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1、(10)申请公布号 CN 102559090 A (43)申请公布日 2012.07.11 CN 102559090 A *CN102559090A* (21)申请号 201010576195.6 (22)申请日 2010.12.07 C09J 9/02(2006.01) C09J 11/04(2006.01) C09J 11/06(2006.01) H01L 31/0224(2006.01) (71)申请人 硕禾电子材料股份有限公司 地址 中国台湾新竹县 (72)发明人 赵钜隆 张育甄 郑仲杰 卢盈志 林正勋 黄文瑞 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 宋莉 (5。
2、4) 发明名称 具有表面活性剂的导电胶 (57) 摘要 本发明提供具有表面活性剂的导电胶， 其包 含 ： 至少一种金属粉末、 有机载体、 玻璃料以及表 面活性剂。所述表面活性剂具有以下结构 ： Mx(R) y(Q)z， 其中M选自金属元素或半导体元素， R为与M 键结的亲水基团， 该亲水基团能够水解产生另一 对应的亲水性官能团， 以及Q为疏水基团。 本发明 的表面活性剂中的 R 亲水基团水解后会附着于导 电胶中的金属粉末的表面， 而另一端的疏水基团 则可溶解于有机载体中所含的有机溶剂中并且其 中包含可与其它高分子反应接枝的官能团。如此 一来， 金属粉末就可以良好地分散， 从而避免金属 粉末的聚。
3、集。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 4 页 1/1 页 2 1. 一种导电胶， 其包含 ： 至少一种金属粉末 ； 有机载体 ； 玻璃料 ； 和 表面活性剂， 其具有以下代表式 1 的结构 ： 代表式 1 Mx(R)y(Q)z 其中 ： M 选自金属元素和半导体元素 ； R 为与 M 键结的亲水基团， 该亲水基团能够水解产生对应的亲水性官能团 ； Q 为与 M 键结的疏水基团 ； 和 x 为 1 至 6 的整数， y 为 1 至 20 的整数， z 为。
4、 1 至 20 的整数。 2.权利要求1所述的导电胶， 其中Q具有能够被该金属元素接受的孤对电子， 从而成为 配位基。 3. 权利要求 1 所述的导电胶， 其中 M 包括铝、 钛、 锆或硅。 4. 权利要求 1 所述的导电胶， 其中 R 为选自如下的基团 ： 碳原子数为 1-6 的直链或支 链烷氧基或者碳原子数为 3-6 的环烷基氧基 ； 式 -(C O)-R 的基团， 其中 R 为碳原子数 为 1-6 的直链或支链烷基或碳原子数为 3-6 的环烷基 ； 式 -O-(C O)-R 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链烷基或碳原子数为 3-6 的环烷基 ； 式 -(C O)O-。
5、R 的基 团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链烷基或碳原子数为 3-6 的环烷基 ； 式 -(C O) NH-R 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链烷基或碳原子数为 3-6 的环烷基 ； 式 -O-R -O- 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链亚烷基或者碳原子数为 3-6 的亚环烷基 ； 和式 -O-(C O)-R -O- 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链亚 烷基或者碳原子数为 3-6 的亚环烷基。 5. 权利要求 1 所述的导电胶， 其中 Q 包含氮、 氧、 磷或硫。 6. 权利要求 1 所述的导电胶， 其中 Q 选。
6、自 ： 乙烯基、 脂肪族基环氧基、 苯乙烯基、 甲基丙 烯酰氧基、 丙烯酰氧基、 脂肪族基氨基、 氯丙基、 脂肪族基巯基、 脂肪族基硫离子基、 异氰酸 基、 脂肪族基脲基、 脂肪族基羧基、 脂肪族基羟基、 环己基、 苯基和脂肪族基甲酰基、 乙酰基 和苯甲酰基。 7. 权利要求 6 所述的导电胶， 其中该脂肪族基具有 1 至 24 个碳原子。 8.权利要求1所述的导电胶， 其中Q能够与高分子链进行化学反应， 从而在该高分子链 的侧链或者末端产生键结。 9. 权利要求 8 所述的导电胶， 其中该高分子链的重复聚合单元数为 1 至 10000。 10. 权利要求 1 所述的导电胶， 其中该导电胶包含。
