一种液态金属导电图案的表面处理方法、导电图案与流程

本发明属于柔性电子电路技术领域，尤其涉及一种液态金属导电图案的表面处理方法、导电图案。

背景技术：

液态金属(也称为液体金属)泛指熔点在室温之下的低熔点金属，该类低熔点金属可在室温环境下呈现流动的液态，目前研究已发现以液态金属为导电线路的柔性电路板可以在柔性耐弯折性能方面表现远超传统覆铜电路板和银浆电路板。

虽然液态金属基于其熔点低的属性，可以增强柔性电路板的耐弯折性能，但液态金属的低熔点也使其结构稳定性较低，且很难满足电子元件在其上的焊接工艺。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种液态金属导电图案的表面处理方法,以解决现有技术中基于液态金属导电图案的结构稳定性不足的问题。

在一些说明性实施例中，所述液态金属导电图案的表面处理方法，包括：提供一待处理的液态金属导电图案；该液态金属导电图案包括：具有三维交联孔隙的树脂基体、束缚在所述三维交联孔隙内的液态金属；通过所述三维交联孔隙暴露在树脂基体表面的液态金属，在所述液态金属导电图案的表面形成第一金属镀层。

在一些可选地实施例中，所述液态金属与所述第一金属镀层之间形成有两者的合金层。

在一些可选地实施例中，所述液态金属选用镓单质和/或镓基合金。

在一些可选地实施例中，所述第一金属镀层为锡、铜、镍、金或钯。

在一些可选地实施例中，在所述液态金属导电图案的表面形成第一金属镀层之前，还包括：对所述液态金属导电图案进行前处理；该前处理至少包括以下之一：表面清洁处理、表面粗化处理、表面活化处理。

在一些可选地实施例中，所述树脂基体的三维交联孔隙内还包括：浸润束缚所述液态金属的固态金属。

在一些可选地实施例中，获得所述待处理的液态金属导电图案的过程，包括：提供一基底；在所述基底表面印刷混合有液态金属和树脂的导电浆料；待所述导电浆料固化后形成所述液态金属导电图案。

在一些可选地实施例中，所述导电浆料中还包括固态金属。

在一些可选地实施例中，在所述液态金属导电图案的表面形成第一金属镀层之后，还包括：在所述第一金属镀层之上依次形成至少一层的第二金属镀层。

本发明的另一个目的在于提出一种液态金属导电图案，以解决现有技术中存在的问题。

在一些说明性实施例中，所述液态金属导电图案，如上述任一项所述的液态金属导电图案的表面处理方法获得。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明实施例中的首先通过树脂基体对液态金属形成束缚，从而极大的提升了导电图案的结构稳定性，然后再利用暴露在树脂基体表面的液态金属在树脂基体的表面形成镀层，更进一步的加强了液态金属导电图案的结构稳定性，并且通过镀层可以满足电子元件在液态金属导电图案上的焊接工艺。

附图说明

图1是本发明实施例中液态金属导电图案的表面处理方法的流程图；

图2是本发明实施例中液态金属导电图案的结构示意图；

图3是本发明实施例中液态金属导电图案的树脂基体的结构示意图；

图4是本发明实施例中液态金属导电图案的表面处理方法的流程图；

图5是本发明实施例中导电图案的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例中公开了一种液态金属导电图案的表面处理方法，具体地，如图1-3所示，图1为本发明实施例中液态金属导电图案的表面处理方法的流程图；图2为本发明实施例中的树脂基体的结构示意图；图3为本发明实施例中待处理的液态金属导电图案的结构示意图；该液态金属导电图案的表面处理方法，包括：

步骤s11、提供一待处理的液态金属导电图案；该液态金属导电图案包括：具有三维交联孔隙122的树脂基体121、束缚在所述三维交联孔隙122内的液态金属123；其中，树脂基体与液态金属导电图案的图形一致，其基体内均布着由不规则孔隙交联形成的三维交联孔隙，该三维交联孔隙贯穿树脂基体的表面，使容纳并束缚在三维交联孔隙中的液态金属在树脂基体的表面及内部导通；

