CN104637569A - 无铅纳米导电浆材料 - Google Patents

Abstract

一种无铅纳米导电浆材料包含一胶体材料、一导电金属粉末及一纳米级添加材料。该导电金属粉末及纳米级添加材料混合于该胶体材料，以形成一胶态组成物，并制成一无铅导电浆材料。另一实施例的无铅纳米导电浆材料包含一胶体材料、一导电金属粉末、一纳米级添加材料及一热传导材料。该导电金属粉末、纳米级添加材料及热传导材料混合于该胶体材料，以形成一胶态组成物，并制成另一无铅导电浆材料。本发明无铅纳米导电浆材料利用该纳米级添加材料，可以提升导电特性，如此可提供一无铅导电浆材料，以改良现有导电浆材料。

Description

无铅纳米导电浆材料

技术领域

本发明涉及一种无铅纳米导电浆材料，特别是关于一种无铅纳米锡、锌导电浆材料，更特别是关于一种增益散热无铅纳米导电浆材料。

背景技术

现有的导电浆材料，如中国台湾公告第I232352号发明专利〝应用于晶片型电阻、电容、电感及导线接合端子的电极之低温烧着型导电浆料〞，其揭示一种应用于晶片型电阻、电容、电感及导线接合端子的电极的低温烧着型导电浆料，其主要包括：一第一导电粉末为球状银粉末；一第二导电粉末为鳞片状银粉末，一第三导电粉末为镍；一第一树脂为环氧树脂；一第二树脂为酚醛树脂；一第一添加物为超微粉黏土；及一调整溶剂，且包含一第一溶剂为沸点为摄氏180度以上的溶剂及一第二溶剂为沸点为摄氏80至180度的芳香族碳化氢系。

另一已知导电浆材料，如中国台湾公开第201024391号〝无溶剂导电胶组成物及使用该组成物之太阳能电池元件〞的发明专利申请案，其揭示一种无溶剂导电胶组成物包含：黏合剂、起始剂、玻璃粉及导电粉。

另一已知导电浆材料，如中国台湾公开第201114876号〝具有介面活性剂之导电胶〞的发明专利申请案，其揭示一种导电胶，其包含至少一金属粉末、一有机载体、一玻璃熔块以及一界面活性剂。该界面活性剂具有结构为Mx(R)y(Q)z，其中M选自一金属元素或一半导体元素，R为一种亲水基﹝hydrophilic group﹞，其中与M键结的该亲水基可以水解而产生另一对应的亲水性官能基﹝hydrophilic functional group﹞，及Q为一种亲油基﹝hydrophobic group﹞。

另一已知导电浆材料，如中国台湾公开第201128657号〝导电铝胶及其制造方法、太阳能电池及其模组〞的发明专利申请案，其揭示一种硅基材太阳能电池用导电铝胶，该导电铝胶为有机载体、铝粉末、玻璃熔块以及金属纳米粒子所组成，该金属纳米粒子的D50粒径范围为10至1000nm，含量为0.1至10重量％。

另一已知导电浆材料，如中国台湾公开第201137081号〝具有一维纳米导电材之导电胶之制造方法〞的发明专利申请案，其揭示一种具有一维纳米导电材的导电胶的制造方法，该制造方法主要将一维纳米导电材混入水性或油性胶体形成导电胶。

另一已知导电浆材料，如中国台湾公开第201203285号〝铝膏组合物及使用该组合物之太阳能电池元件〞的发明专利申请案，其揭示一种铝膏组合物，其包含铝粉、玻璃粉、黏合剂及分散剂。

然而，前述中国台湾公开第I232352号专利、中国台湾公开第201024391号、第201114876号、第201128657号、第201137081号及第201203285号发明专利申请案并未揭示无铅纳米导电浆材料或如何降低制程温度的相关技术。因此，现有导电浆材料必然存在进一步改良的需求。前述专利申请公开案仅为本发明技术背景的参考及说明目前技术发展状态而已，其并非用以限制本发明的范围。

