一種導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法、導(dǎo)電線路的制備方法
【專利說明】一種導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法、導(dǎo)電線路的制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光刻蝕布線工藝中涉及的導(dǎo)電復(fù)合材料，特別是涉及一種用于激光 刻蝕布線的導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著移動(dòng)電子設(shè)備和觸控屏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在觸控屏加工中的激光蝕刻導(dǎo)電漿 料市場(chǎng)也發(fā)展迅速。傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電漿料布線技術(shù)最窄線寬通常僅能達(dá)到50微米，并 且良率低、對(duì)工藝控制要求較高。激光刻蝕布線技術(shù)是一種新型的高效快速加工技術(shù)。激 光刻蝕技術(shù)利用脈沖激光點(diǎn)光源，沿著預(yù)定軌跡進(jìn)行蝕刻，使待加工的導(dǎo)電銀漿瞬間汽化， 從而達(dá)到除去多余導(dǎo)電銀漿，形成電路圖形，而周圍的溫度卻不會(huì)有大的提升。例如，為了 保證窄邊框觸摸屏的高透性，通常采用聚酯樹脂薄膜例如PET作為薄膜模塊的基板材料， 然后絲網(wǎng)印刷將導(dǎo)電漿料印制在薄膜模塊上，再配合激光蝕刻技術(shù)加工得到精細(xì)的導(dǎo)電漿 料線路作為邊框引線，得到較傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷技術(shù)更精細(xì)的布線效果。
[0003] 隨著智能穿戴、大型智能液晶屏和車載觸控的發(fā)展，激光蝕刻導(dǎo)電漿料這一高端 電子材料產(chǎn)業(yè)還將進(jìn)一步加速擴(kuò)張，其技術(shù)突破已成為電子印刷產(chǎn)業(yè)迫切需要解決的問 題。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于激光刻 蝕布線的導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法，可實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的布線，該導(dǎo)電復(fù)合材料具有更廣 泛的適用性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：
[0006] -種用于激光刻蝕布線的導(dǎo)電復(fù)合材料，包括基質(zhì)、均勾分散在所述基質(zhì)中的直 徑在100納米到10微米之間的金屬顆粒；所述基質(zhì)為聚合物樹脂，所述金屬顆粒為具有三 維分形層次結(jié)構(gòu)的金屬顆粒。
[0007] 其中，所述金屬顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~80%，所述基質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~ 70%〇
[0008] 所述金屬顆粒為銀、銅、錫、金、鉑、鈀、鋁中的一種或者多種的混合。
[0009] 所述聚合物樹脂為熱固性聚合物樹脂或者熱塑性聚合物樹脂。
[0010] 所述熱固性聚合物樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯、聚酰亞胺、聚氨酯、聚丙烯酸 酯、氰酸酯、聚硅氧烷中的一種或者多種的混合物。
[0011] 所述熱塑性聚合物樹脂為聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚硅氧烷、聚酰亞 胺預(yù)聚物中的一種或者多種的混合物。
[0012] 還包括輔料，所述輔料為固化劑、交聯(lián)劑、流變控制劑或穩(wěn)定劑中的一種或多種的 混合。
[0013] -種用于激光刻蝕布線的導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：準(zhǔn)備聚合物 樹脂作為基質(zhì)；準(zhǔn)備具有三維分形層次結(jié)構(gòu)、直徑在100納米到10微米之間的金屬顆粒，將 所述金屬顆粒均勻分散在所述基質(zhì)中。
[0014] 其中，所述金屬顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~80%，所述基質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~ 70%〇
[0015] -種導(dǎo)電線路的制備方法，包括以下步驟：準(zhǔn)備聚合物樹脂作為基質(zhì)；準(zhǔn)備具有 三維分形層次結(jié)構(gòu)、直徑在100納米到10微米之間的金屬顆粒，將所述金屬顆粒均勻分散 在所述基質(zhì)中，制得導(dǎo)電材料；將導(dǎo)電材料制成導(dǎo)電漿料，印制在絕緣基板上；采用波長(zhǎng)在 355納米~10640納米范圍內(nèi)且功率在范圍內(nèi)的激光進(jìn)行激光刻蝕加工，將所述 絕緣基板上的導(dǎo)電漿料刻蝕成設(shè)定的導(dǎo)電線路；其中，W在0. 1瓦~50瓦的范圍。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是：
