導電紙以及使用這種紙的電子元件的載體的製作方法
2023-05-09 22:15:16
專利名稱：導電紙以及使用這種紙的電子元件的載體的製作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及導電紙，具體來說涉及含有導電物質層的導電紙，在其至少一個側面上具有特殊值或更低值的表面電阻率和幾乎中性的表面pH值，這些非常適於用作電子元件的載體。
2.相關技術說明至今，就傳輸或存儲來說，為了達到防止單獨的電子元件互相損傷的目的或者為增強隨後步驟的可加工性，將精密電子元件放置在載體上。例如，在具有金屬部分的發光二極體的情況下，採用熱熔粘合劑等方式，通過將金屬部分的末端固定在帶狀狹窄的載體上來進行上述二極體的傳輸。
這種載體所需要的特性包括(1)具有導電性，為防止灰塵等粘結在上面或防止電子元件由於靜電而遭受電損傷；(2)載體的表面pH值幾乎為中性以使電子元件的金屬部分不被腐蝕；(3)不產生腐蝕性雜質的離子，特別是不產生表面離子以使電子元件的金屬部分不被腐蝕；等等。
至今，已經應用其作為導電載體，該載體由塑料製品製成，其中含有粉末狀導電物質例如碳黑，纖維狀導電物質例如碳纖維和被塗覆的或與上述例舉的導電物質相結合的紙。但是，由塑料製成的載體涉及令人擔心的問題，在其使用之後的煅燒階段會引起環境汙染。另一方面，與由塑料製成的載體相比，由紙製成的載體儘管較少可能引起水汽冷凝和產生靜電，但是涉及令人擔心的腐蝕電子元件的問題，這是由於使用硫酸鋁作為固定劑或者使用含有能產生硫酸鹽離子的化學物質的造紙添加劑等而產生大量硫酸鹽離子。
按照上述的情況，本發明的一般目的是提供一種導電紙，在其至少一個側面上被賦予導電性，並且能夠抑制由於產生硫酸鹽離子等所引起的電子元件的腐蝕，同時提供一種使用上述導電紙的電子元件的載體。
從下面公開的說明書中可以明顯看出本發明的其它目的。
為了獲得上述目的，本發明者進行了深入細緻的廣泛研究和調查，作為結果已經發現通過含有導電物質層的導電紙可以達到該目的，在其至少一個側面上具有特殊值或更低值的表面電阻率和幾乎中性的表面pH值。通過上述發現和信息可以完成發明。
特別地，本發明提供了以下幾個方面。
1.在該導電紙的至少一個側面上含有導電物質層，該層具有至多107Ω的表面電阻率和在5.5-8.0範圍內的表面pH值。
2.如上述項目1中提到的導電紙，其具有至多0.2秒的靜電半衰期。
3.如上述項目1或項目2中提到的導電紙，其中硫酸鹽離子的濃度至多為1ppm，其是通過在100℃下，在70毫升(mL)的去離子水中，使1克導電紙經過1小時的萃取處理萃取得到的。
4.一種電子元件的載體，其載體使用如上述項目1、2或3中提到的導電紙。
優選具體實施方案的描述本發明的導電紙，要求在其至少一個側面上含有導電物質層。其構成沒有明確限定，但是可以例舉單層或多層導電紙，該導電紙可以由含有導電物質的僅僅一層或多層構成；雙層導電紙由含有導電物質的一層和不含導電物質的一層構成；三層導電紙由不含導電物質的一層和兩層的兩個側面上都含有導電物質的層構成；等等。
含有導電物質的層和不含該物質的層，每一種都構成本發明的導電紙，並且其是由通過常規片材加工方法製造的紙製成的。
在本發明中使用纖維作為紙的原材料，這裡可以使用天然紙漿和合成紙漿，可以使用與所需天然紙漿相結合的各種纖維等。對於上述天然紙漿沒有具體限定，但是任選使用木質紙漿、非木質紙漿例如韌皮纖維和雁皮(ganpi)纖維。
除此之外，可使用的各種紙漿的實施例包括機械木質紙漿例如細磨木質紙漿，其是通過機械處理原料得到的；化學紙漿，其是通過用化學試劑處理原料得到的，例如亞硫酸鹽紙漿，燒鹼法紙漿，硫酸鹽紙漿(牛皮紙漿)，硝酸鹽紙漿(nitrate pulp)和氯化紙漿(chlorine pulp)；半化學紙漿，其是通過化學處理和機械處理相結合得到的；漂白紙漿，其是通過將上述紙漿經過漂白精煉處理得到的；未漂白紙漿，其是不經過漂白精煉處理的；半漂白紙漿，其是介於漂白紙漿和未漂白紙漿之間的中間物；諸如此類的紙漿。在這些紙漿中，優選針葉樹漂白的牛皮紙漿(N BKP)，寬葉樹漂白的牛皮紙漿(L BKP)和其混合物。也可以使用回收的廢紙漿。