有鉴于此，本发明为了满足上述需求而提供一种无铅纳米导电浆材料，其包含一胶体材料、一导电金属粉末及一纳米级添加材料，以便利用该纳米级添加材料提升导电特性，如此可提供一无铅导电浆材料，以改良现有导电浆材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铅纳米导电浆材料，其利用一胶体材料、一导电金属粉末及一纳米级添加材料混合组成一胶态组成物，以制成一无铅导电浆材料，以达成提供环保导电浆材料的目的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的无铅纳米导电浆材料包含：

一胶体材料，其包含一黏合剂；

一导电金属粉末，其选自导电良好无铅材料；及

一纳米级添加材料，其选自一无铅纳米粉末材料；

其中该导电金属粉末及纳米级添加材料混合于该胶体材料，以形成一胶态组成物，并制成一无铅导电浆材料，以便提升单多晶太阳能电池模组或元件的导电特性。

另外，本发明较佳实施例的无铅纳米导电浆材料包含：

一胶体材料，其包含一黏合剂；

一导电金属粉末，其选自导电良好无铅材料；

一纳米级添加材料，其选自一无铅纳米粉末材料；及

一热传导材料，其选自热传导良好材料；

其中该导电金属粉末、纳米级添加材料及热传导材料混合于该胶体材料，以形成一胶态组成物，并制成一无铅导电浆材料，以便提升单多晶太阳能电池模组或元件的散热效率。

本发明较佳实施例的该导电金属粉末选自银粉末、铝粉末、铜粉末或其任意几种的混合组合物。

本发明较佳实施例的该导电金属粉另包含金粉末、钯粉末或铂粉末。

本发明较佳实施例的该导电金属粉末的重量百分比为20%至60%。

本发明较佳实施例的该纳米级添加材料选自一复合纳米级添加材料。

本发明较佳实施例的该纳米级添加材料选自锡、锌、锡氧化物、锌氧化物、其它金属、其它金属氧化物或其它复合氧化物，其具有纳米尺寸自微米至数百纳米或至数纳米。

本发明较佳实施例的该纳米级添加材料的重量百分比为5%至60%。

本发明较佳实施例另包含一添加材料，且该添加材料选自二氧化硅，其重量百分比为3%至15%。

本发明较佳实施例的该热传导材料选自一纳米级钻石粉末、一工业级钻石粉末、一碳纤维热传导材料、一碳化硅粉末散热材料、一金属氧化物或其任意几种的混合组成物。

本发明较佳实施例的该导电金属粉末添加具有一披覆材料的另一导电金属粉末。

本发明较佳实施例的该披覆材料具有一纳米网状多孔性结构，其用以对应于该纳米级添加材料。

本发明较佳实施例的该披覆材料为一披覆散热材料，其具有一热辐射特性，该披覆散热材料选自一碳化硅粉末散热材料、一金属氧化物或其任意几种的混合组成物，以增加散热性，以便提升单多晶太阳能电池模组或元件的散热效率。

本发明另一较佳实施例的该披覆材料为一散热胶材，该散热胶材包括有机高分子材料溶液、碳化硅粉体以及分散剂。有机高分子材料溶液包括有机高分子材料及溶剂，其中有机高分子材料溶液的固含量为5重量%至80重量%。分散剂用以使碳化硅粉体分散于有机高分子材料溶液中。在散热胶材中，有机高分子材料溶液的含量为20重量%至80重量%，碳化硅粉体的含量为20重量%至80重量%，且分散剂的含量为0.1重量%至2重量%。

本发明另一较佳实施例的该有机高分子材料选自由环氧树脂、醇酸树脂、丙稀酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂及其组合所组成的族群。

本发明另一较佳实施例的该溶剂选自由芳烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇醚类溶剂及其组合所组成的族群。