7、 0.1 重量 10 重量的该表面活 性剂。 权 利 要 求 书 CN 102559090 A 2 1/7 页 3 具有表面活性剂的导电胶 技术领域 0001 本发明涉及导电胶， 尤其涉及具有表面活性剂的导电胶。 背景技术 0002 近年来， 由于网络与电子信息相关产业技术的发展越来越快， 各式各样的电子相 关产品陆续地推陈出新且快速地小型化 ； 因此， 在电子相关产品中， 电路图案之间或电路图 案与组件之间的连接组件的尺寸也由此朝轻薄短小的方向迈进， 其中导电胶由于具有可瞬 间或快速固化、 施工方便、 所形成的胶层比已知的连接组件如接脚 (pin) 的体积小的优点， 因此经常被用在电子产品上。
8、。 0003 除此之外， 在使用单晶或多晶硅作为主要半导体基板材料的太阳能电池中， 其电 极则是使用通过将金属粉末与有机载体混合而制成的导电胶， 通过网版印刷法涂布该导电 胶于太阳能硅基板上， 并且在烧结炉中高温烧结而形成的。 因此， 导电胶的组成及烧结条件 对于太阳能电池的特性而言特别重要。 0004 一般而言， 导电胶包含有机载体、 导电性粉末、 玻璃料， 以及根据需求可向导电胶 中添加其它添加物。 导电胶中的成分起着控制印刷后的形状、 控制电极的导电性、 保持与半 导体基板的密着性、 控制抗反射膜的蚀穿等作用。 0005 上述玻璃料中通常含有一些化学成分， 其用来在高温烧结时蚀穿抗反射层。
9、和帮助 熔融烧结， 然而这些化学成分和玻璃本身在生产和使用过程中皆会对环境造成污染和危 害。 0006 因此， 目前急需一种环保的导电胶， 其不但可维持太阳能电池的高转换效率及稳 定的特性， 并且在使用时能降低对环境的危害。 发明内容 0007 本发明提供一种应用于电子产品的导电胶， 并且本发明的导电胶特别适合用于太 阳能电池的电极。 0008 本发明提供一种导电胶， 其包含 ： 至少一种粉末状的金属材料、 有机载体、 玻璃料 以及表面活性剂。该表面活性剂具有以下代表式 ： 0009 Mx(R)y(Q)z 0010 其中， 0011 M 为金属元素或半导体元素， 例如铝、 钛、 锆或硅等 ； 。
10、0012 R 为直接与 M 键结的亲水基团， 该亲水基团能够水解而产生另一对应的亲水性官 能团， R 可以为烷氧基、 酰基、 酰氧基、 烷氧羰基或酰胺基 (amido group) ； 0013 Q为与M键结的疏水基团， 其具有碳原子数约为124个的分子链， 可以单纯为较 稳定的反应性低的脂肪族烃基或醚基， 或包含可与其它高分子单体或基团反应的官能团， 例如乙烯基、 脂肪族基环氧基、 苯乙烯基、 甲基丙烯酰氧基、 丙烯酰氧基、 脂肪族基氨基、 氯 丙基、 脂肪族基巯基、 脂肪族基硫离子基(aliphatic sulfido group)、 异氰酸基(异氰酸酯 说 明 书 CN 10255909。
11、0 A 3 2/7 页 4 基， isocyanato group)、 脂肪族基脲基、 脂肪族基羧基、 脂肪族基羟基、 环己基、 苯基和脂肪 族基甲酰基、 乙酰基或苯甲酰基。 由于具有上述这些可与其它高分子单体反应的官能团， 本 发明所公开的表面活性剂可出现多个 Mx(R)y(Q)z分子连接至一条高分子链上的情况， 该高 分子链上的表面活性剂 Mx(R)y基团不限于一种。 0014 在本发明的表面活性剂的代表式 Mx(R)y(Q)z中， x、 y、 z 皆为自然数。 0015 由于本发明的导电胶使用特殊的表面活性剂， 该表面活性剂的亲水基团 R 在与水 发生水解反应后产生另一亲水性官能团， 而。
12、疏水基团 Q 则易溶解于有机载体中或与高分子 反应。由于所产生的亲水性官能团会附着于导电胶中的金属粉末的表面， 而另一端的疏水 基团 Q 则会溶解于有机载体中所含的有机溶剂中， 如此一来， 金属粉末就可达到良好的分 散。再者， 在导电胶中加入表面活性剂后， 与已知的导电胶相比， 其中的玻璃料的使用量可 以下降， 因而降低污染。 附图说明 0016 图 1 绘示的是本发明的表面活性剂与高分子的侧链键结的反应式。 0017 图 2 绘示的是化学式 1 的化合物的水解反应式。 0018 图 3 绘示的是化学式 2 的化合物的水解反应式。 0019 图 4 表示本发明实施例中进行拉力测试所使用的拉力机。
