一种阻值可控的电发热膜的制作方法

本发明涉及一种提升、控制发热膜阻值的方法、及所得到的具有电发热功能的电发热膜。

背景技术：

讫今为止，新型电加热膜的概念于2015年开始兴起，叫法不一，如加热膜、加热片、电加热片，等等。由无锡格菲电子薄膜有限公司率先研发了这种通过透明导电发热膜通电后发热的加热膜，主要结构为防爆膜层+导线层+导电层+基底膜构成，具体参见附图1、图2、图3所示。其中，防爆膜层和基底膜主要作用是隔绝和保护导电层，导线层主要作用为通过导线层连接块和导线层细线连接导电发热层和外部电源。电源接通后，电子从与负极连接的导线层连接块和导线层细线向与正极连接的导线层连接块和导线层细线，导电发热层通过本身的电阻，将电能转化为热能。电加热膜发热区域的电子迁移距离为L，电子迁移宽度为W。由于电加热膜的超薄性、柔韧性、低电压快速加热等众多优点集于一身，使其在短短不到两年的时间，应用于各个领域。如，设置于衣服中，增加衣服的保暖性，设置于画框内，使本来只具有装饰功能的画同时具有了室内加热的效果。

迄今为止，现有的电发热膜仍存在很多问题，主要限定其进一步发展的问题则是电发热膜的温度无法过高，一般40-70℃之间。同样电压，决定其所能达到的温度的因素则落在了电发热膜的膜阻值上。由于在恒定电压下，不同阻值的膜材的恒定发热温度不一样，因此在不同的使用环境下，对加热膜阻值就有明确的要求。对应的在加热膜制作过程中对原料膜材的方阻需要有明确要求。而在实际制作过程中由于原料膜材方阻不稳定性，导致生产出来的发热膜阻值难以卡控在规定范围内，超出范围的原料膜材无法使用，容易造成浪费。现有技术中，加热膜的阻值卡控主要是通过图纸计算出对应原料膜材要求的目标方阻范围，然后按此范围卡控原料膜材的方阻生产加热膜，同时由于整体外形结构设计图纸确定后即难以更改，一旦原料膜材方阻不均匀，超出要求的方阻范围，此种膜材只能报废处理，无法继续使用，这样会造成材料的浪费，增加生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种图案化导电膜提升导电膜阻值的方法，使达不到要求的目标阻值的原料导电膜通过一定的图案化工艺达到目标目标阻值；

本发明的另一目的是提供阻值可控的电发热膜；

本发明的又一目的是提供上述阻值可控的电发热膜的制备方法，即控制电发热膜阻值的方法；

本发明的又一目的是图案化导电膜提升导电膜阻值的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种图案化导电膜提升导电膜阻值的方法，所述导电膜由基底膜及设置于基底膜表面的导电层构成，所述导电层包括平行边和切割边，采用对导电层进行图案化刻蚀处理，所刻蚀掉的图案为多条清除条，所述清除条与所述导电层的其中一边平行，并贯穿于导电层，使图案化刻蚀后的导电层被分割成多块，所述清除条的宽度为0.1mm以内，所述清除条的长度与平行边相等。

优选的，所述图案化刻蚀后的导电层被分割成形状相同、大小相等的多块。

作为优选方案，上述的图案化导电膜提升导电膜阻值的方法，具体方法步骤为：

S1：根据成品导电膜所要求卡控的目标阻值得出导电膜的设计方阻平均值；

S2：测量原料导电膜的实际平均方阻，所述实际平均方阻与设计方阻的平均值进行对比，换算出需要刻蚀掉的清除条的数量；

S3：根据清除条的宽度和条数确定刻蚀图案，使清除条均匀分割导电层；

S4：按图案刻蚀导电层，得到具有目标阻值的导电膜。

进一步的，所述S1中，所述导电膜的设计方阻平均值按如下计算得出：

r＝R×W/L，

r为导电膜的设计方阻平均值，单位为Ω/□；

R为导电膜所要求卡控的目标阻值，单位为Ω；

L为导电膜电子迁移距离，单位为mm；

W为刻蚀前导电膜电子迁移宽度，单位为mm。

所述S2中，需要刻蚀掉的清除条的数量按下列公式的换算得出：

n＝(r-r₁)×W/(r×W₃)