本发明另一较佳实施例的该碳化硅粉体的粒径为1 μm至15 μm。

本发明另一较佳实施例的该碳化硅粉体具有热辐射特性，且通过印刷制程适用于太阳能电池模组中，以提升太阳能电池模组的热辐射率而达到有效散热。

本发明另一较佳实施例的该散热胶材还包括奈米级添加材料，该奈米级添加材料的含量为1重量%至5重量%。

本发明另一较佳实施例的该散热胶材另包括添加剂，该添加剂的含量为0.1重量%至2重量%。

本发明的有益效果是：本发明无铅纳米导电浆材料利用该纳米级添加材料，可以提升导电特性，如此可提供一无铅导电浆材料，以改良现有导电浆材料。

附图说明

图1：本发明第一较佳实施例的无铅纳米导电浆材料的方块示意图。

图2：本发明第二较佳实施例的无铅纳米导电浆材料的方块示意图。

附图标号：1：胶体材料；2：导电金属粉末；3：纳米级添加材料；4：热传导材料；10：无铅导电浆材料；10’：无铅导电浆材料。

具体实施方式

为了充分了解本发明，在下文将例举较佳实施例并配合所附图式作详细说明，且其并非用以限定本发明。

本发明较佳实施例的无铅纳米导电浆材料可适用于各种导电浆材料，例如：铝浆、银铝浆及银浆，其应用于各种相关产业，例如：太阳能电池制造业，但并非用以限制本发明。举例而言，本发明较佳实施例的无铅纳米导电浆材料制成银浆时，其用以制作太阳能电池的正面电极；本发明较佳实施例的无铅纳米导电浆材料制成银浆时，则其用以制作背面电极与电场，以增加电池转换效率；本发明较佳实施例的无铅纳米导电浆材料制成银铝浆时，则其用以制作太阳能电池背面，以作为模组串连的导线，但并非用以限制本发明。

此外，本发明较佳实施例的无铅纳米导电浆材料可适用于其它各种制造业，例如：陶瓷电容制造业、半导体封装﹝semiconductor package﹞业、印刷电路板﹝PCB﹞制造业，但并非用以限制本发明。

图1揭示本发明第一较佳实施例的无铅纳米导电浆材料的方块示意图。请参照图1所示，本发明第一较佳实施例的无铅纳米导电浆材料主要包含一胶体材料﹝paste material﹞1、一导电金属粉末﹝conductive metal powder material﹞2及一纳米级添加材料﹝nano additive﹞3。将该胶体材料1、导电金属粉末2及纳米级添加材料3适当混合搅拌，举例而言，利用一低速搅拌器﹝low-speed stirrer﹞进行混合搅拌，以形成一胶态组成物﹝或胶态导电组成物﹞，并进一步制成一无铅导电浆材料10。

在制成导电浆材料制程中，本发明较佳实施例的无铅纳米导电浆材料可依需求添加各种添加剂，例如：无机填充剂﹝inorganic filler﹞、氧化添加剂﹝oxidizing additive﹞、共起始剂﹝synergist﹞、可塑剂﹝plasticizer﹞、增敏剂﹝sensitizer﹞、偶合剂﹝coupling agent﹞、分散剂﹝dispersing agent﹞、润湿剂﹝wetting agent﹞、增稠剂﹝thickening agent﹞、消泡剂﹝deformer﹞、摇变剂﹝thixotropy additive﹞或其它添加剂。

请再参照图1所示，该胶体材料1包含一黏合剂，且该黏合剂选择由各种树脂﹝resin﹞制成，例如：环氧树脂。该黏合剂的黏度较佳选择为10000cps至40000cps之间，但并非用以限制本发明。

