石墨烯印刷线路结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种石墨帰印刷线路结构，尤其是利用石墨帰奈米片的表面改质 特性而均匀分散于载体树脂中，且藉由填充剂而进一步加强该石墨帰奈米片之间的相互接 触连接，提高导电性及散热性。
【背景技术】
[0002] 如众所周知，金、银、铜是最佳的导电金属材料，而考虑到制作成本、工序W及耐用 性，目前铜是应用最普遍的导电线路材料，使得一般的电路板是采用铜巧层当作电气线路 层。但是，高质量的金属铜巧仍是很沉重的材料成本，使得业界一直在开发可取代铜巧的优 质材料。
[0003] 自从2004年英国曼彻斯特大学An化eGeim与KonstantinNovoselov成功利用 胶带剥离石墨的方式获得单层石墨帰并获得2010年的诺贝尔物理奖W来，石墨帰的导电 性、导热性、抗化性等各种优异性能即不断被产业藉应用于不同的领域。石墨帰（graphene) 只具有厚度〇.335nm，亦即仅一个碳原子直径的大小，主要是由SP2混成轨域组成六角形蜂 巢排列的二维晶体结构，目前是最薄也是最坚硬的材料，机械强度可远高于钢铁百倍，而比 重却仅约钢铁的四分之一，尤其还拥有杰出的导电与导热性质，其中理论热传导系数高达 5300W/mK，因此，石墨帰也是极佳的散热材料。
[0004] 然而，石墨帰在实际应用上最常面临的问题是石墨帰本身很容易聚集、堆找而结 块，亦即不容易均匀分散，因此，如何防止石墨帰薄片彼此不均匀地堆找的现象W获得高均 匀性的石墨帰产品，一直都是产业界最需解决的技术瓶颈。
[0005] 导电线路主要应用于微电子装配、电路基板等配线，利用导电膜蚀刻或是导电浆 料皆可形成印刷电路基板等的配线，然而蚀刻法操作繁杂且具有高成本及废液处理问题， 因此目前市场主流为应用导电浆料形成导电线路。
[0006] 在现有技术中，中国专利CN103468057描述了一种石墨帰导电油墨，主要利用层 数少的石墨帰、黏结树脂、分散剂和消泡剂与稳定剂等，藉由分散蓋的分散处理W及研磨机 的研磨处理，并藉过滤后获得均匀混合的石墨帰导电油墨。此技术所使用的石墨帰具有一 到H层的结构，极易发生聚集结块情形，因此，只使用分散剂是很难达到使石墨帰均匀分 散，进而影响整体的导电性能。
[0007] 此外，另一中国专利CN103319954A描述一种石墨帰导电油墨及其制作方法，主要 是将改性或未改性的石墨帰、黏结树脂W及其它助剂，利用高速揽拌与超音波分散而制备 导电浆料。其缺点主要是各石墨帰片在涂布层中的接触性不佳，无法形成完整导电网络。
[0008] 欧洲专利W02014070500A1描述了一种水系导电浆料，且浆料包含氧化石墨帰、奈 米碳管W及导电高分子，所使用的氧化石墨帰会因含有氧官能基而有利于水系分散，并在 15(TC高温固化后，使得氧化石墨帰开始还原，同时搭配奈米碳管与导电高分子而可进一步 得到导电线路。然而，其缺点是氧化石墨帰导电性差，虽经15(TC的高温固化处理，仍无法完 全达到对氧化石墨帰的还原，因而导致整体的导电效果不彰。
[0009] 因此，需要一种石墨帰印刷线路结构，利用石墨帰奈米片的表面改质特性而均匀 分散于载体树脂中，且藉由填充剂进一步加强该石墨帰奈米片之间的相互接触连接，提高 导电性及散热性，藉W解决上述现有技术的问题。
【发明内容】
[0010] 本发明的主要目的在于提供一种石墨帰印刷线路结构，包括基材及石墨帰印刷线 路层，石墨帰印刷线路层是设置于基材的至少一表面上，比如上表面，尤其是基材具有电气 绝缘性，而石墨帰印刷线路层具有导电性，可用W形成线路图案，当作一般电路板的电气线 路。具体而言，石墨帰印刷线路层包含多个具有表面改质的石墨帰奈米片、载体树脂W及填 充剂，其中石墨帰奈米片是均匀分散于载体树脂中，且石墨帰奈米片之间可透过填充剂而 进一步加强相互接触连接。
[0011] 较佳的，填充剂的粒径对石墨帰奈米片的厚度的比值介于2-1000之间。
[0012] 基材为绝缘材料，可选自聚对苯二甲酸己二醋、聚醜亚胺、环氧树脂及酪醒树脂 的任一者。石墨帰印刷线路层的较佳厚度小于50um，其中石墨帰奈米片占整体石墨帰 印刷线路层的比重为0.l-30wt%，载体树脂的比重为20-70wt%之间，填充剂的比重为 IO-SOwt%。
[0013] 石墨帰奈米片至少包含一表面改质层，形成于该石墨帰奈米片结构的表面，且该 表面改质层包含至少一官能基，该官能基是选自己帰基、脂肪环氧烷基、苯己帰基、甲基丙 帰醜氧基、丙帰醜氧基、脂肪基胺基、氯丙烷基、脂肪基氨硫基、脂肪基硫离子基、异氯酸基、 脂肪基尿素基、脂肪基駿基、脂肪基居基、环己烷基、苯基、脂肪基甲醜基、己醜基及苯甲醜 基的其中之一。