步骤s12、通过所述三维交联孔隙暴露在树脂基体表面的液态金属，在所述液态金属导电图案的表面形成第一金属镀层。

本发明实施例中的首先通过树脂基体对液态金属形成束缚，从而极大的提升了导电图案的结构稳定性，然后再利用暴露在树脂基体表面的液态金属在树脂基体的表面形成镀层，更进一步的加强了液态金属导电图案的结构稳定性，并且通过镀层可以满足电子元件在液态金属导电图案上的焊接工艺。

本发明实施例中的待处理的液态金属导电图案可以通过印刷导电浆料实现，具体地，该导电浆料可至少由液态金属与树脂经过充分混合后获得，其内的液态金属在树脂体系中被打散成微纳米级的金属液滴，极大的降低了液态金属的表面张力和流动性能，进而可以充分布满树脂基体的三维交联孔隙之中，并且被限制束缚在树脂基体的三维交联孔隙内；树脂由内部分散有液态金属的树脂经过高温或光照固化后形成具有一定结构强度的、带有三维交联孔隙的树脂基体。

在一些实施例中，在步骤s12之前，还包括：对液态金属导电图案中的不需要上第一金属镀层的区域进行遮挡；从而在步骤s13中使第一金属镀层形成在未被遮挡的液态金属导电图案上，以此满足用户相应的结构需求。

如图4所示，进一步的，本发明实施例中的液态金属导电图案的表面处理方法，还可以包括：步骤s10、在提供的基底表面按照导电图案的图案要求印制导电浆料，在该导电浆料固化后形成待处理的液态金属导电图案。其中，导电浆料至少包括液态金属和树脂。

其中，步骤s10中印制导电浆料的方式不限于凹版印刷、柔板印刷、丝网印刷、移印、喷涂印刷、打印、以及利用掩模技术和/或表面处理技术在基底上涂布印刷；其中，掩模技术是指利用可移除的遮挡物实现特定图形的遮挡，以便达到目标图案的印制；表面处理技术是在基底上通过特定图形区域的改性，以此达到对导电浆料的选择性粘附，从而实现目标图案的印制。

在一些实施例中，步骤s10中还可以包括印制后处理，从而实现对液态金属导电图案的修补或精细处理，该过程可以通过相应规格的激光镭雕处理实现。

在一些实施例中，本发明实施例中的待处理的液态金属导电图案的厚度范围在5μm–50μm之间。

在一些实施例中，步骤s11中的待处理的液态金属导电图案，还包括：位于其树脂基体的三维交联孔隙中的固态金属；具体地，该固态金属为微纳米级的固态金属颗粒，其固体形态可以在树脂基体的束缚保持结构稳定，而且金属属性则可以与液态金属产生金属浸润的效果，从而通过浸润作用进一步束缚液态金属，保证液态金属导电图案的结构稳定性。

本发明实施例中的固态金属可以选择可浸润液态金属的金属材质，其中，可以选择不与液态金属产生合金反应的金属材质，也可以选择与液态金属产生合金反应的金属材质。优选地，固态金属选用导电率优于液态金属的金属材质，以此该固态金属不仅可以提升液态金属在树脂基体内的结构稳定性，而且还可以增强液态金属导电图案的整体导电性能。

优选地，本发明实施例中的固态金属可以选择铜、银、金、银包铜等微纳米级的固态金属颗粒，其颗粒结构不限于线状、片状、枝杈状、球状等。

针对上述实施例，本发明实施例中的步骤s10中的导电浆料还可以选择由微纳米级的固态金属颗粒、液态金属和树脂经过充分混合后获得的导电浆料；其中，固态金属颗粒不仅在树脂固化后可以提升液态金属的结构稳定性，而且在导电浆料体系中固态金属颗粒的加入更易于液态金属的充分混合，并且可以降低液态金属在树脂体系中的自聚、分相程度。

在一些实施例中，本发明实施例中的导电浆料可以直接利用液态金属与市面上在售导电银浆进行混合；其中，该导电浆料中的液态金属与导电银浆的重量比选为1:30～30:1。具体地，本发明实施例中的液态金属与导电银浆的重量比可为1:30–30:1，示例性的，液态金属与导电银浆的重量比可为1:30、1:25、1:20、1:15、1:10、1:5、1:3、1:2、2:3、4:5、1:1、4:4、3:2、2:1、3:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、25:1或者30:1。