13、的示意图。 具体实施方式 0020 本发明提供一种导电胶， 其包含 ： 至少一种粉末状的金属材料、 有机载体、 任选地 加入的玻璃料、 以及表面活性剂。 该金属材料可以为铝粉末或银粉末 ； 该有机载体是通过将 树脂溶于有机溶剂中并且任选地添加油脂或其它辅助材料而制成的， 所述树脂例如为乙基 纤维素或甲基丙烯酸甲酯树脂 ； 该玻璃料可以为含有多种不同氧化态的金属的非结晶相化 合物， 其主要的功能是用来在高温烧结时蚀穿太阳能电池的抗反射层和帮助熔融烧结。根 据产品要求的特性不同， 也可选择加入不同种类的玻璃料或者不加入玻璃料。不同种类的 玻璃料的用量不同， 通常， 玻璃料占导电胶的 1 5 重量。。
14、 0021 为达到本发明的目的， 本发明提供的表面活性剂具有以下的代表式， 如下列代表 式 1 ： 0022 代表式 1 0023 Mx(R)y(Q)z 0024 其中， x 为 1 至 6 的整数， y 为 1 至 20 的整数， z 为 1 至 20 的整数 ； M 为金属元素 或半导体元素， 例如铝、 钛、 锆或者硅、 锗或者其它金属及半导体元素 ； R 为亲水基团， R 直接 与 M 键结且可与水分子反应而水解从而产生对应的亲水性官能团。根据本发明的 R 可以独 立地为选自如下的基团 ： 碳原子数为 1-6 的直链或支链烷氧基或者碳原子数为 3-6 的环烷 基氧基 ； 式 -(C O)。
15、-R 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链烷基或碳原子数 为 3-6 的环烷基 ； 式 -O-(C O)-R 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链烷基 或碳原子数为 3-6 的环烷基 ； 式 -(C O)O-R 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或 支链烷基或碳原子数为 3-6 的环烷基 ； 式 -(C O)NH-R 的基团， 其中 R 为碳原子数为 1-6 的直链或支链烷基或碳原子数为 3-6 的环烷基 ； 式 -O-R -O- 的基团， 其中 R 为碳原子数 说 明 书 CN 102559090 A 4 3/7 页 5 为 1-6 的直链或。
16、支链亚烷基或者碳原子数为 3-6 的亚环烷基 ； 和式 -O-(C O)-R -O- 的基 团， 其中R 为碳原子数为1-6的直链或支链亚烷基或者碳原子数为3-6的亚环烷基。 其中， 烷氧基可以例如为异丙氧基、 乙氧基， 式 -O-R -O- 的基团可以例如为式 -O-CH2-CH2-O- 的 基团， 式 -O-(C O)-R -O- 的基团可以例如为式 -O-(C O)-CH2-O- 的基团、 式 -O-(C O)-CH2-CH2-O- 的基团。换言之， 根据本发明的 R 可以独立地为选自如下的基团 ： 烷氧基 (-O-CmHn， alkyl oxide group)、 酰基 (-(C O)。
17、-CmHn)、 酰氧基 (-O-(C O)-CmHn)、 烷氧羰 基 (-(C O)-O-CmHn)、 酰胺基 (-(C O)-NH-CmHn， amido group)、 亚烷氧基 (-O-CmHn-O-， alkoxylene group) 和亚烷氧羧基 (-O-(C O)-CmHn-O-)。一般来说， 上述 m 为 1 6 的整 数， n 为 3 13 的整数， 并且 CmHn可为直链或支链的烷类或环烷类基团。其中， 烷氧基可以 例如为异丙氧基、 乙氧基， 亚烷氧基可以例如为亚乙氧基(-O-CH2-CH2-O-)， 亚烷氧羧基可以 例如为亚甲氧羧基 (-O-(C O)-CH2-O-)、 。