[0017] 本發(fā)明的用于激光刻蝕布線的導(dǎo)電復(fù)合材料，采用獨(dú)特的具有三維分形層次結(jié)構(gòu) 的金屬顆粒作為導(dǎo)電填料，分散在聚合物樹脂基質(zhì)中。由于金屬顆粒的三維分形結(jié)構(gòu)，可從 熔融剝離總能量以及單點(diǎn)熔斷所需能量?jī)蓚€(gè)方面降低蝕刻加工所需的激光功率，具體地， 如實(shí)現(xiàn)同樣的蝕刻效果，現(xiàn)有導(dǎo)電漿料蝕刻的激光功率為W(0. 1瓦到50瓦之間），而本發(fā)明 的導(dǎo)電材料蝕刻的激光功率則為W的1/8~1/2倍。在低功率下進(jìn)行激光蝕刻加工，激光 光束尺寸可相應(yīng)減少，從而令圖形化加工精度提高，實(shí)現(xiàn)高分辨更精細(xì)化的布線。同時(shí)，在 較低功率下蝕刻，樹脂分散相受到的熱沖擊較小，可保留較好的機(jī)械結(jié)合力和更長(zhǎng)的壽命。 而且較低的激光加工功率能夠降低導(dǎo)電漿料對(duì)涂覆印刷的絕緣基板的能量傳遞，減少絕緣 基板的熱變形，從而導(dǎo)電材料能夠與更廣泛的絕緣基板配合使用，適用性更廣，且絕緣基板 熱變形少可進(jìn)一步降低絕緣基板的厚度，更加有利于實(shí)現(xiàn)電子材料的輕薄化。 【【附圖說明】】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的金屬顆粒的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像；
[0019] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中得到的導(dǎo)電材料的橫截面的掃描電子顯微鏡（SEM)圖 像；
[0020] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)照例的導(dǎo)電材料在激光蝕刻加工后的掃描電子顯微鏡 (SEM)圖像；
[0021] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)照例的導(dǎo)電材料在激光刻蝕加工后的掃描電子顯微鏡 色譜分析（SEM-EDS)圖像；
[0022] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的導(dǎo)電材料在激光刻蝕加工后的光學(xué)照片；
[0023] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例1的導(dǎo)電材料在激光刻蝕加工后的局部放大光學(xué)照片；
[0024] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1的導(dǎo)電材料在激光刻蝕加工后的光學(xué)顯微鏡圖像；
[0025] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例2的導(dǎo)電材料在激光蝕刻加工后的掃描電子顯微鏡（SEM)圖 像；
[0026] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例3的導(dǎo)電材料在激光蝕刻加工后的掃描電子顯微鏡（SEM)圖 像；
[0027] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)照例的導(dǎo)電材料在激光刻蝕加工后導(dǎo)電線路的電阻 率隨激光功率的變化趨勢(shì)圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0028] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029] 本發(fā)明的構(gòu)思是，導(dǎo)電漿料在激光蝕刻過程中的技術(shù)改進(jìn)方向較多，有的方案從 激光器角度進(jìn)行改進(jìn)，控制改進(jìn)蝕刻過程，從而改善蝕刻效果。而有的方案從樹脂材料方面 進(jìn)行改進(jìn)，這是因?yàn)榧す馕g刻后，形成電路圖形的導(dǎo)電漿料部分受到熱沖擊，與配合使用的 絕緣基板的機(jī)械粘合力變差，容易脫落。因此改善樹脂的組分配比，從而改進(jìn)樹脂材料的粘 結(jié)性。本發(fā)明的方案則是從金屬導(dǎo)電填料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，采用具有三維分形層次 結(jié)構(gòu)、直徑在100納米到10微米之間的金屬顆粒作為導(dǎo)電填料，從而利用該結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性， 從蝕刻的激光功率更低的角度進(jìn)行改進(jìn)，解決更精細(xì)化布線、更廣泛適用的問題。這種顆粒 具有獨(dú)特的分形層次結(jié)構(gòu)，其外圍豐富的納米結(jié)構(gòu)（特征尺寸只有幾納米至幾十納米）易 于發(fā)生低溫?zé)Y(jié)，并且在激光作用下迅速燒蝕熔斷。具有此類微觀結(jié)構(gòu)的金屬顆粒以往的 應(yīng)用多集中在電化學(xué)催化中催化劑，以及增強(qiáng)拉曼散射的光學(xué)檢測(cè)材料方面，本發(fā)明則將 其創(chuàng)新性地應(yīng)用在激光蝕刻的導(dǎo)電漿料中，從而實(shí)現(xiàn)低功率激光蝕刻，進(jìn)而獲得系列技術(shù) 優(yōu)勢(shì)。
