[发明专利]石墨烯薄膜金属焊接点的制备方法

说明书

本发明公开了石墨烯薄膜金属焊接点的制备方法。将石墨烯薄膜裁切成所需规格形状，在石墨烯薄膜上切出设计需求的渗透通孔；将焊料金属放入基板中部的熔槽中，并鼓吹保护气氛；加热基板使熔槽内的焊料金属熔化，将石墨烯薄膜的通孔区域置于熔槽上；使用超声振杆将石墨烯薄膜的通孔区域下压至熔化焊料金属完全浸没石墨烯薄膜的通孔，保温并开启超声振动，升起超声振杆，取出石墨烯薄膜，完成金属焊接点的制备。通过在石墨烯薄膜上预制通孔，借助超声波使焊料金属快速填充通孔并渗入通孔边缘的石墨烯薄膜层间与石墨烯薄膜形成良好冶金结合，实现了在石墨烯薄膜的任意位置制备结合性能优良的金属焊接点。

技术领域

本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及石墨烯薄膜金属焊接点的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子SP²杂化堆积而成的具有二维蜂窝状晶体结构的碳质材料。已有研究结果表明，石墨烯具有优异的物理性质，其理论拉伸强度高达130GPa，理论杨氏模量高达1.0TPa，在室温下石墨烯的载流子迁移率高达0.2×10⁶cm²/V^-s，超过了硅材料的10倍；此外，石墨烯还具有高达5000W/(m.k)的热导率，高透光率，高柔性可弯曲等特性。石墨烯材料具有的优异物理特性，使其在通讯、电子领域具有广泛的应用前景。尤其是近年来高性能石墨烯薄膜材料的研制成功，使得石墨烯材料的产业化应用步伐不断加快。例如韩国研究人员已采用石墨烯薄膜制造出了柔性触摸屏；国内某些通讯公司正尝试采用石墨烯薄膜材料取代传统天线材料。此外，石墨烯薄膜还有望用于无人机以减轻整机重量。

石墨烯薄膜材料应用领域的不断扩展不可避免地带来了该材料的连接问题。由于石墨烯的熔点超过3000℃并且具有很高的界面化学稳定性，表面润湿性差，因此采用传统的钎焊工艺很难在石墨烯薄膜表面制得冶金结合强度高的金属焊点，难以实现电子器件与石墨烯薄膜之间的低温、高质量互连。采用CVD或PVD技术在石墨烯薄膜表面预沉积金属层或通过高温烧结活化金属形成碳化物薄层，随后再进行钎焊连接能改善钎料合金与石墨烯薄膜之间的冶金结合性能，但上述方法需在高温、高真空环境中进行，具有过程复杂、金属涂覆效率低等缺点。此外，采用上述方法制备的金属焊点仅仅附着在石墨烯薄膜表面而没有渗入石墨烯薄膜内部，很容易在服役过程中因为焊点强度低而造成电子元器件的剥离失效。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供石墨烯薄膜贴片电子器件或通孔电子器件金属焊接点的制备方法，实现在石墨烯薄膜的任意位置制备结合性能优良的金属焊接点。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

石墨烯薄膜金属焊接点的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨烯薄膜裁切成所需规格形状，在石墨烯薄膜上切出设计需求的渗透通孔；

2)将焊料金属放入基板中部的熔槽中，并鼓吹保护气氛；加热基板使熔槽内的焊料金属熔化，将石墨烯薄膜的通孔区域置于熔槽上；

3)使用超声振杆将石墨烯薄膜的通孔区域下压至熔化焊料金属完全浸没石墨烯薄膜的通孔，保温并开启超声振动0.1～300s，升起超声振杆，取出石墨烯薄膜，完成石墨烯薄膜表面贴片电子器件金属焊接点的制备。

按上述方案，还包括在所述石墨烯薄膜金属焊接点的区域冲裁引脚通孔，完成石墨烯薄膜表面通孔电子器件金属焊接点的制备。

按上述方案，将渗透通孔替换为引脚通孔，并在升起超声振杆、取出石墨烯薄膜后对焊料金属涂覆区进行吹气处理，使引脚通孔贯通，完成石墨烯薄膜表面通孔电子器件金属焊接点的制备。

按上述方案，所述石墨烯薄膜替换为石墨薄膜或金属薄膜。

按上述方案，步骤1所述渗透通孔包括圆形、矩形或其它异形孔；采用单孔分布、多孔规则分布或多孔不规则分布。