优选地，液态金属与导电银浆的重量比选为1:20～1:2；该比重配比的导电浆料在固化后可表现良好的柔韧性，且液态金属会尽可能束缚在银浆体系中，使形成的液态金属导电图案的结构更为稳定，不易在弯折受压的情况下出现液态金属从导电图案中迁移出来的问题。

本发明实施例中的液态金属可以选用室温液态的低熔点金属，该低熔点金属具体可以选用镓单质、镓基合金等；镓基合金例如镓铟共晶合金、镓锡共晶合金、镓铟锡共晶合金、镓铟锡锌共晶合金等。在一些其它的实施例中，本发明实施例中的液态金属也可以选用室温固态的低熔点金属，具体地，该低熔点金属的熔点在室温以上、且在300℃以下，例如铋基合金、锡基合金、铟基合金等，本发明实施例中的表面处理方法同样可以在这类低熔点金属上实现。

本发明实施例中的步骤s12中通过暴露在树脂基体表面的液态金属在树脂基体的表面形成第一金属镀层的方式可以通过电镀或化镀的方式实现，通过该处理可以通过调节镀池浓度、酸碱度及电流强度等参数在液态金属导电图形的表面形成目标厚度的金属镀层，参数设定可参照现有技术，在此不再赘述。本发明实施例中的第一金属镀层的厚度范围在1μm–12μm。

优选地，当本发明实施例中的液态金属选用室温液态的镓单质或镓基合金的情况时，该类液态金属在室温环境下的化学性质较为活泼，在常规的化镀环境(溶液温度范围79℃～82℃)中，不易控制置换反应的反应剧烈程度，因此发明人发现将化镀溶液的温度控制在20℃～40℃之间，可以控制液态金属置换反应处在较为稳定可控的状态。另一方面，化镀溶液中的目标金属离子浓度控制在0.5g/l–20g/l，可以进一步达到控制反应程度的效果。

本发明实施例中的第一金属镀层可以为锡、镍、铜、铁、钴、锌、银、金、钛、钼、铬、钯、铂、不锈钢等金属材质。优选地，第一金属镀层可以为铜、镍、银或金。

在一些实施例中，第一金属镀层可以直接选用可与液态金属形成合金相的金属镀层，从而在液态金属与第一金属镀层之间形成合金层以此加强两者的结合强度。优选地，第一金属镀层可以选用锡、铜、钯、金；其中，铜与液态金属中的镓可以形成铜镓合金，钯可以与液态金属中的钯形成钯镓合金，金与液态金属中的锡可以形成金锡合金。上述实施例中所形成的合金层为固态合金，其形成后可以卡持在树脂基体的三维交联孔隙的开口处，从而可使金属镀层通过该合金层卡持结构稳定附着在树脂基体的表面。例如在待处理的液态金属导电图案的表面形成钯层，例如在待处理的液态金属导电图案的表面形成铜层、例如在待处理的液态金属导电图案的表面形成金层。

在一些实施例中，本发明实施例中的液态金属导电图案的表面处理方法，在步骤s12的在所述液态金属导电图案的表面形成第一金属镀层之前，还可以包括：

对待处理的液态金属导电图案进行上镀前处理；该前处理可以包括以下至少一项处理：表面清洁处理、表面粗化处理、表面活化处理。其中，

表面清洁处理是指对液态金属导电图案的表面进行物理清洁处理和/或表面氧化物处理，避免影响后续程度，保证上镀后的液态金属导电图案的结构稳定性和电学性能。其中，表面清洁处理不限于除尘、水洗、酸洗、碱洗等。

表面粗化处理是指对液态金属导电图案的表面进行粗化处理，使其具有粗化表面，以此可提升金属镀层在液态金属导电图案上的结合力，进一步保证上镀后的液态金属导电图案的结构稳定性。其中，表面粗化处理不限于酸洗、碱洗、刮刷、喷砂等。

表面活化处理是指在液态金属导电图案的表面增加可以增强与金属镀层结合力的物质，例如钯；钯可在液态金属导电图案的表面形成钯层，通过钯层可以直接利用现有技术中的镀金工艺上铜层、镍层或金层。

