[发明专利]石墨烯印刷线路结构

说明书

本发明是一种石墨烯印刷线路结构，包括基材及石墨烯印刷线路层，其中石墨烯印刷线路层设置于基材的表面，且基材具有电气绝缘性，而石墨烯印刷线路层具有导电性，可用以形成线路图案，当作电路板的电气线路用。石墨烯印刷线路层包含多个具有表面改质的石墨烯奈米片、载体树脂及填充剂，且填充剂的粒径与石墨烯奈米片厚度的比值介于2‑1000之间，且石墨烯奈米片是均匀分散于载体树脂，该石墨烯奈米片之间是藉填充剂而进一步加强相互接触连接。因此，本发明不仅具有优异的电气特性，同时能提供散热作用，防止电气元件过热而达到保护功能。

技术领域

本发明是有关于一种石墨烯印刷线路结构，尤其是利用石墨烯纳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烯纳米片之间的相互接触连接，提高导电性及散热性。

背景技术

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、工序以及耐用性，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箔层当作电气线路层。但是，高质量的金属铜箔仍是很沉重的材料成本，使得业界一直在开发可取代铜箔的优质材料。

自从2004年英国曼彻斯特大学Andre Geim与Konstantin Novoselov成功利用胶带剥离石墨的方式获得单层石墨烯并获得2010年的诺贝尔物理奖以来，石墨烯的导电性、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。石墨烯(graphene)只具有厚度0.335nm，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，石墨烯也是极佳的散热材料。

然而，石墨烯在实际应用上最常面临的问题是石墨烯本身很容易聚集、堆栈而结块，亦即不容易均匀分散，因此，如何防止石墨烯薄片彼此不均匀地堆栈的现象以获得高均匀性的石墨烯产品，一直都是产业界最需解决的技术瓶颈。

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。

在现有技术中，中国专利CN103468057描述了一种石墨烯导电油墨，主要利用层数少的石墨烯、黏结树脂、分散剂和消泡剂与稳定剂等，藉由分散釜的分散处理以及研磨机的研磨处理，并藉过滤后获得均匀混合的石墨烯导电油墨。此技术所使用的石墨烯具有一到三层的结构，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烯均匀分散，进而影响整体的导电性能。

此外，另一中国专利CN103319954A描述一种石墨烯导电油墨及其制作方法，主要是将改性或未改性的石墨烯、黏结树脂以及其它助剂，利用高速搅拌与超音波分散而制备导电浆料。其缺点主要是各石墨烯片在涂布层中的接触性不佳，无法形成完整导电网络。

欧洲专利WO2014070500A1描述了一种水系导电浆料，且浆料包含氧化石墨烯、碳纳米管以及导电高分子，所使用的氧化石墨烯会因含有氧官能基而有利于水系分散，并在150℃高温固化后，使得氧化石墨烯开始还原，同时搭配碳纳米管与导电高分子而可进一步得到导电线路。然而，其缺点是氧化石墨烯导电性差，虽经150℃的高温固化处理，仍无法完全达到对氧化石墨烯的还原，因而导致整体的导电效果不彰。

因此，需要一种石墨烯印刷线路结构，利用石墨烯纳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烯纳米片之间的相互接触连接，提高导电性及散热性，藉以解决上述现有技术的问题。

发明内容