一种制备银导电导热图案的方法技术

一种制备银导电、导热图案的方法涉及表面功能化图案领域。本发明专利技术将磁场图案化技术和原位置换反应存在体积加成效应的特点结合，利用磁场图案化的方法将在基材的表面形成磁性粒子的图案层，磁性粒子经过两步原位置换反应制备银的金属图案。本发明专利技术利用磁场图案化的方法操作简单、绿色环保、成本低，而且原位置换反应中存在体积加成效应，可以制备高导电率和导热性的功能性图案层。本发明专利技术在印制电路板领域有很大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面功能化图案领域，尤其涉及一种制备银导电导热图案的方法。
技术介绍
导电图案可以被应用于现代各种电子产品的导电系统中，因此在印制电路板行业具有非常巨大的应用前景。传统的印制电路板导电线路制造工艺是先在铜板上覆光固化成型胶，通过掩膜曝光显影制备图案，然后刻蚀制备铜质电路，在此过程中需要涂布、曝光、显影等多个步骤，并产生大量的溶剂排放及污染液，并且制备工艺复杂、生产周期长、投资大。随着社会的进步和电子信息技术的发展，突破传统的印制电路板制备技术，寻求更加简单、环保、能够有效降低成本的制备方法是该领域的一项核心问题。利用磁场制作图案的方法，在科学研究中已经被广泛的使用。磁场作为一种清洁、高效的工具可以在磁场调制器的作用下，诱导磁性粒子在磁场中形成图案。磁场调制器由高磁导率材料和低磁导率材料组成。如图1所示，当磁场沿竖直方向通过高磁导率材料时，磁场倾向于从材料的内部穿过，导致了竖直方向上高磁导率材料表面附近区域的磁通密度增大，而在水平方向上高磁导率材料表面附近区域的磁通密度减小。同样的，当磁场沿着竖直方向通过低磁导率材料时，磁场倾向于绕过材料从材料的外部穿过，导致了竖直方向上低磁导率材料表面附近区域的磁通密度减小，而在水平方向上低磁导率材料表面附近区域的磁通密度增大。将高磁导率材料和低磁导率材料简单地交替排列，放入磁场中就可以使磁场的磁通密度梯度变化。由高磁导率材料铁箔片(300μm厚)和低磁导率材料铝箔片(300μm厚)交替排列组成的磁场调制器放入一个磁通密度为20mT的匀强磁场中，其在磁场调制器表面竖直方向100μm平面的磁通密度分布如图2所示。若将磁场调制器表面设计特定的图案，图案使用高磁导率的材料制作而成。磁场调制器放入竖直方向磁场中后，将在磁场中出现一个与所设计图案相同的磁通密度梯度变化的区域，如图3所示。若图案使用低磁导率材料制作而成，磁场调制器放入竖直方向的磁场中后，将在磁场中出现一个与所设计图案互补的磁通密度梯度变化的区域，如图4所示。磁性粒子在磁场中主要受到磁场力的作用。\V、Δχ、\μ_0都是常数，可以用(B·▽B)来反应磁场力，磁场力的大小主要和磁场磁通密度的梯度有关。所以磁场中加入的磁性粒子最终都会在磁场力的作用下，沉积到存在磁通密度梯度变化的区域。若图案部分是高磁导率材料，则磁性粒子形成的图案和磁场调制器表面的图案一致；若图案部分是低磁导率材料，则磁性粒子形成的图案和磁场调制器表面的图案为互补图案，如图5所示。在图5中，可见磁通密度分布呈现梯度变化，在高磁导率材料的上表面一定高度范围磁通密度增大，低磁导率材料上表面一定高度范围磁通密度减小。从磁场中不同位置磁性粒子所受到的磁力的分布图可见，在磁通密度的梯度变化大的区域磁力较大，而在磁通密度梯度变化小的区域磁力较小。即在高磁导率材料的上表面一定高度范围内磁性粒子收到的磁场力较小，而在低磁导率材料的上表面一定高度范围内磁性粒子收到的磁场力较大。所以在低磁导率材料表面一定高度范围内的磁性粒子将在磁场力的驱动下向着两边的高磁导率材料区域移动，最终磁性粒子都会沉积在高磁导率材料的表面。在磁场中得到的磁性粒子的图案，是通过磁性粒子在磁场的诱导下沉积到基材上制得的，在图案的内部有很多的空隙，整个图案是疏松多孔的结构。经过原位置换反应之后，磁性粒子的图案置换出的金属铜或银的体积要原图案中磁性粒子的体积大，这些被置换出的金属会填补图案内部的空隙，使整个图案变得更加密实，这样的结构更有利于导电导热。磁场图案化技术已经作为一种简单、环保、高效的图案化方法已经被广泛的应用于科研领域，而原位电化学工艺在日常的生产中应用非常广泛，本专利将两者结合专利技术了一种基于磁性粒子的导电、导热图案的制备方法，与传统导电图案制备工艺相比，本专利技术无需预先制备覆铜膜的基材，大大减少了污染和生产步骤，同时操作简单、环保、能够有效降低成本。
技术实现思路