當需要時，使用的合成紙漿的實施例包括由如聚乙烯和聚丙稀這種物質得到的合成紙漿。各種各樣纖維的實施例包括有機纖維如丙烯酸纖維、人造纖維、酚醛樹脂纖維、聚醯胺鹼性纖維、聚酯鹼性纖維和聚烯烴鹼性纖維和無機纖維如玻璃纖維和氧化鋁纖維。
作為在本發明中使用的導電物質，其是由粉末狀碳質的導電物質例如碳黑和石墨；導電的粉末狀金屬氧化物例如氧化錫，氧化鈦和氧化鋅；金屬纖維例如銅、鎳和鋅；通過金屬汽相澱積法塗覆的導電纖維；碳纖維；有機導電的高分子化合物例如聚噻嗪、滷代聚乙炔、聚對苯撐等組成的。上述提到的導電物質優選是纖維狀的，而不是粉末狀的，以防止灰塵產生。
在這些導電物質中的任何一種都可以單獨使用或與至少一種其它的導電物質相結合來使用。其中，基於100重量份上述紙原料的纖維，混合用量通常選擇1-100重量份。基於相同的基準，當其用量少於1重量份時，會產生不充足的導電性，然而基於相同的基準，當其用量多於100重量份時，導致對於涉及用量的導電性增強方面沒有工作效應，相反導致劣化導電紙的物理性能。因為這個原因，基於相同的基準，混合用量的範圍優選1-50重量份，特別優選5-20重量份。
在本發明的導電紙中，含有導電物質的層具有至多107Ω的表面電阻率。當表面電阻率超過107Ω時，產生不充分的導電性，由此不能充分發揮防止灰塵等粘附紙表面或防止電子元件由於靜電而遭受電損傷的功能，進而不能達到本發明的目的。優選其表面電導率至多105Ω。下限沒有具體限定，但是通常大約為101Ω。在下文將描述表面電導率的測定方法。
含有導電物質的層的表面pH值的範圍是5.5-8.0。其中當表面pH值小於5.5時，引起電子元件金屬部分的腐蝕，進而不能達到本發明的目的。另一方面，其中當表面pH值大於8.0時，有時產生依賴於其原料的電子元件的末端腐蝕或對電子元件的性能造成負面影響。在下文將描述表面pH值的測定方法。
本發明導電紙的靜電半衰期優選至多0.2秒。當其半衰期超過0.2秒時，由於靜電不能充分防止充電，進而不能充分發揮防止灰塵等粘附表面或防止電子元件由於靜電而遭受電損傷的功能，產生令人擔心的失敗。其下限沒有具體限定，但是通常大約為0.01秒。在下文將描述靜電半衰期的測定方法。
除此之外，本發明導電紙的硫酸鹽離子的濃度優選至多1ppm，其是通過萃取得到的，在100℃下，在70毫升(ml)的去離子水中，使1克導電紙經過1小時的萃取處理。當其硫酸鹽離子的濃度超過1ppm時，可能破壞金屬末端表面上的氧化膜，所以不利地增加了腐蝕率。在下文將描述硫酸鹽離子濃度的測定方法。
其中表面pH值和硫酸鹽離子濃度都在上述範圍內的導電紙可通過中性的造紙方法生產。在這裡使用的術語，中性的造紙生產，其意思是上漿處理中不使用硫酸鋁或在造紙中使用化學處理來中和。
本發明具有這些性能的導電紙非常適宜用作電子元件的載體。
本發明導電紙中含有的導電物質層可以通過製備含水懸浮液來生產，該懸浮液含有按規定比例的上述用作紙原料的纖維和導電物質，並且使所得懸浮液經過常規公知的造紙工藝來進行製備。
當需要時，上述含水懸浮液可以適當地任選結合各種用於造紙的中性添加劑，至今已經用於造紙的添加劑例如固定劑、溼紙增強劑、幹紙增強劑、上漿劑和填料。在本發明中優選避免使用含有某種化合物的造紙添加劑，該化合物是在所得的導電紙中產生硫酸鹽離子的原因。
如上所述的固定劑是由聚乙烯亞胺樹脂，其衍生物，聚丙烯醯胺樹脂、聚胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯胺樹脂、聚環氧乙烷樹脂、聚醯胺/聚胺樹脂，其衍生物，鹼性聚氯化鋁、鹼性聚氫氧化鋁和氧化鋁溶膠組成的。