本发明实施例中的上述上镀前处理，可以选择性合并，例如表面清洁处理和表面粗化处理均可采用酸洗和碱洗等。另一方面，本发明实施例中的液态金属导电图案的表面处理方法并非该方法的必要处理，实际可根据待处理的液态金属导电图案的表面及制备环境的洁净程度、以及镀层在液态金属导电图案上的结合强度的具体情况而定。

继续参照图4，在一些实施例中，本发明实施例中的液态金属导电图案的表面处理方法，在步骤s12的在所述液态金属导电图案的表面形成第一金属镀层之后，还包括：步骤s13、在所述第一金属镀层之上依次形成至少一层的第二金属镀层。本发明实施例中的第二金属镀层的厚度范围在0.03μm–12μm之间。

例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成钯层和金层、例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成钯层和铜层、例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成钯层和镍层、例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成铜层和金层、例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成铜层和镍层、例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成钯层、镍层和金层、例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成钯层、铜层、镍层、金层、例如在待处理的液态金属导电图案上依次形成铜层、镍层、金层。其中，至少一层的第二金属镀层的成型工艺为现有技术，在此不再赘述。

实施例1

以一种用于rfid电子标签的天线为例对处理过程加以说明。

1.配制导电银浆与液态金属比例为8:3的导电印刷浆料。

2.通过丝网印刷在目标基底上形成厚度为30μm的印刷电路。

3.在130℃下烘烤30min固化，得到待处理的液态金属导电图案。

4.对保护后的液态金属导电图案进行超声碱洗除油，室温环境，时间3min，碱液浓度5％。

5.然后进行双水洗，纯净水，室温环境。

6.双水洗，室温环境。

7.喷砂处理；

8.水洗；

9.镀铜，15min，26℃，在液态金属导电图案之上形成约5μm厚度的铜层；

10.活化，硫酸钯溶液，3min，40℃，可在铜层的表面得到钯层，其厚度可忽略；(该步骤可省略，但直接在铜上镀镍的速度较慢)

11.镀镍，8min，40℃，在铜层之上形成约1μm厚度的镍层；

12.水洗；

13.烘干，80℃。

通过上述实施例可获得由下之上依次为柔性基底、液态金属导电图案、铜层、钯层、镍层的导电图案。

实施例2

以一种用于电池组件的柔性电路为例对处理过程加以说明。

1.配制导电银浆与液态金属比例为7:3的导电印刷浆料。

2.通过丝网印刷在目标基底上形成厚度为30μm的印刷电路。

3.在130℃下烘烤30min固化，得到待处理的液态金属导电图案。

4.在待处理的液态金属导电图案的指定区域通过热压贴覆一层保护膜，保护不需要化镀的图形部分，露出需要化镀的图形部分。

5.对保护后的液态金属导电图案进行超声碱洗除油，室温环境，时间3min，碱液浓度5％。

6.然后进行双水洗，纯净水，室温环境。

7.进行微蚀，室温环境，sps浓度5％。时间2min。

8.双水洗，室温环境。

9.酸洗，5％硫酸溶液，室温环境，2min，

10.活化，硫酸钯溶液，3min，40℃，可在液态金属导电图案的表面得到钯层，其厚度可忽略；

11.双水洗；

12.镀镍，20min，40℃，在钯层之上形成约5μm厚度的镍层；

13.化金，6min，40℃，在镍层之上形成约0.05μm厚度的金层；

14.水洗；

15.烘干，80℃。

通过上述实施例可获得由下之上依次为柔性基底、液态金属导电图案、钯层、镍层和金层的导电图案。

实施例3

以一种用于集成电路的fpc柔性电路为例对处理过程加以说明。

1.配制导电银浆与液态金属比例为7:3的导电印刷浆料。

2.通过丝网印刷在目标基底上形成厚度为20μm的印刷电路。

3.在130℃下烘烤30min固化，得到待处理的液态金属导电图案。

4.在待处理的液态金属导电图案的指定区域通过热压贴覆一层保护膜，保护不需要化镀的图形部分，露出需要化镀的图形部分。

5.对保护后的液态金属导电图案进行超声碱洗除油，室温环境，时间3min，碱液浓度5％。

6.然后进行双水洗，纯净水，室温环境。

7.进行微蚀，室温环境，sps浓度5％。时间2min。

8.双水洗，室温环境。

9.酸洗，5％硫酸溶液，室温环境，2min，

10.化金，6min，30℃，在液态金属导电图案之上形成约0.06μm厚度的金层；

11.水洗；

12.烘干，80℃。

通过上述实施例可获得由下之上依次为柔性基底、液态金属导电图案、金层的导电图案。

本发明实施例中可以通过上述实施例获得一种液态金属导电图案，该液态金属导电图案可用于rfid电子标签、太阳能电池板、柔性显示屏、触摸屏、fpc柔性电路板、5g天线、滤波器、声膜等领域。

