻猶塊含量高(4%)的時候，加入的界面活性 (予式1)可以提升拉力。當玻璃熔塊含量降低時(2%或1%)， =面活性劑亦可以在不影響電性效果的情況下，提升拉力以達到業 界要求的模進。 因此’藉由本發明之界面活性劑，即可有效地分散金屬粉末， 卜’。本㈣之界紐性触導電狀f #百分比祕以下，較佳 榀盘::5%即可發揮其功效，並且習知為了強化太陽能電池之電 板之結合’除了在導轉巾外加玻璃料之外，並無其 方式但使財發明之導電膠錢，可減少玻祕的使用量， 201114876 '降低對環境造成不良影響之物質含量，但對電極與半_基板的結 '合並無*良的f彡響’而且，亦轉了太陽能電池的效能。 另外本發明之導電膠*限於使用在太陽能電池，其它電子元 件例如.陶竞電容、半導體封裝、印刷電路板等都可使用本發 明之導電膠。 α上所述縣本翻讀佳實關，驗本發明㈣專利範圍 所做之均等變化贿飾，皆闕本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖繪不的疋本發明之界面活性劑與高分子之側枝鍵結之反應 式。 第2崎稍是化學式1之水解反應式。 •第3圖繪示的是化學式2之水解反應式。 第4圖中之表1至表3為添加化學式1之界面活性劑的導電膠組成。 第5圖中之表4為表1至表3中之各個比較例及對照例進行電氣特 性、拉力及翹曲測式之結果。 【主要元件符號說明】 Μ. *\\\ 13

Claims (1)

1. 201114876 七、申請專利範圍： 1. 一種導電膠，包含： 至少一金屬粉末； 一有機載體； 一玻璃料以及 一界面活性劑，具有以下代表式1的結構： [代表式1] Mx(R)y(Q)z 其中 Μ選自一金屬元素和一半導體元素； R為一種親水基(hydrophilic group)，其t與Μ鍵結之該親水基 得以水解而產生一對應之親水性官能基；以及 Q為一種親油基(hydrophobic group)，其中X介於1至6之間， Y介於1至20之間，Z介於1至20之間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之導電膠，其中Q具有該金屬元素得 以接受之孤對電子而成為一配位基。 3. 如申請專利範圍第1項所述之導電膠，其中Μ包含鋁、鈦、锆 或碎。 4.如申請專利範圍第1項所述之導電膠，其中R係選自下列群組： 201114876 - 烧氧基(-〇-CmHn, alkyl oxide group)、羰基(-(C=0)-CmHn，carbonyl 、 group)、羧基(-〇-(〇0)-CmHn, carboxyl group)、醯氧基(-(00)0-CmHn， carbonyloxy group)、酿胺基(-(C=0)NH-CmHn，amido group)、伸烧氧 基(-0-CmHn-0-，alkoxylene group)和伸烧氧羧基(-0-(C=0)-CmHn-0-， carboxylic ester group) ° 5.如申請專利範圍第4項所述之導電膠，其中m介於1-6之間。 ® 6·如申請專利範圍第4項所述之導電膠，其中η介於3-13之間。 7·如申請專利範圍第1項所述之導電膠，其中Q包含氮、氧、磷或 8.如申請專利範圍第1項所述之導電膠，其中Q係選自下列群組： 乙烯基(vinyl group)、脂肪基環氧烧基(aliphatic epoxy group)、苯乙 鲁 稀基(styryl group)、甲基丙烯醯氧基(methacryloxy group)、丙烯醯氧 基(acryloxy group)、脂肪基胺基(aliphatic amino group)、氯丙院基 (chloropropyl group)、脂肪基氫硫基(aliphatic mercapto group)、脂肪 基硫離子基(aliphatic sulfido group)、異氰酸基(isocyanato group)、脂 肪基尿素基(aliphatic ureido group)、脂肪基羧基(aliphatic carboxy group)、脂肪基羥基(aliphatic hydroxy group)、環己烧基(cyclohexyl group)、苯基(phenyl)和脂肪基甲酿基(aliphatic formyl group)、乙醯 基(acetyl group)和苯甲醯基(benzoyl group)。 15 201114876 9.如_請專利範圍第8項所述之導電膠，其尹該脂肪基具有1至24 個碳原子® 10·如申請專利範圍第i項所述之導電膠，其中⑽以和一高分子 鏈以化學反應之方式產生鍵結於側枝或者封端。 η.如申請細贿㈣所述之導轉，該高分子鍵之重複 聚合單元數量為1至10000。 其中該導電膠包含10% 12.如申請專利範圍第1項所述之導電勝， 質量百分比以下之界面活性劑。 八、圖式：