一种导电复合材料及其制备方法、导电线路的制备方法
【专利说明】一种导电复合材料及其制备方法、导电线路的制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光刻蚀布线工艺中涉及的导电复合材料，特别是涉及一种用于激光 刻蚀布线的导电复合材料及其制备方法。 【【背景技术】】
[0002] 随着移动电子设备和触控屏产业的迅速发展，在触控屏加工中的激光蚀刻导电浆 料市场也发展迅速。传统的丝网印刷导电浆料布线技术最窄线宽通常仅能达到50微米，并 且良率低、对工艺控制要求较高。激光刻蚀布线技术是一种新型的高效快速加工技术。激 光刻蚀技术利用脉冲激光点光源，沿着预定轨迹进行蚀刻，使待加工的导电银浆瞬间汽化， 从而达到除去多余导电银浆，形成电路图形，而周围的温度却不会有大的提升。例如，为了 保证窄边框触摸屏的高透性，通常采用聚酯树脂薄膜例如PET作为薄膜模块的基板材料， 然后丝网印刷将导电浆料印制在薄膜模块上，再配合激光蚀刻技术加工得到精细的导电浆 料线路作为边框引线，得到较传统丝网印刷技术更精细的布线效果。
[0003] 随着智能穿戴、大型智能液晶屏和车载触控的发展，激光蚀刻导电浆料这一高端 电子材料产业还将进一步加速扩张，其技术突破已成为电子印刷产业迫切需要解决的问 题。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种用于激光刻 蚀布线的导电复合材料及其制备方法，可实现更精细化的布线，该导电复合材料具有更广 泛的适用性。
[0005] 本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0006] -种用于激光刻蚀布线的导电复合材料，包括基质、均勾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三 维分形层次结构的金属颗粒。
[0007] 其中，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%〇
[0008] 所述金属颗粒为银、铜、锡、金、铂、钯、铝中的一种或者多种的混合。
[0009] 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。
[0010] 所述热固性聚合物树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚丙烯酸 酯、氰酸酯、聚硅氧烷中的一种或者多种的混合物。
[0011] 所述热塑性聚合物树脂为聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚硅氧烷、聚酰亚 胺预聚物中的一种或者多种的混合物。
[0012] 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。
[0013] -种用于激光刻蚀布线的导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：准备聚合物 树脂作为基质；准备具有三维分形层次结构、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。
[0014] 其中，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%〇
[0015] -种导电线路的制备方法，包括以下步骤：准备聚合物树脂作为基质；准备具有 三维分形层次结构、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。
[0016] 本发明与现有技术对比的有益效果是：
[0017] 本发明的用于激光刻蚀布线的导电复合材料，采用独特的具有三维分形层次结构 的金属颗粒作为导电填料，分散在聚合物树脂基质中。由于金属颗粒的三维分形结构，可从 熔融剥离总能量以及单点熔断所需能量两个方面降低蚀刻加工所需的激光功率，具体地， 如实现同样的蚀刻效果，现有导电浆料蚀刻的激光功率为W(0. 1瓦到50瓦之间），而本发明 的导电材料蚀刻的激光功率则为W的1/8~1/2倍。在低功率下进行激光蚀刻加工，激光 光束尺寸可相应减少，从而令图形化加工精度提高，实现高分辨更精细化的布线。同时，在 较低功率下蚀刻，树脂分散相受到的热冲击较小，可保留较好的机械结合力和更长的寿命。 而且较低的激光加工功率能够降低导电浆料对涂覆印刷的绝缘基板的能量传递，减少绝缘 基板的热变形，从而导电材料能够与更广泛的绝缘基板配合使用，适用性更广，且绝缘基板 热变形少可进一步降低绝缘基板的厚度，更加有利于实现电子材料的轻薄化。 【【附图说明】】
[0018] 图1是本发明实施例1的金属颗粒的扫描电子显微镜（SEM)图像；
[0019] 图2是本发明实施例1中得到的导电材料的横截面的扫描电子显微镜（SEM)图 像；
[0020] 图3是本发明实施例1和对照例的导电材料在激光蚀刻加工后的扫描电子显微镜 (SEM)图像；
[0021] 图4是本发明实施例1和对照例的导电材料在激光刻蚀加工后的扫描电子显微镜 色谱分析（SEM-EDS)图像；
[0022] 图5是本发明实施例1的导电材料在激光刻蚀加工后的光学照片；
