料。通过丝网印刷的方法将导电复合材料制成的导电银浆印 制在玻璃基板上，银浆线路的平均厚度为15微米，银浆的初始宽度和间距设定为50微米。 将所印制的样品在150°C热处理15分钟，完全固化后进行激光蚀刻加工。激光蚀刻加工之 前样品的横截面的SEM图如图2所示，导电银浆均匀分布在玻璃基板表面。
[0037] 激光蚀刻时，激光波长选择1064纳米，分别选取激光功率为10%、15 %和20% (最大激光功率为20瓦）。经过激光蚀刻加工后的样品的SEM形貌图分别如图3(a)~（c) 所示，与这些样品的SEM形貌图相对应的银元素面分布结果形貌图（SEM-EDS)如图4(a)~ (c)所示。对照观察图3的SEM图和相对于的图4的SEM-EDS图，可以清晰观察到蚀刻区域 是否有金属颗粒的残留。
[0038] 以激光功率为20 %为例，激光蚀刻加工后得到的导电线路如图5和6所示，从中可 以得到导电线路较为精细。图7为激光蚀刻加工后得到的导电线路的光学显微镜图像，从 中得到，标记1示意的导电线路与导电线路之间的凹槽宽度为17. 066微米，标记2示意的 单个导电线路的宽度为25. 267微米。
[0039] 实施例2 :
[0040] 选取具有三维分形层次结构的微纳米（直径在100纳米到10微米之间）金属颗 粒作为导电填料。以要制得的导电复合材料为重量基础，将重量百分比为50wt%的银颗粒 导电填料分散在聚酯树脂基质中，制备得到低功率激光蚀刻导电复合材料。通过丝网印刷 的方法将导电复合材料制成的导电银浆印制在PET基板上，银浆线路的平均厚度为15微 米，银浆的初始宽度和间距设定为50微米。将所印制的样品在150°C热处理15分钟，完全 固化后进行激光加工。激光蚀刻时，激光波长选择532纳米，选取激光功率为20% (最大激 光功率为20瓦）。经过激光蚀刻加工后的样品SEM形貌图如图8所示，经过激光蚀刻已形 成隔断的开路效果，而且从图中可观察到金属颗粒的形貌为三维分形层次结构。根据蚀刻 后的结果图，可知本实施例的导电复合材料在PET基板上，在功率为20 %时可实现精细化 蚀刻加工。本实施例中样品的SEM-EDS图、以及得到的导电线路图与实施例1中近似，在此 不再重复提供。
[0041] 实施例3:
[0042] 选取具有三维分形层次结构的微纳米（直径在100纳米到10微米之间）金属颗粒 作为导电填料。以要制得的导电复合材料为重量基础，将重量百分比为40wt%的银颗粒导 电填料的导电填料分散在聚酯树脂基质中，制备得到低功率激光蚀刻导电复合材料。通过 丝网印刷的方法将导电复合材料制成的导电银浆印制在PET基板上，银浆线路的平均厚度 为15微米，银浆的初始宽度和间距设定为50微米。将所印制的样品在150°C热处理15分 钟，完全固化后进行激光加工。激光蚀刻时，激光波长选择532纳米，选取激光功率为20% (最大激光功率为20瓦）。经过激光蚀刻加工后的样品SEM形貌图如图9所示，经过激光蚀 刻已形成隔断的开路效果，而且从图中可观察到金属颗粒的形貌为三维分形层次结构。根 据蚀刻后的结果图，可知本实施例的导电材料在PET基板上，在功率为20 %时可实现精细 化蚀刻加工。本实施例中样品的SEM-EDS图、以及得到的导电线路图与实施例1中近似，在 此不重复提供。
[0043] 对照例：
[0044] 选取韩国进口激光专用导电银浆（FP，FTL-630LE，聚酯树脂作为基体，含有 75wt%的球形银粉），通过丝网印刷的方法将导电银浆印制在PET或玻璃基板上，银浆线路 的平均厚度为15微米，银浆的初始宽度和间距设定为50微米。将所印制的样品在150°C热 处理15分钟，完全固化后进行激光蚀刻加工。
[0045] 激光蚀刻时，激光波长选择1064纳米，分别选取激光功率为10%、15 %和20% (最大激光功率为20瓦）。经过激光蚀刻加工后的样品的SEM形貌图分别如图3(d)~（f) 所示，与这些样品的SEM形貌图相对应的银元素面分布结果形貌图（SEM-EDS)如图4(d)~ (f)所示。
[0046] 实施例1与对照例的比较：
[0047] 由图3(a)~（c)可以看出，实施例1中采用三维分形层次结构的银粉作为导电填 料的银浆刻蚀图案具有更为干净的开路特征。虽然图3(a)~（c)中的SEM图中银浆导电 线路展现出锯齿状形貌，但对应的EDS分析结果（如图4(a)~（c))显示树脂基体中的银 元素的分布仍保持很好的直线形态。这表明三维分形层次结构银浆在激光蚀刻图形中具有 优异的线性加工特性。而图3(d)~（f)可以看出，FTL-630LE银浆即便经20%激光功率刻 蚀加工后，刻蚀后的凹槽中仍残留大量的银颗粒，结合图8进行的电性能测试证实该凹槽 仍能导通。这主要是由于FTL-630LE中银含量很高（75wt%)，要在短时间的激光加工中将 这些银颗粒烧蚀剥落，20 %的激光功率还不够，还需要增大激光的功率。经验证，激光加工 功率提升至30%时，FTL-630LE银浆才能获得相互不短路的精细线路。而获得同样精细的 导电线路，实施例1的三维分形层次结构得到的银浆所需的激光加工功率仅为15%。表明 实施例1的导电材料的激光蚀刻功率仅为对照例FTL-630LE银浆的激光蚀刻功率的1/2。