请再参照图1所示，该导电金属粉末2可选自银﹝Ag﹞粉末、铝﹝Al﹞粉末、铜﹝Cu﹞粉末或其任意几种的混合组合物。该导电金属粉末2可选自颗粒金属粉末或非颗粒金属粉末。该导电金属粉末2的重量百分比可为20%至60%。在本发明另一较佳实施例中，该导电金属粉末2另包含金﹝Au﹞粉末、钯﹝Pd﹞粉末或铂﹝Pt﹞粉末。本发明另一较佳实施例的该导电金属粉末2可选择制成一纳米级导电金属粉末，以提升该无铅导电浆材料10的导电特性。

请再参照图1所示，该纳米级添加材料3可选自锡﹝tin﹞、锌﹝zinc﹞、锡氧化物﹝tin oxide material﹞、锌氧化物﹝zinc oxide material﹞、其它金属、其它金属氧化物﹝metal oxide material﹞或其它各种复合氧化物﹝complex oxide material﹞，其用以降低无铅纳米导电浆材料的制程温度。在本发明另一较佳实施例中，该纳米级添加材料3可选自一复合纳米级添加材料。该纳米级添加材料3的重量百分比可为5%至60%。

本发明另一较佳实施例的无铅纳米导电浆材料另包含一添加材料，且该添加材料可选自二氧化硅﹝SiO2﹞或其它类似材料，其重量百分比为3%至15%，其具有纳米尺寸自微米至数百纳米或至数纳米。

举例而言，将本发明第一较佳实施例的无铅纳米导电浆材料应用于太阳能电池制造业时，可利用网印方式﹝例如：网印机﹞形成各种图案﹝pattern﹞于一基板﹝例如：硅晶圆﹞上，其中该图案包含光入射侧电极及背面电极或电路。接着，将该无铅纳米导电浆材料需进行干燥烘烤及烧结﹝例如：烧结温度700℃至1000℃﹞作业。

图2揭示本发明第二较佳实施例的无铅纳米导电浆材料的方块示意图，其对应于图1。请参照图2所示，本发明第二较佳实施例的无铅纳米导电浆材料主要包含一胶体材料1、一导电金属粉末2、一纳米级添加材料3及一热传导材料﹝thermal conductive material﹞4，其中该热传导材料4可选自各种非金属材料﹝non-metal material﹞或各种金属材料﹝metal material﹞。

将该胶体材料1、导电金属粉末2、纳米级添加材料3及热传导材料4适当混合搅拌，以形成一胶态组成物﹝或胶态导电组成物﹞，并进一步制成一无铅导电浆材料10’，其相对于第一实施例具有更良好的热传导效率。

请参照图2所示，相对于第一实施例，第二实施例的无铅纳米导电浆材料另添加该热传导材料4，且该热传导材料4可选自一纳米级钻石粉末、一工业级钻石粉末﹝非纳米级钻石粉末﹞、一碳纤维热传导材料﹝carbon fiber thermal conductive material﹞﹝如：纳米碳管或纳米石墨片﹞、一碳化硅粉末﹝silicon carbide powder，SiC powder﹞散热材料、一金属氧化物﹝如：三氧化二铝﹞或其任意几种的混合组成物，以提升该无铅导电浆材料10’的热传导特性或散热性，以便提升单多晶太阳能电池模组或元件的效率及降低制造成本。

另外，相对于第一实施例，第三实施例的无铅纳米导电浆材料的该导电金属粉末2添加另一导电金属粉末具有一披覆材料﹝coating material﹞，例如：其添加量为1%，其选自尺寸为数纳米级的锌或锡。本发明另一实施例的该披覆材料具有一纳米网状多孔性结构，其用以对应于该纳米级添加材料3，以提升其导电性，如：纳米碳管或纳米石墨片。

本发明另一实施例的该披覆材料为一披覆散热材料，其具有一热辐射特性，该披覆散热材料选自一碳化硅粉末散热材料、一金属氧化物或其任意几种的混合组成物，以增加散热性，以便提升单多晶太阳能电池模组或元件的散热效率。