18、亚乙氧羧基 (-O-(C O)-CH2-CH2-O-)。 0025 Q 为与 M 键结的疏水基团， 可以为含有约 1 24 个碳原子的分子链， 可以单纯为 较稳定的反应性低的脂肪族烷基或烷氧基， 或包含可与其它高分子单体或基团反应的官能 团。Q 选自 ： 乙烯基、 脂肪族基环氧基、 苯乙烯基、 甲基丙烯酰氧基、 丙烯酰氧基、 脂肪族基氨 基、 氯丙基、 脂肪族基巯基、 脂肪族基硫离子基 (aliphatic sulfido group)、 异氰酸基 ( 异 氰酸酯基 )、 脂肪族基脲基、 脂肪族基羧基、 脂肪族基羟基、 环己基、 苯基和脂肪族基甲酰基、 乙酰基或苯甲酰基。其中上述的脂肪族基具有。
19、 1 至 24 个碳原子， 该脂肪族基可以例如为直 链烃基， 特别是直链烷基。Q 包含氮、 氧、 磷或硫。 0026 此外， Q 还可以为其它包含氮、 氧、 磷或硫及其组合的基团。在某些情况下， 如当 M 为金属元素时， Q 可具有能够被 M 接受的孤对电子， 使得此时 Q 成为配位基。再者， Q 还可以 经由这些官能团与高分子链反应从而成为高分子链上的侧链或将高分子链封端 ； 亦即高分 子链可变成连接有一个或多个表面活性剂 Mx(R)y基团。该高分子链上的表面活性剂 Mx(R) y基团不限于一种。前述的高分子链不限定为何种高分子， 这取决于其是否能与 Q 上的官能 团反应。另外， 高分子链的。
20、重复聚合单元数为 1 至 10000 个。 0027 图 1 绘示的是本发明的表面活性剂与高分子的侧链键结的反应式。如图 1 所示， 高分子侧端具有羟基 (-OH)， 该高分子可以是聚乙烯醇 (PVA) 或聚乙烯醇缩丁醛 (PVB)， 在 图 1 中， 以高分子为 PVB 为例， 该高分子可以与具有异氰酸基 (-NCO) 的 Q 反应生成氨基甲 酸酯基团 (-NH-CO-O-)， 该氨基甲酸酯基团则会将 Mx(R)y与高分子链连接在一起。 0028 本发明的代表式 1 的优选实例可为下列化学式 1、 化学式 2、 化学式 3 或化学式 4 的化合物。然而， 这些具体实例仅供说明之用， 而不因此。
21、限制本发明的范围。 0029 化学式 1 0030 说 明 书 CN 102559090 A 5 4/7 页 6 0031 在化学式 1 中， 例示 M 为铝， 因此， x 为 1。R 为与 Al 元素键结的异丙氧基 (CH3)2CHO-)， 上述的异丙氧基有两个， 因此 y 为 2。Q 则为 (O-C(CH3)-CH-CO-O-C18H35)， 因 此， z 为 1。在化学式 1 中， 一方面， Q 会和 M 有键结。另一方面， Q 也可作为配位基， 例如双 齿配体， 使得 Q 和 M 有配位键结， 此外， 根据不同的产品需要， R 可以独立地选自不同的亲水 基团， 例如， 其中一个为异丙氧。
22、基， 另一个可以为其它基团， 例如酰基、 酰氧基等。 0032 化学式 2 0033 0034 在化学式 2 中， M 为硅， 因此， x 为 2。R 为乙氧基 (-O-C2H5)， 因此 y 为 6。Q 则为 (C3H6S2)， 因此， z 为 2。Q 为二价基团， 与两个独立的 M 键结， 并且 Q 中含有杂原子， 例如硫。 0035 化学式 3 0036 0037 在化学式 3 中， M 为钛， 因此， x 为 1。R 为 -OCH(CH3)2， 因此 y 为 1。Q 则为 (-OC2H4NHC2H4NH2)， 因此， z 为 3。 0038 化学式 4 0039 说 明 书 CN 10。
23、2559090 A 6 5/7 页 7 0040 在 化 学 式 4 中， M 为 钛， 因 此， x 为 1。R 为 -OCH(CH3)2， 因 此 y 为 1。Q 则 为 -P2O5H-(OC8H17)2， 因此， z 为 3。 0041 图 2 绘示的是化学式 1 的化合物的水解反应式。如图 2 所示， 以化学式 1 的化合 物为例， 当化学式1的化合物与有机载体接触时， 有机载体内所含的水便会和化学式1的化 合物发生水解反应。原来 R 为 (CH3)2CO-)2， 在和水分子反应后成为与 (CH3)2CO-)2对应的 亲水性官能团 (HO-)2， 此时， (HO-)2则会吸附在金属粉末。