如上所述的溼紙增強劑是由環氧化的聚醯胺樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、三聚氰胺/福馬林樹脂和尿素/福馬林樹脂組成的。
如上所述的幹紙增強劑是由丙烯酸樹脂、聚胺樹脂、聚丙烯醯胺樹脂、氧化澱粉、羧化澱粉、陽離子澱粉、植物膠、聚乙烯醇樹脂和羧甲基纖維素組成的。
如上所述的上漿劑是由至少選自上漿劑例如烷基烯酮二聚體、鏈烯基順丁烯二酸酐、聚苯乙烯鹼性樹脂和較高脂肪酸鹼性樹脂中的一種物質組成的。
如上所述的填料是由礦石鹼性填料例如滑石、高嶺土、煅燒高嶺土、粘土、硅藻土、重質碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鋁、二氧化鈦、矽石、矽鋁酸鹽和膨潤土、有機鹼性填料例如聚苯乙烯顆粒和尿素/福馬林樹脂顆粒組成的。
當需要時，上述含水懸浮液可以適當任選與造紙添加助劑例如染料、澱渣控制劑、消泡劑和增稠劑結合使用。
在本發明中，含有導電物質的片是通過造紙工藝製備的，使用含有作為紙原料的纖維的含水懸浮液，導電物質和當需要時使用各種添加劑，以上述提到的方式製備的，以致於得到單層導電紙。另一方面，在本發明的導電紙含有不含導電物質層的情況下，不含導電物質的片是通過造紙工藝製備的，使用含有作為紙原料的纖維的含水懸浮液和當需要時使用各種添加劑，以上述提到的方式製備，除了含水懸浮液不含導電物質。隨後，上述製備的含有導電物質的片和不含導電物質的片一起經過造紙工藝，以至於得到具有雙層或三層結構的導電紙。
可以塗覆或浸漬本發明的以上述方式得到的具有表面增強劑如氧化澱粉、聚乙烯醇、表面上漿劑、顏料和各種高分子化合物的導電紙表面，在造紙步驟期間或之後，通過塗覆方法使用施膠壓榨、門輥制(gate roll)、氣刀或刮刀輥制(blade roll)。
在本發明的導電紙中，可以使用上述提到造紙添加劑，造紙添加助劑和塗覆/浸漬的化學試劑，每種可以是陰離子的、陽離子的、非離子的或兩性的。但是，如上所述優選不使用添加劑，添加助劑和含有化合物的化學試劑，該化合物是產生硫酸鹽離子的原因，以抑制硫酸鹽離子的濃度至多為1ppm，其是通過萃取得到的，在100℃下，在70毫升的去離子水中，使1克導電紙經過1小時的萃取處理。如上所述的添加劑，添加助劑和含化合物的化學試劑，該化合物是產生硫酸鹽離子的原因，是由用含有硫酸鹽例如硫酸鋁、鹼性硫酸鋁、硫酸亞鐵、磺酸鹽和硫酸醚的酯鹽的陰離子乳化劑分散的乳液構成的。
本發明適宜的導電紙的基礎重量範圍是64-600克/米2(對於多數層來說所有層的整體基礎重量)，優選200-500克/米2。
在總結本發明的工作效應和優點中，可以提供一種導電紙，在其至少一個側面上被賦予導電性，並且能夠抑制由於產生硫酸鹽離子等所引起的電子元件的腐蝕，同時提供一種使用上述導電紙的電子元件的載體。
下面將更加詳細地描述本發明的相關對比實施例和操作實施例，但是這些並不限制本發明。在實施例中得到的導電紙的物理性能決定於下面所述的生產過程。
(1)表面pH值表面pH值是依據日本紙漿與造紙工業協會(JAPAN TAPPI)1.1A測定的。
(2)表面電阻率Ω表面電阻率Ω是通過下述方法測定的，其中在210mm大小的機器方向(紙的方向平行於造紙機的行進方向)上，用145mm寬的由不鏽鋼製成的夾子夾住供測量的210mm的導電紙兩個末端，以至於其間的距離設定在200mm，每個夾子與測試器的電極(購自TMK有限公司，商品名為「萬用表(Multitester)VF10」)接觸，同時，所指示的值作為表面電阻率。
(3)萃取的硫酸鹽離子的量在100℃下，將1克導電紙樣品浸漬在70ml的去離子水中，進行1小時的萃取，測定是由最終萃取物中的硫酸鹽離子決定的，其中去離子水定義為具有至少15kΩ·cm(25℃)的體積電阻率。同時，為防止手直接接觸導電紙，使用雙層棉手套，該棉手套外部覆蓋有由聚乙烯製成的外部手套。