[0048] 如图10所示，为不同激光功率下实施例1和对照例中导电浆料经过激光蚀刻后的 导电线路的体积电阻率。对于激光功率在10%~70%的范围内，实施例1的导电线路的体 积电阻率均能保持在2X10 4~3X10 4Q?cm范围内。而对照例中的FTL-630LE导电银 浆，在激光功率在30%~70%的范围内时，体积电阻率保持在2X104Q.cm左右。而对于 激光功率为10%和20%时，激光刻蚀后的凹槽中仍残留大量的树脂及银颗粒，在导电性能 测试结果证实导电线路与导电线路之间的凹槽区域仍能导通，产品不合格，所以在图8中 没有列出在20%和10%功率条件下得到的导电线路的体积电阻率。
[0049] 经过上述对比发现：基于高性能三维分形层次结构金属颗粒的导电浆料，具有较 优异的导电性能，并能够制备得到分辨率更高的精细导电线路。当激光功率为15%时，即可 获得线宽、线距为20微米左右的精细导电线路。而对于对照例中的FTL-630LE导电银浆， 需要激光功率为30%时，才能刻蚀形成隔断的凹槽，其激光蚀刻加工功率较高，进而实现精 细化的成本较高，且对匹配使用的绝缘基板的要求较高，其适用性较窄。
[0050] 综上，采用本【具体实施方式】的三维分形层次结构的金属颗粒作为导电填料，可以 在保证导电线路质量的同时，大幅度降低激光加工过程所需的功率，并随之体现出系列技 术优势。因此，能够为触控屏行业的发展提供有价值的技术方案。
[0051] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为 属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于激光刻蚀布线的导电复合材料，其特征在于：包括基质、均匀分散在所述 基质中的直径在100纳米到10微米之间的金属颗粒；所述基质为聚合物树脂，所述金属颗 粒为具有=维分形层次结构的金属颗粒。2. 根据权利要求1所述的用于激光刻蚀布线的导电复合材料，其特征在于：所述金属 颗粒的质量分数为30 %~80 %，所述基质的质量分数为20 %~70 %。3. 根据权利要求1所述的用于激光刻蚀布线的导电复合材料，其特征在于：所述金属 颗粒为银、铜、锡、金、销、钮、侣中的一种或者多种的混合。4. 根据权利要求1所述的用于激光刻蚀布线的导电复合材料，其特征在于：所述聚合 物树脂为热固性聚合物树脂或者热塑性聚合物树脂。5. 根据权利要求4所述的用于激光刻蚀布线的导电复合材料，其特征在于：所述热固 性聚合物树脂为环氧树脂、酪醒树脂、聚醋、聚酷亚胺、聚氨醋、聚丙締酸醋、氯酸醋、聚娃氧 烧中的一种或者多种的混合物。6. 根据权利要求4所述的用于激光刻蚀布线的导电复合材料，其特征在于：所述热塑 性聚合物树脂为聚碳酸醋、聚丙締酸醋、聚醋、聚氨醋、聚硅氧烷、聚酷亚胺预聚物中的一种 或者多种的混合物。7. 根据权利要求1所述的用于激光刻蚀布线的导电复合材料，其特征在于：还包括辅 料，所述辅料为固化剂、交联剂、流变控制剂或稳定剂中的一种或多种的混合。8. -种用于激光刻蚀布线的导电复合材料的制备方法，其特征在于：包括W下步骤： 准备聚合物树脂作为基质；准备具有=维分形层次结构、直径在100纳米到10微米之间的 金属颗粒，将所述金属颗粒均匀分散在所述基质中。9. 根据权利要求8所述的导电复合材料的制备方法，其特征在于：所述金属颗粒的质 量分数为30 %~80 %，所述基质的质量分数为20 %~70 %。10. -种导电线路的制备方法，其特征在于：包括W下步骤：准备聚合物树脂作为基 质；准备具有=维分形层次结构、直径在100纳米到10微米之间的金属颗粒，将所述金属颗 粒均匀分散在所述基质中，制得导电材料；将导电材料制成导电浆料，印制在绝缘基板上； 采用波长在355纳米~10640纳米范围内且功率在^W~!W范围内的激光进行激光刻蚀 加工，将所述绝缘基板上的导电浆料刻蚀成设定的导电线路；其中，W在0. 1瓦~50瓦的范 围。
【专利摘要】本发明公开了一种导电复合材料及其制备方法、导电线路的制备方法，导电材料包括基质、均匀分散在所述基质中的直径在100纳米到10微米之间的金属颗粒；基质为聚合物树脂，所述金属颗粒为具有三维分形层次结构的金属颗粒。本发明中用于激光蚀刻的导电材料，由于采用具有三维分形层次结构的微纳米金属颗粒作为导电填料，利用该金属颗粒独特的几何外形，在激光作用下，比常规填料颗粒更易于发生烧蚀，从而可以在低激光功率下实现更加精细的布线效果。且达到同样的导电性，可采用比常规填料颗粒更少量的金属颗粒，从而所需的激光蚀刻能量较少，而且金属颗粒含量较少使得导电浆料内部的结合力以及导电浆料与相配合使用的绝缘基板之间的结合力都大幅度提升。
【IPC分类】H05K3/02, H01B13/00, H01B1/22
【公开号】CN105006270
【申请号】CN201510423482
【发明人】杨诚, 崔晓亚, 张哲旭
【申请人】清华大学深圳研究生院
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月17日