[0014] 载体树脂是选自聚偏氣己帰、聚四氣己帰、聚对苯二甲酸己帰醋、聚氨醋、聚氧化 己帰、聚丙帰腊、聚丙帰醜胺、聚丙帰酸甲醋、聚甲基丙帰酸甲醋、聚醋酸己帰醋、聚己帰化 咯焼丽、聚四甘醇二丙帰酸醋、聚醜亚胺、醋酸纤维素、醋酸了酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、 己基纤维素、氯己基纤维素、氯己基聚己帰醇、駿甲基纤维素、环氧树脂、酪醒树脂W及娃丽 树脂的任一者或其组合。
[0015] 填充剂是选自金属粒子、石墨、奈米碳管或碳黑的任一者或其组合，其中金属粒子 是选自金、银、铜、媒、铁及铅的至少其中之一或其组合。
[0016] 上述具有导电特性的石墨帰印刷线路层具有小于lOOohm/sq的片电阻。
[0017] 整体而言，该石墨帰印刷线路层可透过网版印刷、刮刀涂布及喷涂的任一方式形 成一图案化石墨帰导电层于绝缘基材之上。且事实上，该石墨帰印刷线路层同时具备导热 特性，其平面方向热传导值大于IW/mK。
[0018] 由于石墨帰奈米片的表面改质作用可提高石墨帰在载体树脂中的分散性W及亲 和性，而且石墨帰奈米片相互之间是透过填充剂而相互接触连接，因而可得到具有优良导 电性质的石墨帰印刷线路层。因此，本发明可藉石墨帰印刷线路层而具有优良导电特性，同 时能对电气元件在操作时所产生的热量加强其散热作用，防止过热而达到保护功能。
【附图说明】
[0019] 图1为依据本发明实施例的石墨帰印刷线路结构的剖示图；
[0020] 图2为依据本发明实施例的石墨帰印刷线路结构的俯视图。
[002。 其中，附图标记说明如下：
[0022] 10 基材
[0023] 20石墨帰印刷线路层
[0024] 21石墨帰奈米片
[00幼 23载体树脂
[002引 25填充剂
【具体实施方式】
[0027] W下配合图标及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，W使熟悉本领域 的技术人员在研读本说明书后能据W实施。
[0028] 请同时参考图1及图2,分别为依据本发明实施例石墨帰印刷线路结构的剖示图 及俯视图。要注意的是，为清楚展现本发明的主要特点，图1及图2只是W示意方式显示主 要元件之间的相对关系，并非依据实际大小而绘制，所W图中主要元件的厚度、大小、形状、 排列、配置等等都只是参考而已，并非用W限定本发明的范围。
[0029] 如图1及图2所示，本发明的石墨帰印刷线路结构主要是包括基材10及石墨帰印 刷线路层20,其中石墨帰印刷线路层20设置于基材10的至少一表面上，比如图1中基材 10的上表面，且基材10具有电气绝缘性，而石墨帰印刷线路层20具有导电性，尤其是石墨 帰印刷线路层20可用W形成线路图案，相当于一般电路板上的电气线路。
[0030] 具体而言，石墨帰印刷线路层20包含多个具有表面改质的石墨帰奈米片21、载体 树脂23W及填充剂25,其中该石墨帰奈米片21是均匀分散于载体树脂23中，而且该石墨 帰奈米片21是透过填充剂25而提高相互之间的接触连接，形成网络状的导电性结构，可改 善整体的导电特性。
[0031] 要注意的是，为方便说明本发明的技术特征及所达成的具体功效，图中的每个石 墨帰奈米片21是W薄片状的侧面方向显示，亦即，实际上在图中的观察角度上，有部分的 石墨帰奈米片21会显示出其正面，或部分的石墨帰奈米片21同时显示部分正面及部分侧 面。
[0032] 较佳的，上述基材10是由电气绝缘材料所构成，而该电气绝缘材料是选自至少由 聚对苯二甲酸己二醋、聚醜亚胺、环氧树脂及酪醒树脂所构成的群组。
[0033] 石墨帰印刷线路层20的较佳厚度可小于50um，而且石墨帰奈米片21是占整 体石墨帰印刷线路结构的重量百分比为0.l-30wt%之间，载体树脂23的重量百分比为 20-70wt%之间，而填充剂25的重量百分比为10-50wt%之间。
[0034] 更加具体而言，每个石墨帰奈米片21包含形成于其表面的至少一表面改质层， 是藉披覆至少一表面改质剂而形成，且表面改质剂是选自一偶合剂，而偶合剂的化学结构 为Mx(R)y(R' )Z，M是一金属元素，R是一亲水性官能基，R'是一亲油性官能基，0《X《6， 1《y《20,且1《Z《20,且表面改质的石墨帰奈米片的氧含量为2-20wt%，亲水性官能 基及亲油性官能基是用W使该石墨帰奈米片21能与载体树脂23及填充剂25之间产生化 学键结。因此，表面改质层的官能基可改善与载体树