萃取的硫酸鹽離子的測定是採用離子色譜法(購自日本Dionex有限公司，商品名為「CX320」)進行測定的，使用標準硫酸鹽離子溶液，將1000克的K2SO4溶液溶解在1升的去離子水中。在這裡使用的離子萃取容器是裝備有密封蓋的並且由聚丙稀製成的容器，其中在測定導電紙樣品時，容器中的雜質量限定在可能雜質量的至多1/5。
(4)靜電半衰期靜電半衰期是通過使用static neostometer(購自Shishido Shokai日本有限公司)在23℃溫度下，在相對溼度為50％並且使用10千伏的電壓下測定的。
(5)載體的腐蝕測試載體的腐蝕測試是採用腐蝕加速測試進行的，其條件包括在60℃的溫度和90％的相對溼度下，10天內，在使用導電紙的載體中間插入銅質發光二極體的一個末端部分，該末端是鍍銀的，如果可能，然後從視覺上可以觀察到顏色的變化。實施例1由紙材料製備片材，該紙材料是通過添加100重量份的木質紙漿(N BKP/L·BKP的重量比率為20/80)，以固體含量表示，10重量份的碳顏料(購自Mikuni顏料有限公司， 商品名為「Grand BlackAM1000」)作為導電物質；以固體含量表示，0.05重量份的聚乙烯亞胺樹脂(購自Nippon Shokubai Kagaku Kogyo有限公司，商品名為「Epomin P1000」)作為固定劑；以固體含量表示，0.5重量份的環氧化的聚醯胺樹脂(購自日本PMC有限公司，商品名為「WS570」)作為溼紙增強劑；以固體含量表示，0.5重量份的聚苯乙烯樹脂(購自Seiko化學工業有限公司，商品名為「Pearl Gum CS」)作為上漿劑來製備的。當採用施膠壓榨塗布機造紙的時候，以固體含量表示，將作為表面增強劑的3克/米2的氧化澱粉(購自O.ji穀物澱粉有限公司，商品名為「OjiAce A」)塗覆在所得片材的兩個側面上。結果得到具有基礎重量為300克/米2的導電紙，其物理性能列於表1中。實施例2由紙材料製備片材，該紙材料是通過添加100重量份的木質紙漿(N BKP/L·BKP的重量比率為20/80)，5重量份的碳纖維(購自TohoTenacs有限公司，商品名為「Besfite Ae」切成3毫米大小)作為導電物質；以固體含量表示，0.5重量份的環氧化的聚醯胺樹脂(購自日本PMC有限公司，商品名為「WS570」)作為溼紙增強劑；以固體含量表示，0.5重量份的聚苯乙烯樹脂(購自Seiko化學工業有限公司，商品名為「Pearl Gum CS」)作為上漿劑來製備的。
結果得到具有基礎重量為300克/米2的導電紙，其物理性能列於表1中。實施例3採用配備有長網成形線和圓網籠的製造雙層紙的造紙機，進行雙層紙的生產，以生產出由不含導電物質的一層和含有導電物質的一層構成的包含兩層的導電紙。
製備長網成線的紙材料，通過添加100重量份的木質紙漿(N BKP/L·BKP的重量比率為20/80)，以固體含量表示，0.5重量份的環氧化的聚醯胺樹脂(購自日本PMC有限公司，商品名為「WS570」)作為溼紙增強劑；以固體含量表示，0.5重量份的聚苯乙烯樹脂(購自Seiko化學工業有限公司，商品名為「Pearl Gum CS」)作為上漿劑；和以固體含量表示，0.5重量份的丙烯酸樹脂(購自Arakawa化學工業有限公司，商品名為「Polystoron 191」)作為幹紙增強劑來製備的。
另一方面，使用與實施例1相同的材料製備圓網籠的紙材料。