n为清除条的数量，单位为条；

r为导电膜的设计方阻平均值，单位为Ω/□；

r₁为原料导电膜实际方阻平均值，单位为Ω/□；

W₃为清除条的宽度，单位为mm，且w₁≤0.1mm。

上述公式的推导原理为：

设：导电膜目标阻值的平均值为R，导电膜电子迁移距离为L；刻蚀前导电膜电子迁移宽度W；导电膜的设计方阻平均值为r；原料导电膜实际方阻平均值r₁；清除条的宽度为w₃，且w₁≤0.1mm；清除条的数量为n；计算方式如下：

阻值计算公式为R＝r*L/W；

实际由于原料导电膜方阻平均值为r₁，正常作业情况下得到的加热膜实际阻值平均值为R₁，R₁＝r₁×L/W；为了使R₁＝R，则需要减少W至W₁，则W₁＝r₁/r×W

需要减少的电子迁移宽度W₂＝W-W₁＝(r-r₁)/r×W；

W₂＝n×W₁；

则n＝(r-r₁)×W/(r×W₁)。

优选地，所述S3中，通过对清除条的数量为n和清除条的宽度为W₃的调整，使导电层被均匀的分割。

进一步的，本发明提供了一种更为精细的方法，针对大批量的方阻参差不齐的原料导电膜进行分类后再用上述方法进行图案化处理。即，在所述S1之前，先将批量的原料导电膜按照设计方阻范围的宽度进行分级归类；再将导电膜按照所属类别的实际方阻针对每一片原料导电膜进行图案化，完成所述S1至S4的操作，即，相同级别的原料导电膜按照相同的图案进行图案化。

优选的，所述分级归类的方法为：设设计方阻范围为A→B，则设计方阻范围的宽度为(B-A)，将实际方阻低于B的原料导电膜按(B-A)的宽度进行分级归类，分为1 类：(2A-B)→A、2类：(3A-2B)→(2A-B)、3类：(4A-3B)→(3A-2B)等不同等级，正好落入相邻两级别共同的点值时，归入上一级别。例如：根据所要卡控的导电膜的范围的阻值推导出所需要的设计方阻的范围为120-150Ω/□，则设计方阻范围的宽度为30 Ω/□，一批原料导电膜的方阻，将实际方阻平均值低于120Ω/□的原料导电膜按30Ω /□的宽度进行分级归类，分为1类：90Ω/□→120Ω/□、2类：60Ω/□-90Ω/□、3 类：30Ω/□-60Ω/□，当测量一原料导电膜的实际方阻的平均值为60Ω/□时，归入2 类。