举例而言，该导电金属粉末2可选自银粉末、铝粉末、铜粉末或其任意几种的混合组合物，或该导电金属粉2另包含金粉末、钯粉末或铂粉末。该导电金属粉末2可选自颗粒金属粉末或非颗粒金属粉末。

本发明另一实施例的该披覆材料为一散热胶材，该散热胶材包括有机高分子材料溶液、碳化硅粉体以及分散剂。以下将详细说明该散热胶材的各个成份。

有机高分子材料溶液包括有机高分子材料及溶剂，其中有机高分子材料溶液的固含量为5重量%至80重量%，且在本发明的散热胶材中，有机高分子材料溶液的含量为20重量%至80重量%。详细的说，在使用本发明的散热胶材的制程（下文中将详细说明）中，有机高分子材料溶液中的有机高分子材料用以作为载体，以利散热胶材能够进行涂布，且此外，通过有机高分子材料的粘着性，使得散热胶材能够有效粘附于太阳能电池元件上。

另外，有机高分子材料例如是选自由环氧树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂及其组合所组成的族群。溶剂例如是选自由芳烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇醚类溶剂及其组合所组成的族群。在一实施例中，有机高分子材料例如是丙烯酸树脂，而溶剂例如是酯类溶剂。

在本发明的散热胶材中，碳化硅粉体的含量为20重量%至80重量%，且碳化硅粉体主要提供散热的作用。详细的说，本发明的碳化硅粉体为具有良好热辐射率的高热辐射性材料，故可通过热辐射的方式达到散热效果。另外一提的是，本发明的碳化硅粉体除了具有良好热辐射率外，其也具有良好的热传导率。因此，本发明的散热胶材可通过辐射以及传导的方式来达到有效地散热效果。另外，碳化硅粉体的粒径例如是1 μm至15 μm。

在本发明的散热胶材中，分散剂的含量为0.1重量%至2重量%，且分散剂用以使碳化硅粉体均匀分散于有机高分子材料溶液中，以避免碳化硅粉体发生团聚现象而降低散热效果。另外，分散剂例如是磷酸酯（phosphate ester）、亚麻子油（linseed oil）或辛酸（Octanoic acid），其中较佳为磷酸酯。此外，作为分散剂，也可使用各种市售产品。

本发明的散热胶材必要时还可包括奈米级添加材料，且在散热胶材中，奈米级添加材料的含量为1重量%至5重量%。详细的说，本发明的散热胶材可选择地使用奈米级添加材料来调整散热胶材的粘度，且其详细作用将于实验例中举例说明。如此一来，根据实际上应用的需求，通过奈米级添加材料对散热胶材的粘度进行调整，将使得本发明的散热胶材的应用性更广。奈米级添加材料例如是奈米级碳粉、奈米级石墨稀粉体、奈米级二氧化钛粉体或硅氧烷（silicone）。

另外，本发明的散热胶材必要时还可包括添加剂，且在散热胶材中，添加剂的含量为0.1重量%至2重量%。也就是说，根据实际上应用的需求，可对本发明的散热胶材添加各种添加剂，以增加散热胶材的应用性。添加剂例如是无机填充剂（inorganic filler）、氧化添加剂（oxidizing additive）、共起始剂（synergist）、可塑剂（plasticizer）、增敏剂（sensitizer）、偶合剂（coupling agent）、润湿剂（wetting agent）、增稠剂（thickening agent）、消泡剂（deformer）、流平剂（levelling agent）、摇变剂（thixotropy additive）或是其它添加剂。上述添加剂根据用途可以单独使用，或者可将多种组合使用。此外，作为上述任一添加剂，也可使用各种市售产品。