为了解决现存的技术问题，本专利技术提供了一种操作简单、环保而且可以有效降低成本的一种制备银导电导热图案的方法，包括以下步骤：步骤S1，将表面带有图案的磁场调制器放入磁场中，基材放置在调制器表面，在基材的表面加入磁性粒子的分散体系，磁性粒子在磁场的诱导下形成与磁场调制器表面图案相对应的图案；磁场调制器，其特征在于：包括上表面具有图案凹槽或孔道的主体和填充在图案凹槽或孔道里的填充物质组成；当主体为低磁导率材料时，填充物质为高磁导率材料；当主体为高磁导率材料时，填充物质为低磁导率材料；这里的高低是相对的，即主体和填充物质具有不同的磁导率即可。步骤S2，利用磁性粒子图案和铜盐溶液发生原位置换反应，在其表面形铜的图案层；步骤S3，铜的图案与银盐溶液发生原位置换反应，形成银的导电导热图案。进一步,高磁导率材料为铁、钴、镍、低碳钢、铁系合金、钴系合金、镍系合金、软磁铁氧体、各类软磁合金、各类软磁复合材料或其一种或几种的混合物。进一步,低磁导率物质为低磁导率金属、陶瓷、热固型高分子材料、或(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯类树脂或单体中一种或几种的混合物。优选的，所述的一种基于磁性粒子的导电导热图案的制备方法，其特征在于，所述的磁性粒子为Fe基磁性粒子、Co基磁性粒子、Ni基磁性粒子、合金磁性粒子和铁氧体磁性粒子、四氧化三铁包覆的或包覆四氧化三铁的具有核壳结构磁性的粒子或其混合体系。优选的，磁场调制器放在在磁场中磁通密度介于0.5mT-5T(5Gs)的位置。优选的，磁性粒子的分散体系为磁性粒子分散在液体或气体中而成的分散体系。优选的，所述的金属盐种类为铜盐，其特征在于，铜盐可以为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等中任意一种或几种。优选的，所述的金属盐种类为银盐，其特征银盐可以为硝酸银、银氨溶液等中任意一种或几种。优选的，磁性粒子图案与铜盐溶液原位置换反应的条件为：铜盐浓度大于0.0001mol/L，溶液pH＝1～8，反应时间大于2min。优选的，其特征在于，铜的图案与银盐溶液原位置换反应的条件为：银盐浓度大于0.0001mol/L，溶液pH＝1～8，反应时间大于2min。所制备的银导电、导热图案在制备导热图案、导热板、硬质电路板、柔性电路板或电磁屏蔽电路板上的应用。附图说明图1是高磁导率物质和低磁导率物质对磁场的作用示意图；图2是20mT的匀强磁场中厚度为300μm的铁箔片和铝箔片交替组成的磁场调制器表面上方100μm的磁通密度分布图；图3是在20mT竖直方向匀强磁场中，表面印制电路板图案是高磁导率物质的磁场调制器上方100μm处的磁通密度分布图。图4是在20mT竖直方向匀强磁场中，表面印制电路板图案是低磁导率物质的磁场调制器上方100μm处的磁通密度分布图。图5是磁通密度梯度捕获磁性粒子形成图案的机理图；图6(a)-(f)是本专利技术中一种制备银导电导热图案的方法的实施实例示意图。图7是本专利技术一种制备银导电导热图案的方法所用的表面带有不同图案的磁场调制器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用。上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备银导电、导热图案的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将表面带有图案的磁场调制器放入磁场中，基材放置在调制器表面，在基材的表面加入磁性粒子的分散体系，磁性粒子在磁场的诱导下形成与磁场调制器表面图案相对应的图案；磁场调制器，包括上表面具有图案凹槽或孔道的主体和填充在图案凹槽或孔道里的填充物质；当主体为低磁导率材料时，填充物质为高磁导率材料；当主体为高磁导率材料时，填充物质为低磁导率材料；这里的高低是相对的，即主体和填充物质具有不同的磁导率即可；步骤S2，利用磁性粒子图案和铜盐溶液发生原位置换反应，在其表面形铜的图案层；步骤S3，铜的图案与银盐溶液发生原位置换反应，形成银的导电、导热图案。

【技术特征摘要】
1.一种制备银导电、导热图案的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将表面带有图案的磁场调制器放入磁场中，基材放置在调制器表面，在基材的表面加入磁性粒子的分散体系，磁性粒子在磁场的诱导下形成与磁场调制器表面图案相对应的图案；磁场调制器，包括上表面具有图案凹槽或孔道的主体和填充在图案凹槽或孔道里的填充物质；当主体为低磁导率材料时，填充物质为高磁导率材料；当主体为高磁导率材料时，填充物质为低磁导率材料；这里的高低是相对的，即主体和填充物质具有不同的磁导率即可；步骤S2，利用磁性粒子图案和铜盐溶液发生原位置换反应，在其表面形铜的图案层；步骤S3，铜的图案与银盐溶液发生原位置换反应，形成银的导电、导热图案。2.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述的磁性粒子为Fe基磁性粒子、Co基磁性粒子、Ni基磁性粒子、合金磁性粒子和铁氧体磁性粒子、四氧化三铁包覆的或包覆四氧化三铁的具有核壳结构磁性的粒子或其混合体系。...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓群，胡栋栋，聂俊，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11