本发明中，所述实际平均方阻按原料导电膜方阻范围的中间值计，所述设计方阻的平均值按设计方阻范围的中间值计。

一种控制电发热膜阻值的方法，所述电发热膜包括导电膜，包括如下步骤：

S1：根据电发热膜发热区域所要卡控的阻值，得到发热区域的导电膜所需要的设计方阻的平均值；

S2：确定发热区域电子迁移方向，按照上述的图案化导电膜提升导电膜阻值的方法对导电膜发热区域进行图案化刻蚀，即可。

发热膜发热区域、电子迁移方向、电子迁移距离、电子迁移宽度等概念的说明：导线层连接块接通外部电源后，电子从与负极连接的导线层连接块和导线层细线通过导电层向与正极连接的导线层连接块和导线层细线迁移，由于导电层具有一定的方阻，则在电子通过的地方，导电层放热。故，所述发热膜发热区域正是电子迁移的通道，通道阻值即为电发热膜的阻值，也是由导电层连接块与导线层细线所围成的区域的阻值。电子迁移方向则是从一边缘的导线层细线向另一边缘的导线层细线的方向。需要说明的是，导线层细线并不一定为直线，也可以为波浪型、弧型等一些其他特殊形状的曲线。此时，电子迁移方向也不是直线。电子迁移距离为电子从一边缘的导线层细线向另一边缘的导线层细线的方向所经过的路程短，一般来说，就是从一边缘的导线层细线向另一边缘的导线层细线的垂直距离。同样的，导线层细线并不一定为直线，当其不为直线时，电子迁线路线也为随之垂直，自然也不是直线。从图1中，电子迁移距离为L。图1中，电子迁移宽度则是两导电层连接块之间的距离W，在控制电发热膜阻值的方法的方案中，体现为在导电膜上发生电子迁移区域(发热区域)与电子迁移方向垂直形成的宽度，不一定是两导电层边接块之间的距离，当导电层细线为波浪线时，电子迁移宽度也是波浪线。由于对于电发热膜阻控制的应用中，电发热膜并不一定全部处理发热区域，而发热区域与导电层细线和导电层细线的设置有着直接的关系，因此，在控制电发热膜阻值的方法的方案中，电子迁移距离代替上述图案化导电膜提升导电膜阻值的方法中的与清除条平行的边的长度，电子迁移宽度代替上述图案化导电膜提升导电膜阻值的方法中的与清除条垂直的边的长度。这样表述更为严谨准确，且可以更为清楚说明导电层所要刻蚀掉的区域(消除条)与导电层细线之间的关系。

优选地，所述S1中，所述导电膜发热区域所需要的设计方阻平均值按如下计算得出：

r＝R×W/L，

r为导电膜的设计方阻平均值，单位为Ω/□；

R为电发热膜发热区域所要卡控的目标阻值，单位为Ω；

L为导电膜电子迁移距离，单位为mm；

W为刻蚀前导电膜电子迁移宽度，单位为mm。

一种膜阻可控的电发热膜，所述电发热膜包括：

1)导电膜，包括基底膜及设置基底膜表面的导电层；

2)设置于导电层上的电极，所述电极由导电层连接块和若干导电层细线构成，导电层细线由导电层连接块相向延伸形成叉指电极；

所述导电层连接块用于连通外部电源；

所述导电膜的膜阻根据需要进行控制，所述控制方法参照上述的控制方法。

本发明所述图案化刻蚀可通过激光、耐酸工艺、等离子刻蚀工艺等进行处理。

一种阻值可控的电发热膜，所述电发热膜包括：

1)导电膜，包括基底膜及设置于基底膜表面的导电层；

2)设置于导电层上的电极，所述电极由导电层连接块和若干导电层细线构成，导电层细线由导电层连接块相向延伸形成叉指电极；所述导电层连接块用于连通外部电源；

所述导电层由导电块构成，所述导电块并列排布构成导电层，相邻导电块之间形成长条形缝隙，所述缝隙与导电层细线垂直，所述缝隙的宽度相等且小于0.1mm。

一种阻值可控的电发热膜，根据对电发热膜所卡控的阻值，确定设置所述导电层中的缝隙的数量及导电块的数量，所述缝隙的数量与宽度设置，符合如下公式：

n＝(R-r₁L)/RW₃

L为电导电膜发热区域的电子迁移距离，单位为mm；

R为电发热膜所需要卡控的阻值，单位为Ω；

r₁为导电膜的方阻平均值，单位为Ω/□；

W₃为缝隙的宽度，且W₃≤0.1mm；

n为缝隙的数量，单位为条；

所述导电层的导电块的数量为n+1，每个导电块的长度均为L、宽度均为(W-n W₃) /(n+1)，其中，W为导电膜整体宽度，为导电块宽度和缝隙宽度的总和，单位为mm。