本发明的另一个目的在于提出一种导电图案，具体地，如图5所示，图5为本发明实施例中导电图案的结构示意图；结合图2-3；该导电图案，包括：基底层110、附着在基底层110上的液态金属层120、以及附着在液态金属层120上的第一金属镀层130。其中，液态金属层120包括液态金属导电图案，该液态金属导电图案，包括：具有三维交联孔隙122的树脂基体121、束缚在所述三维交联孔隙122内的液态金属123；其中，树脂基体121与液态金属导电图案的图形一致，其基体内均布着由不规则孔隙交联形成的三维交联孔隙122，该三维交联孔隙122贯穿树脂基体121的表面，使容纳并束缚在三维交联孔隙122中的液态金属123在树脂基体121的表面及内部导通。

本发明实施例中的首先通过树脂基体对液态金属形成束缚，从而极大的提升了导电图案的结构稳定性，然后再利用暴露在树脂基体表面的液态金属在树脂基体的表面形成镀层，更进一步的加强了液态金属导电图案的结构稳定性，并且通过镀层可以满足电子元件在液态金属导电图案上的焊接工艺。

在一些实施例中，本发明的液态金属导电图案上覆有遮挡其部分图案的保护层，第一金属镀层与未被保护层所遮挡的液态金属导电图案所结合。

在一些实施例中，本发明实施例中的导电图案中的液态金属导电图案中的树脂基体121的三维交联孔隙122中还可包括固态金属；其中，该固态金属为微纳米级的固态金属颗粒，其固体形态可以在树脂基体121的束缚保持结构稳定，而且金属属性则可以与液态金属产生金属浸润的效果，从而通过浸润作用进一步束缚液态金属，保证液态金属导电图案的结构稳定性。优选地，固态金属可选用铜、银、金、银包铜等。

在一些实施例中，液态金属层120与第一金属镀层130之间形成有两者的合金层；通过两种的合金层可以提升液态金属层120与第一金属镀层130之间的结合强度。另一方面，所形成的合金层为固态，其可以在树脂基体121的三维交联孔隙122的开口处于树脂基体121形成卡持，从而进一步加强第一金属镀层130的结合强度。

本发明实施例中的液态金属可选用镓单质、镓基合金等；镓基合金例如镓铟共晶合金、镓锡共晶合金、镓铟锡共晶合金、镓铟锡锌共晶合金。

本发明实施例中的第一金属镀层130可以为钯层、铜层、金层。

本发明实施例中的第一金属镀层130之上还附着有至少一层的第二金属镀层140；该第二金属镀层140可以为铜层、金层、镍层。

具体地，第一金属镀层130和第二金属镀层140可以依次为钯层、铜层；或钯层、镍层；或钯层、金层；或铜层、镍层；或铜层、金层；或钯层、铜层、金层；或钯层、镍层、金层；或铜层、镍层、金层。

在一些实施例中，本发明实施例中的导电图案，还可包括：覆盖在其表面的封装层150；其中，封装层150可以覆盖在第一金属镀层130上；在另一些实施例中，封装层150也可以覆盖在第二金属镀层150上。

本发明实施例中的封装层150可以选用覆盖膜和/或流体胶等。

在一些实施例中，本发明实施例中的基底110可以选用柔性基底，柔性基底包括柔性不可拉伸材料，以及柔性可拉伸材料；基底110除选用柔性基底之外，也可以选用刚性基底。

本发明实施例中的导电图案适用于rfid电子标签、太阳能电池板、柔性显示屏、触摸屏、fpc柔性电路板、5g天线、滤波器、声膜等领域。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。