[0030] 本【具體實(shí)施方式】中提供一種用于激光刻蝕布線的導(dǎo)電復(fù)合材料，包括基質(zhì)、均勻 分散在所述基質(zhì)中的直徑在100納米到10微米之間的金屬顆粒；所述基質(zhì)為聚合物樹脂， 所述金屬顆粒為具有三維分形層次結(jié)構(gòu)的金屬顆粒。三維分形結(jié)構(gòu)是指枝晶在一級(jí)分形結(jié) 構(gòu)基礎(chǔ)上生長(zhǎng)二級(jí)分形結(jié)構(gòu)，二級(jí)分形結(jié)構(gòu)上進(jìn)而生長(zhǎng)三級(jí)分形結(jié)構(gòu)，即是三維枝晶結(jié)構(gòu)。
[0031] 上述導(dǎo)電材料，由于金屬顆粒的三維分形結(jié)構(gòu)，一方面，三維層次結(jié)構(gòu)的金屬填料 具有較高的三維比表面積，導(dǎo)電填料之間相互接觸導(dǎo)通時(shí)，填料實(shí)際占用的體積比球形或 者片狀的金屬填料小很多，獲得導(dǎo)電性能相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料時(shí)需要的金屬顆粒的量較少，從 而所需要的剝離能量少，可使用較少能量的激光進(jìn)行蝕刻熔融收縮，形成開路效果；另一方 面，三維分形層次結(jié)構(gòu)的金屬填料燒結(jié)熔融的原理是，在激光熱作用下發(fā)生收縮，實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn) 分離從而隔斷絕緣，不需要像球形或者片狀金屬顆粒那樣將整個(gè)金屬顆粒熔融汽化掉，因 此隔斷所需的能量也較少。因此，從熔融剝離總能量以及單點(diǎn)熔斷所需能量?jī)蓚€(gè)方面降低 蝕刻加工所需的激光功率。經(jīng)驗(yàn)證，如達(dá)到相同蝕刻效果時(shí)，常規(guī)導(dǎo)電漿料進(jìn)行激光蝕刻時(shí) 的功率值為W，在0. 1瓦~50瓦的范圍，而本發(fā)明的上述導(dǎo)電復(fù)合材料制成的導(dǎo)電漿料進(jìn) 行激光蝕刻的功率值為W的1/8~1/2倍。當(dāng)激光蝕刻的功率較低時(shí)，可提高圖形化加工 精度，實(shí)現(xiàn)高分辨更精細(xì)化的布線。同時(shí)，在較低功率下蝕刻，可減少對(duì)其它材料的損害，例 如，樹脂分散相受到的熱沖擊較小，可保留較好的機(jī)械結(jié)合力和更長(zhǎng)的壽命，再例如，導(dǎo)電 漿料對(duì)相配合使用的絕緣基板的能量傳遞較小，減少絕緣基板的熱變形，從而導(dǎo)電材料能 夠與更廣泛的絕緣基板配合使用，適用性更廣，且絕緣基板熱變形少可進(jìn)一步降低絕緣基 板的厚度，更加有利于實(shí)現(xiàn)電子材料的輕薄化。
[0032] 目前廣泛采用的導(dǎo)電漿料為球形或者片狀微納米顆粒填料，所含有的導(dǎo)電填料含 量較高，一般在70%左右（含溶劑），完全固化后銀粉含量達(dá)到80%以上。因此在激光刻蝕 過程中需要較高的激光功率才能將銀粉填料及樹脂基質(zhì)熔融蒸發(fā)掉。而本【具體實(shí)施方式】采 用了具有三維分形層次結(jié)構(gòu)的金屬顆粒作為導(dǎo)電填料，不僅能夠在較低的激光功率下將銀 漿復(fù)合材料熔斷，得到高分辨、高穩(wěn)定性的激光加工導(dǎo)電線路，而且由于可相對(duì)降低金屬顆 粒的含量，進(jìn)而導(dǎo)電漿料內(nèi)部的結(jié)合力以及導(dǎo)電漿料與相配合使用的絕緣基板之間的結(jié)合 力都大幅度提升，無需擔(dān)心激光蝕刻過程中導(dǎo)電漿料從絕緣基板上脫落的問題。
[0033] 優(yōu)選地，金屬顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %~80%，所述基質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 %~ 70%。當(dāng)金屬顆粒的含量小于30%時(shí)，則導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性將減小，不利于確保一定導(dǎo) 電性；當(dāng)金屬顆粒的含量大于80%時(shí)，金屬含量較高，則相對(duì)于金屬顆粒含量低于80%的 導(dǎo)電材料而言，需要相對(duì)較高的功率進(jìn)行蝕刻，則精細(xì)化以及適用廣泛性方面將相對(duì)受到 一些影響。進(jìn)一步優(yōu)選地，金屬顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~60%，所述基質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40 %~70 %，從而更進(jìn)一步確保導(dǎo)電性以及精細(xì)化和適用廣泛性。
[0034] 如下，通過設(shè)置具體實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的導(dǎo)電復(fù)合材料的性能。
[0035] 實(shí)施例1 :
[0036] 選取具有三維分形層次結(jié)構(gòu)的微納米（直徑在100納米到10微米之間）金屬顆 粒作為導(dǎo)電填料，金屬顆粒的形貌如圖1所示，具有三維枝晶結(jié)構(gòu)。以要制得的導(dǎo)電復(fù)合材 料為重量基礎(chǔ)，將重量百分比為50wt%的銀顆粒導(dǎo)電填料分散在聚酯樹脂基質(zhì)中，制備得 到低功率激光蝕刻導(dǎo)電復(fù)合材