优选地，所述导电层细线均匀分布于导电层上，相邻导电层细线之间的距离均相等。

优选地，所述导电层和电极上覆盖有保护层。

优选地，所述导电层采用ITO膜、石墨烯膜或碳纳米管，优选单层的石墨烯膜。

优选地，所述基底膜采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯硫醚(PPS)；所述导电层细线采用银浆、铜、MoAlMo，所述导电层连接块采用银浆、铜、MoAlMo。

优选地，所述电发热膜整体厚度为50μm-300μm，例如：50μm、60μm、 80μm、90μm、100μm、120μm、140μm、150μm、170μm、190μm、200μm、210μm、230μm、250μm、260μm、280μm、300μm，等；优选100μm-200μm，例如：100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、 180μm、190μm、200μm，等。

优选地，所述的电发热膜的最终升温温度、起始温度、供电电压、相邻导电层细线之间的距离和电发热膜的方块电阻符合如下公式：

T＝kU²/d²r₁+t (1)

其中：

t——起始温度，单位为℃；

T——电发热膜升温所至最终升温温度，单位为℃；

U——供电电压，单位为V，U≤12V；

d——导电层细线的间距，单位为cm；

r₁——电发热膜方阻，单位为Ω/□；

k——常数，取值范围为10-200，k取值范围根据电发热膜与空气之间的传导系数会有不同，与电发热膜与空气之间的传导系数成反比。

本发明有益效果：

本发明针对小于方阻范围的原料膜材进行特殊图案化加工，在不影响发热膜整体功能的情况下，使发热膜达到设计要求的目标阻值。从而可将实际方阻低于设计范围的原料膜材充分利用，避免了原料膜材的浪费，节约了加热膜的制造成本。

本发明提供了一种阻值可控的电发热膜，通过对导电层特殊结构要求的设计，可以得到稳定的固定目标阻值的加热膜，可以使后期电路的设计统一标准化，无需再分别的根据加热膜的外形、设计电压和电阻设计相应的电路。

附图说明

图1为现有技术中的电加热膜的结构示意图；

图2为图1沿a-a方向的截面示意图；

图3为图1沿b-b方向的截面示意图；

图4为本发明实施例中加入清除条的图案化图纸1；

图5为本发明实施例中加入清除条的图案化图纸2；

图6实施例中加入清除条的图案化图纸3；

图7为本发明所述电加热膜的结构示意图；

其中，1-导电膜，11-基底膜，12-导电层，120-导电块，21-导电层连接块，22- 导电层细线，3-保护层(也是背影技术中所述的防爆膜层)，4-消除块，40-细缝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

目标阻值范围为R1-R2的石墨烯+PI结构加热膜的制备

此款加热膜采用的原料膜材为石墨烯PI膜，设计要求的目标阻值范围为R₁-R₂，目标阻值中间值为(R₂-R₁)/2,根据R＝r×L/W，得到对应的设计方阻范围为100-120Ω/ □，设计方阻中间值为110。使用激光进行导电加热层图案化，采用银浆作为导线层, 设定加热膜发热区域电子迁移宽度为W，电子迁移距离为L。如果不进行图案化，加热膜结构及导线层如图1所示。

现，原料石墨烯PI膜方阻方阻都只在40-100Ω/□范围内，方阻低于所要求的目标方阻范围，现根据本发明方法，对低于100Ω/□的石墨烯PI膜处理如下：

1)将所有方阻低于100Ω/□的原料石墨烯PI膜按级别进行分类，按20Ω/□的宽度将材料分成三种类别，分别为1(80-100)/2(60-80)/3(40-60)；

2)根据公式R＝r*L/W,为保持R不变，同时不改变L的情况下，当r减小时，可通过减小对应比例的W来使R值不变，即在保持加热膜发热区域L不变的情况下消除对应比例的电子迁移宽度；通过计算将1/2/3等类别的方阻中间值与设计方阻范围中间值进行对比，得出成品需要减少的电子迁移宽度W_总消除分别为2/11*W、4/11*W、6/11*W；