當採用施膠壓榨塗布機造紙的時候，以固體含量表示，將作為表面增強劑的3克/米2的氧化澱粉(購自Oji穀物澱粉有限公司，商品名為「Oji Ace A」)塗覆在所得紙的兩個側面上。結果得到含有兩層的並且具有基礎重量為400克/米2的導電紙，其中長網線的一側具有的基礎重量為350克/米2，圓籠的一側具有的基礎重量為50克/米2。所得導電紙的物理性能列於表1中。對比實施例1由紙材料製備片材，該紙材料是通過添加100重量份的木質紙漿(N BKP/L·BKP的重量比率為20/80)，以固體含量表示，10重量份的碳顏料(購自Mikuni顏料有限公司，商品名為「Grand BlackAM1000」)作為導電物質；以固體含量表示，0.5重量份的松香膠料(購自Arakawa化學工業有限公司，商品名為「Sizepine E50」)作為上漿劑；以固體含量表示，1重量份的硫酸鋁(購自Sumitomo鋁有限公司，商品名為「硫酸鋁」)；以固體含量表示，0.5重量份的環氧化的聚醯胺樹脂(購自日本PMC有限公司，商品名為「WS570」)作為溼紙增強劑來製備的。當採用施膠壓榨塗布機造紙的時候，以固體含量表示，將作為表面增強劑的3克/米2的氧化澱粉(購自Oji穀物澱粉有限公司，商品名為「Oji Ace A」)塗覆在所得紙材料的兩個側面上。結果得到具有基礎重量為300克/米2的導電紙，其物理性能列於表1中。對比實施例2由紙材料製備片材，該紙材料是通過添加100重量份的木質紙漿(N BKP/L·BKP的重量比率為20/80)，以固體含量表示，10重量份的碳顏料(購自Mikuni顏料有限公司，商品名為「Grand BlackAM 1000」)作為導電物質；以固體含量表示，0.05重量份的聚乙烯亞胺樹脂(購自Nippon Shokubai Kagaku Kogyo有限公司，商品名為「Epomin P1000」)作為固定劑；以固體含量表示，0.5重量份的環氧化的聚醯胺樹脂(購自日本PMC有限公司，商品名為「WS570」)作為溼紙增強劑來製備的。當採用施膠壓榨塗布機造紙的時候，以固體含量表示，用含有10克/米2磺酸鹽的陰離子乳化劑分散的丙烯酸乳液作為幹紙增強劑浸漬所得到的紙材料。結果得到具有基礎重量為300克/米2的導電紙，其物理性能列於表1中。對比實施例3由紙材料製備片材，該紙材料是通過添加100重量份的木質紙漿(N BKP/L·BKP的重量比率為20/80)，以固體含量表示，0.5重量份的環氧化的聚醯胺樹脂(購自日本PMC有限公司，商品名為「WS570」)作為溼紙增強劑；以固體含量表示，0.5重量份的聚苯乙烯樹脂(購自Seiko化學工業有限公司，商品名為「Pearl Gum CS」)作為上漿劑來製備的。當採用施膠壓榨塗布機造紙的時候，以固體含量表示，將作為表面增強劑的3克/米2的氧化澱粉(購自Oji穀物澱粉有限公司，商品名為「Oji Ace A」)塗覆在所得紙材料的兩個側面上。結果得到不含導電物質並且具有基礎重量為300克/米2的紙，其物理性能列於表1中。
表權利要求
1.導電紙，在其至少一個側面上含有導電物質層，該層具有至多107Ω的表面電阻率和在5.5-8.0範圍內的表面pH值。
2.權力要求1的導電紙，其具有至多0.2秒的靜電半衰期。
3.權力要求1的導電紙，其中硫酸鹽離子的濃度至多為1ppm，其是通過在100℃下，在70毫升(mL)的去離子水中，使1克導電紙經過1小時的萃取處理萃取得到的。
4.權力要求2的導電紙，其中硫酸鹽離子的濃度至多為1ppm，其是通過在100℃下，在70毫升的去離子水中，使1克導電紙經過1小時的萃取處理萃取得到的。
5.一種電子元件的載體，該載體使用如權力要求1所述的導電紙。
6.一種電子元件的載體，該載體使用如權力要求2所述的導電紙。
7.一種電子元件的載體，該載體使用如權力要求3所述的導電紙。
全文摘要
本發明公開了一種導電紙，在其至少一個側面上含有導電物質層，該層具有至多10
文檔編號D21H21/14GK1441118SQ03106720
公開日2003年9月10日 申請日期2003年2月27日 優先權日2002年2月27日
發明者矢倉充祥, 森尾定和 申請人:琳得科株式會社