[0023] 图6是本发明实施例1的导电材料在激光刻蚀加工后的局部放大光学照片；
[0024] 图7是本发明实施例1的导电材料在激光刻蚀加工后的光学显微镜图像；
[0025] 图8是本发明实施例2的导电材料在激光蚀刻加工后的扫描电子显微镜（SEM)图 像；
[0026] 图9是本发明实施例3的导电材料在激光蚀刻加工后的扫描电子显微镜（SEM)图 像；
[0027] 图10是本发明实施例1和对照例的导电材料在激光刻蚀加工后导电线路的电阻 率随激光功率的变化趋势图。 【【具体实施方式】】
[0028] 下面结合【具体实施方式】并对照附图对本发明做进一步详细说明。
[0029] 本发明的构思是，导电浆料在激光蚀刻过程中的技术改进方向较多，有的方案从 激光器角度进行改进，控制改进蚀刻过程，从而改善蚀刻效果。而有的方案从树脂材料方面 进行改进，这是因为激光蚀刻后，形成电路图形的导电浆料部分受到热冲击，与配合使用的 绝缘基板的机械粘合力变差，容易脱落。因此改善树脂的组分配比，从而改进树脂材料的粘 结性。本发明的方案则是从金属导电填料的结构设计上进行改进，采用具有三维分形层次 结构、直径在100纳米到10微米之间的金属颗粒作为导电填料，从而利用该结构的独特性， 从蚀刻的激光功率更低的角度进行改进，解决更精细化布线、更广泛适用的问题。这种颗粒 具有独特的分形层次结构，其外围丰富的纳米结构（特征尺寸只有几纳米至几十纳米）易 于发生低温烧结，并且在激光作用下迅速烧蚀熔断。具有此类微观结构的金属颗粒以往的 应用多集中在电化学催化中催化剂，以及增强拉曼散射的光学检测材料方面，本发明则将 其创新性地应用在激光蚀刻的导电浆料中，从而实现低功率激光蚀刻，进而获得系列技术 优势。
[0030] 本【具体实施方式】中提供一种用于激光刻蚀布线的导电复合材料，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；所述基质为聚合物树脂， 所述金属颗粒为具有三维分形层次结构的金属颗粒。三维分形结构是指枝晶在一级分形结 构基础上生长二级分形结构，二级分形结构上进而生长三级分形结构，即是三维枝晶结构。
[0031] 上述导电材料，由于金属颗粒的三维分形结构，一方面，三维层次结构的金属填料 具有较高的三维比表面积，导电填料之间相互接触导通时，填料实际占用的体积比球形或 者片状的金属填料小很多，获得导电性能相当的导电材料时需要的金属颗粒的量较少，从 而所需要的剥离能量少，可使用较少能量的激光进行蚀刻熔融收缩，形成开路效果；另一方 面，三维分形层次结构的金属填料烧结熔融的原理是，在激光热作用下发生收缩，实现触点 分离从而隔断绝缘，不需要像球形或者片状金属颗粒那样将整个金属颗粒熔融汽化掉，因 此隔断所需的能量也较少。因此，从熔融剥离总能量以及单点熔断所需能量两个方面降低 蚀刻加工所需的激光功率。经验证，如达到相同蚀刻效果时，常规导电浆料进行激光蚀刻时 的功率值为W，在0. 1瓦~50瓦的范围，而本发明的上述导电复合材料制成的导电浆料进 行激光蚀刻的功率值为W的1/8~1/2倍。当激光蚀刻的功率较低时，可提高图形化加工 精度，实现高分辨更精细化的布线。同时，在较低功率下蚀刻，可减少对其它材料的损害，例 如，树脂分散相受到的热冲击较小，可保留较好的机械结合力和更长的寿命，再例如，导电 浆料对相配合使用的绝缘基板的能量传递较小，减少绝缘基板的热变形，从而导电材料能 够与更广泛的绝缘基板配合使用，适用性更广，且绝缘基板热变形少可进一步降低绝缘基 板的厚度，更加有利于实现电子材料的轻薄化。
[0032] 目前广泛采用的导电浆料为球形或者片状微纳米颗粒填料，所含有的导电填料含 量较高，一般在70%左右（含溶剂），完全固化后银粉含量达到80%以上。因此在激光刻蚀 过程中需要较高的激光功率才能将银粉填料及树脂基质熔融蒸发掉。而本【具体实施方式】采 用了具有三维分形层次结构的金属颗粒作为导电填料，不仅能够在较低的激光功率下将银 浆复合材料熔断，得到高分辨、高稳定性的激光加工导电线路，而且由于可相对降低金属颗 粒的含量，进而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，无需担心激光蚀刻过程中导电浆料从绝缘基板上脱落的问题。
[0033] 优选地，金属颗粒的质量分数为30 %~80%，所述基质的质量分数为20 %~ 70%。当金属颗粒的含量小于30%时，则导电材料的导电性将减小，不利于确保一定导 电性；当金属颗粒的含量大于80%时，金属含量较高，则相对于金属颗粒含量低于80%的 导电材料而言，需要相对较高的功率进行蚀刻，则精细化以及适用广泛性方面将相对受到 一些影响。进一步优选地，金属颗粒的质量分数为30%~60%，所述基质的质量分数为 40 %~70 %，从而更进一步确保导电性以及精细化和适用广泛性。
[0034] 如下，通过设置具体实施例验证本发明的导电复合材料的性能。
[0035] 实施例1 :
[0036] 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，金属颗粒的形貌如图1所示，具有三维枝晶结构。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