3)将W_总消除换算成宽度为0.1mm的清除条,其中清除条数量分别为20/11*W、40/11*W、60/11*W；

4)按消除条的数量、长度、宽度设计激光扫除图纸，在图纸中的石墨烯发热区域按阵列形式加入所述步骤3)中的长方形清除条，需注意长方形清除条需垂直于发热区域银浆细线，分别对应不同类别1/2/3，分别对应图4/图5和图6；

5)根据步骤4)设计中的不同类别的刻蚀图案，按常规的刻蚀方法，分别对1/2/3 原料石墨烯PI膜进行相应的图案化刻蚀，得到设计阻值要求范围内的石墨烯PI加热膜。

实施例2：

目标阻值范围为R₃-R₄的ITO+PET结构加热膜的制备

此款加热膜采用的原料膜材为ITO+PET膜，设计要求的目标阻值范围为R₃-R₄，目标阻值中间值为(R₄-R₃)/2,根据R＝r×L/W，得到对应的设计方阻范围为150-180Ω/ □,设计方阻中间值为165。使用PLASMA进行导电加热层图案化，采用Cu作为导线层，设定加热膜发热区域电子迁移宽度为W，电子迁移距离为L。如果不进行图案化，加热膜结构及导线层如图1所示。

现，原料ITO+PET膜方阻只在90-150Ω/□范围内，低于要求方阻范围，现根据本发明方法，对低于150Ω/□的原料ITOPET膜处理如下：

1)将所有方阻低于150Ω/□的原料ITO+PET膜按级别分类，按30Ω/□的宽度将材料分成两种类别1(120-150)/2(90-120)；

2)根据公式R＝r*L/W,为保持R不变，同时不改变L的情况下，当r减小时，可通过减小对应比例的W来使R值不变，即在保持加热膜发热区域L不变的情况下消除对应比例的电子迁移宽度；通过计算将1/2等类别的方阻中间值与设计方阻范围中间值进行对比，得出成品需要减少的电子迁移宽度W_总消除分别为2/11*W*L、4/11*W*L；

3)将W_总消除换算成宽度为0.05mm的清除条；其中清除条数量分别为20/11*W、 40/11*W；

4)按消除条的数量、长度、宽度设计激光扫除图纸，在图纸中的ITO发热区域按阵列形式加入所述3)中的长方形清除条，需注意长方形清除条需垂直于发热区域Cu 细线，分别对应不同类别1/2，分别对应图5/图6；

5)根据步骤4)设计中的不同类别的刻蚀图案，按常规的刻蚀方法，分别对1/2/3 原料ITO+PET膜进行相应的图案化刻蚀，得到设计阻值要求范围内的ITO+PET膜。

实施例3：

目标阻值范围为R₅-R₆的碳纳米管+PET结构加热膜的制备

此款加热膜采用的原料膜材为碳纳米管PET膜，设计要求的目标阻值范围为 R5-R6，目标阻值中间值为(R₆-R₅)/2,根据R＝r×L/W，得到的对应的设计方阻为350-400 Ω/□,方阻中心值为375；使用激光进行导电加热层图案化，采用银浆作为导线层，设定加热膜发热区域电子迁移宽度为W，电子迁移距离为L。如果不进行图案化，加热膜结构及导线层如图1所示。

现，原料碳纳米管PET膜方阻只在100-250Ω/□范围内，低于要求方阻范围，现根据本发明方法，对低于250Ω/□的碳纳米管PET膜处理如下：

1)将所有方阻低于250Ω/□的原料碳纳米管PET膜按级别分类，按50Ω/□的宽度将材料分成两种类别1(200-250)/2(150-200)/3(100-150)；

2)根据公式R＝r*L/W,为保持R不变，同时不改变L的情况下，当r减小时，可通过减小对应比例的W来使R值不变，即在保持加热膜发热区域L不变的情况下消除对应比例的电子迁移宽度；通过计算将1/2/3等类别的方阻中间值与设计方阻范围中间值进行对比，得出成品需要减少的电子迁移宽度W_总消除分别为2/5*W*L、8/15*W*L、 2/3*W*L；