鉴于在网版印刷时具有良好印刷特性，本发明的散热胶材的粘度在25℃、10 rpm下较佳例如是20000 cps至50000 cps。

以下通过详细描述本发明的一实施例的散热胶材的制备方法，将更清楚、完整地揭露本发明的散热胶材。然而，本发明并不以在此揭露内容为限。

首先，将作为有机高分子材料的丙烯酸树脂溶解于作为溶剂的酯类溶剂中，以形成固含量为40重量%的作为有机高分子材料溶液的丙烯酸树脂溶液。接着，进行预拌步骤，将碳化硅粉体、作为分散剂的DISPERBYK-101（由BYK公司所制造）、作为奈米级添加材料的奈米级石墨稀粉体、以及作为添加剂的流平剂及消泡剂加入上述丙烯酸树脂溶液中，经搅拌混合后形成胶态组成物。之后，将上述经预拌后所得的胶态组成物经过三滚筒，并以转速为500 rpm的条件进行充分地加工分散，以形成散热胶材，其中物散热胶材的粘度为27000 cps。在上述散热胶材中，丙烯酸树脂溶液的含量为42重量%、碳化硅粉体的含量为50重量%、奈米级石墨稀粉体的含量为5重量%、DISPERBYK-101（由BYK公司所制造）的含量为1重量%、流平剂的含量为1重量%以及消泡剂的含量为1重量%。

值得说明的是，在上述胶态组成物经过三滚筒再次加工分散的过程中，胶态组成物的粘度是影响对于胶态组成物经三滚筒加工分散时的加工性的重要因素。换句话说，若胶态组成物的粘度太低或太高，则皆将使得胶态组成物无法藉由三滚筒进行有效搅拌而得到具有预定粘度的散热胶材。在此情况下，于预拌步骤期间，便可通过使用能够调整粘度的奈米级添加材料来设计预拌后所得的胶态组成物的粘度。

前述较佳实施例仅举例说明本发明及其技术特征，该实施例的技术仍可适当进行各种实质等效修饰及/或替换方式予以实施；因此，本发明的权利范围须视后附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种无铅纳米导电浆材料，其特征在于，它包含：

一胶体材料，其包含一黏合剂；

一导电金属粉末，其选自导电良好无铅材料；及

一纳米级添加材料，其选自一无铅纳米粉末材料；

其中该导电金属粉末及纳米级添加材料混合于该胶体材料，以形成一胶态组成物，并制成一无铅导电浆材料，以便提升模组或元件的导电特性。

2.一种无铅纳米导电浆材料，其特征在于，它包含：

一胶体材料，其包含一黏合剂；

一导电金属粉末，其选自导电良好无铅材料；

一纳米级添加材料，其选自一无铅纳米粉末材料；及

一热传导材料，其选自热传导良好材料；

其中该导电金属粉末、纳米级添加材料及热传导材料混合于该胶体材料，以形成一胶态组成物，并制成一无铅导电浆材料，以便提升模组或元件的散热效率。

3.根据权利要求1或2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，所述导电金属粉末选自银粉末、铝粉末、铜粉末或其任意几种的混合组合物；或该导电金属粉末另包含金粉末、钯粉末或铂粉末。

4.根据权利要求1或2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，所述导电金属粉末添加具有一披覆材料的另一导电金属粉末，且该披覆材料具有一纳米网状多孔性结构。

5.根据权利要求1或2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，所述导电金属粉末的重量百分比为20%至60%。

6.根据权利要求1或2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，所述纳米级添加材料选自一复合纳米级添加材料。

7.根据权利要求1或2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，所述纳米级添加材料选自锡、锌、锡氧化物或锌氧化物，其具有纳米尺寸自微米至数百纳米或至数纳米。

8.根据权利要求1或2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，所述纳米级添加材料的重量百分比为5%至60%。

9.根据权利要求1或2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，另包含一添加材料，且该添加材料选自二氧化硅，其重量百分比为3%至15%。

10.根据权利要求2所述的无铅纳米导电浆材料，其特征在于，所述热传导材料选自一纳米级钻石粉末、一工业级钻石粉末、一碳纤维热传导材料、一碳化硅粉末散热材料、一金属氧化物或其任意几种的混合组成物。