24、的表面， 而疏水基团 Q 则溶解于有 机载体中。 0042 图 3 绘示的是化学式 2 的化合物的水解反应式。如图 3 所示， 化学式 2 的化合物 中的 R 为 (-O-C2H5)， 在和水分子反应之后， 成为与 (-O-C2H5) 对应的亲水性官能团 (HO-)2， 此时， (HO-)2则会吸附在金属粉末的表面， 而疏水基团 Q(C3H6S2) 则溶解于有机载体所含的 有机溶剂中。 0043 值得指出的是， 由于大多数的工业级溶剂和树脂本身即含有少量的水 ( 一般视为 不纯物 )， 而这些少量的水足以与本发明的表面活性剂发生反应， 因此本发明并不添加任何 的水， 而是利用有机载体的溶剂或树。
25、脂中所含的水。 0044 实施例 0045 在常温常压下， 将有机载体、 金属粉末、 表面活性剂、 玻璃料和其它助剂按照表 1 至表 3 中所示的比例混合均匀， 再以三滚筒进行分散， 从而制得各对照例、 实施例和比较例 的导电胶。 在所用原料中， 采用乙基纤维素作为所述有机载体中的有机树脂， 采用乙酸乙酯 作为空白试剂。 0046 表 1. 对照例 1、 比较例 1-1 至 1-2 以及实施例 1 的配方 0047 说 明 书 CN 102559090 A 7 6/7 页 8 0048 表 2. 对照例 2、 比较例 2-1 至 2-2 以及实施例 2 的配方 0049 0050 表 3. 对。
26、照例 3、 比较例 3-1 至 3-2 以及实施例 3 的配方 0051 0052 表 4 中示出了对表 1 至表 3 中的各实施例、 比较例和对照例的导电胶进行电 气特性、 拉力及翘曲测试所获得的结果， 其中， 电性能测试使用 Solar Simulator 和 IV-tester(Quicksun 120CA) 进行 ； 拉力测试方法为将硅太阳能电池片封装成模块， 在背 面以刀具割出两条水平线， 深度仅破坏封装膜， 而不破坏导电铝胶， 两线间距 10mm， 由一端 垂直拉起， 速度为水平方向 360mm/min， 以拉力计测试导电铝胶被拉起所需的力道， 拉力单 位为 N/cm， 其意义为每。
27、单位宽度的强度， 本实验的数据为拉 100mm， 85 个点的平均数据。本 实验所用拉力机的示意图见图 4。 0053 表 4. 电气特性、 拉力及翘曲测试结果 说 明 书 CN 102559090 A 8 7/7 页 9 0054 0055 如表 4 中所示， 由对照例 1 3 可看出， 玻璃熔块的使用量减少， 导电胶的效率和 拉力都会降低。另外， 实施例 1 3 的转换效率皆高于相应对照例的转换效率， 而且， 实施 例13的拉力都比对照例13的拉力高， 这表明本发明的表面活性剂有辅助玻璃料提升 转换效率和拉力的作用。此外， 当玻璃料含量高 ( 为 4 ) 的时候， 加入的表面活性剂 ( 化。
28、 学式 1 的化合物 )， 可以提升拉力。当玻璃料含量降低时 ( 为 2或 1 )， 表面活性剂也可 以在不影响电学效果的情况下提升拉力以达到业界要求的标准。 0056 因此， 通过本发明的表面活性剂可有效地分散金属粉末， 此外， 本发明的表面活性 剂占导电胶的 0.1 重量 10 重量， 优选为 0.1 重量 5 重量， 即可发挥其功效， 并且已知为了强化太阳能电池的电极与半导体基板的结合， 除了在导电胶中外加玻璃料之 外， 并无其它有效方式， 但使用本发明的导电胶之后， 可减少玻璃料的使用量， 降低对环境 造成不良影响的物质的含量， 而对电极与半导体基板的结合并无不良的影响， 而且， 也维。
29、持 了太阳能电池的效能。 0057 另外， 本发明的导电胶不限于用在太阳能电池中， 其它电子组件例如陶瓷电容、 半 导体封装、 印刷电路板等都可使用本发明的导电胶。 0058 以上所述仅为本发明的优选实施方式， 凡是按照本发明的权利要求所进行的等同 变化和修饰， 皆应属于本发明的涵盖范围。 说 明 书 CN 102559090 A 9 1/4 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 102559090 A 10 2/4 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 102559090 A 11 3/4 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 102559090 A 12 4/4 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 102559090 A 13 。