3)将需要W_总消除换算成宽度为0.08mm的清除条；其中清除条数量分别为4W、 16/3*W、20/3*W；

4)修改激光扫除图纸，按照消除条的总面积、数量、长度、宽度，在碳纳米管发热区域按阵列形式加入3)中的长方形清除条，需注意长方形清除条需垂直于发热区域 Cu细线，分别对应不同类别1/2/3，分别对应图4/图5/图6；

5)根据步骤4)设计中的不同类别的刻蚀图案，按常规的刻蚀方法，分别对1/2/3 原料碳纳米管PET膜进行相应的图案化刻蚀，得到设计阻值要求范围内的碳纳米管PET 膜。

实施例4：

如图1、2、7所示(图1、2也适用于本发明电发热膜)，一种阻值可控的电发热膜，所述电发热膜包括：

1)导电膜1，包括基底膜11及设置于基底膜表面的导电层12；

2)设置于导电层上的电极，所述电极由导电层连接块21和若干导电层细线22构成，导电层细线22由导电层连接块21相向延伸形成叉指电极；所述导电层连接块21 用于连通外部电源；所述导电层细线均匀分布于导电层上，相邻导电层细线之间的距离均相等；

3)所述导电层12和电极2上覆盖有保护层3。

所述导电层12由导电块120构成，所述导电块120并列排布构成导电层12，相邻导电块120之间形成长条形缝隙40，所述缝隙40与导电层细线22垂直，所述缝隙40 且宽度相等且小于0.1mm。

根据对电发热膜所卡控的阻值，确定设置所述导电层中的缝隙的数量及导电块的数量，所述缝隙的数量与宽度设置，符合如下公式：

n＝(R-r₁L)/RW₃

L为电导电膜发热区域的电子迁移距离，单位为mm；

R为电发热膜所需要卡控的阻值，单位为Ω；

r₁为导电膜的方阻平均值，单位为Ω/□；

W₃为缝隙的宽度，且W₃≤0.1mm；

n为缝隙的数量，单位为条；

所述导电层的导电块的数量为n+1，每个导电块的长度均为L、宽度均为(W-n W₃) /(n+1)，其中，W为导电膜整体宽度，为导电块宽度和缝隙宽度的总和，单位为mm。

例如：目标方阻为120Ω/□，导电膜实际方阻为90Ω/□，n＝30×W/(120× w₁)，当w₁＝0.1mm，n＝(30/12)×W。

实施例5：

本实施例作为进一步的优选实施例，在实施例5的基础上，对导电层的材料进行了选择比较。本发明电发热膜的导电层采用ITO膜、石墨烯膜或碳纳米管，发热效果均很好。选用石墨烯膜时，可使电发热膜的柔性更强，且不容易因为基底膜和保护层材料厚度不够导致其有些柔软时导至内部的导电层破坏。选用石墨烯膜时，优选单层石墨烯膜。

所述电发热膜整体厚度为50μm-300μm，例如：50μm、60μm、70μm、90μm、 100μm、120μm、130μm、150μm、160μm、170μm、190μm、200μm、210μm、 220μm、240μm、250μm、260μm、280μm、290μm、300μm，等，均可；优选 100μm-200μm，例如：100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、 160μm、170μm、180μm、190μm、200μm，等等。使用石墨烯时，因其柔性较其它膜更强，对基底膜和保护层的厚度无要求，故而可实现非常薄的电发热膜，可使发热膜整体厚度实现50μm。

实施例6：

本实施例作为进一步的优选实施例，所述基底膜的导电层细线的采料进行了选择。所述基底膜可采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯硫醚(PPS)；所述导电层细线采用银浆、铜或MoAlMo，所述导电层连接块采用银浆、铜、MoAlMo。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。