CN104205241A - 电导体和制造电导体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电导体(100)，包括：基部基板(102)，所述基部基板具有铜、铜合金、镍或镍合金中的至少一种；和层状结构(104)，所述层状结构被施加到基部基板。层状结构包括箔片(110)和沉积在所述箔片上的石墨烯层(112)，当石墨烯层被沉积在箔片上之后，层状结构被施加到基部基板(102)。

Description

电导体和制造电导体的方法
技术领域
本发明总体涉及一种电导体和制造电导体的方法。
背景技术
电导体具有多种形式，例如接触件、端子、弹簧接触件、针脚、插座、针眼针脚、微动针脚、柔性针脚、电线、编织缆线、迹线、焊盘等等。这些电导体在包括电连接器、缆线、印刷电路板等多种不同类型的产品或装置中使用。用在电导体中的金属对腐蚀、扩散或其它反应敏感，从而限制了所述电导体的使用或需要保护涂层。例如，在使用铜或铜合金电导体时，这些导体易被腐蚀。金层通常作为缓蚀剂被施加到铜。然而，金和铜材料会因扩散受到损害，并通常在铜和金层之间沉积诸如镍的扩散阻挡物。
基底金属的腐蚀对于导体接口和信号完整性是不利的。当前用于防腐的镀覆法通常留有多孔表面，这会造成底层表面的氧化和腐蚀。此外，一些层状结构面临与摩擦、静摩擦、及其它接触力相关的问题，这限制了导体的应用。
一些已知的导体使用石墨烯或碳基结构作为用于导体的阻挡物。然而，将石墨烯施加至导体是有问题的。一种将石墨烯施加至导体的方法包括在化学汽相淀积(CVD)过程中沉积石墨烯。然而，该过程使用非常高的温度。导体经受这种高温会对导体造成破坏。例如，一般的导体使用铜合金，该铜合金的熔点温度在CVD过程所需的温度以下。这种导体经受CVD过程将导致该导体具有晶粒边界、三相点、及其它问题。
需要具有一种克服上述问题及与传统电导体相关联的其它不足的电导体。
发明内容
根据本发明的制造电导体的方法包括：提供基部基板；提供箔片(或箔)；将石墨烯层沉积在箔片上以限定层状结构；以及将该层状结构沉积在基部基板上。
根据本发明的电导体包括：具有铜、铜合金、镍或镍合金中的至少一种的基部基板；和施加到基部基板的层状结构。层状结构包括箔片和沉积在箔片上的石墨烯层。在石墨烯层被沉积在箔片上之后，层状结构被施加到基部基板。
附图说明
现将参照附图以示例的方式说明本发明，其中：
图1为根据一个示例性实施例形成的电导体的一部分的横截面图；
图2显示了用于形成诸如图1所示的电导体的电导体的导体形成系统；以及
图3为显示诸如图1所示的电导体的电导体的示例性制造方法。
具体实施方式
图1为根据一个示例性实施例形成的电导体100的一部分的横截面图。电导体100可以是诸如接触件、端子、弹簧接触件、插座、针眼针脚、微动针脚、柔性针脚、导线、编织缆线、迹线、焊盘等等的任何类型的电导体。电导体100可以形成电连接器、缆线、印刷电路板等等的一部分。
在一种示例性实施例中，电导体100为多层结构，该多层结构具有一起限定工件105的基部基板102和层状结构104。可选地，层状结构104可以被施加至基部基板102两侧以形成工件。工件105被处理以形成导体100。例如，工件105可以被镀覆、冲压成形等等。层状结构(一层或多层)104可以是位于电导体100的外表面处的表层结构104。
层状结构104提供在基部基板102上的抗腐蚀导电层。在示例性实施例中，层状结构104包括导电箔片层110(以下可以被称为导电箔片110或仅被称为箔片110)、石墨烯层112和导电表层114。在一些实施例中，层状结构104可以仅包括箔片110和石墨烯层，而不具有表层114。箔片110可以为条带或其它原料金属部件。箔片110可以是铜或铜合金、镍或镍合金或其它适当的金属。箔片110用于支撑石墨烯层112，例如用于在随后的过程期间被施加至基部基板102。石墨烯层112包括石墨烯沉积或其它碳基阻挡物以抑制腐蚀和/或增强电导体100的诸如摩擦系数、导电性等等的其它特性。表层114为非碳基层(一层或多层)，例如诸如金、银、锡、钯、镍、钯-镍、铂等等的金属镀覆。表层114可以用于抑制腐蚀或增强电导体100的诸如耐磨性、摩擦系数等等的其它特性。
与基部基板102相比，层状结构104通常为较薄层。层状结构104可以通过诸如包层、层压、黏着、粘结或其它适当处理的任何已知的方法沉积在基部基板102上。可选地，层状结构104可以直接沉积在基部基板102上。可选地，可以在层状结构104和基部基板102之间设置一个或更多个其它层。在一种示例性实施例中，石墨烯层112被沉积在箔片110上，以限定在不同过程期间施加到基部基板102的层状结构104。表层114可以在层状结构104被施加到基部基板102之后被施加至层状结构104。
基部基板102可以为多层结构。在图示的实施例中，基部基板102包括基部106和沉积在基部106上的阻挡物108。可选地，基部106和/或阻挡物108可以为多层结构。层状结构104和基部基板102一起限定堆积层。基部基板102可以仅包括基部106而不具有阻挡物108，且层状结构104与阻挡物108相对被直接施加至基部106。
在一种示例性实施例中，基部106能够导电并包括诸如铜或铜合金的金属化合物。用于基部106的其它金属化合物可以包括镍、镍合金、钢、合金钢、铝、铝合金、钯-镍、锡、锡合金、钴、碳、石墨、石墨烯、碳基结构、或任何其它导电材料。阻挡物108能够导电并包括诸如镍或镍合金的金属化合物。用于阻挡物108的其它金属化合物包括诸如铜、金、银、钴、钨、铂、钯、或这些的合金的其它金属或导电材料。阻挡物108例如在使用具有扩散问题的铜和金或其它金属化合物时可以在基部106和层状结构104之间提供扩散阻挡物。阻挡物108提供用于施加层状结构104的机械支持，层状结构可以相对较薄，从而改善其耐磨性。如果层状结构104中存在孔隙和腐蚀问题，则阻挡物108可以减小孔隙和腐蚀问题的影响。阻挡物108可以通过诸如镀覆的任何已知方法沉积在基部106上。可选地，阻挡物108可以直接沉积在底层基部106上。可选地，诸如石墨烯层的一个或更多个其它层可以设置在阻挡物108和基部106之间。
在示例性实施例中，石墨烯层112用于抑制腐蚀。石墨烯层112能够导电。石墨烯层112被沉积在箔片110上。在示例性实施例中，石墨烯层112在箔片110的暴露部分上生长。例如，箔片110被处理，从而在箔片110(或在箔片110上的选择位置中)的一个或更多个表面上生长石墨烯层112。石墨烯层112可以覆盖箔片110的整个上表面。
在示例性实施例中，石墨烯层112可以在诸如气态甲烷的有机化合物的情况下、在诸如大约800℃或更高的高温下在化学汽相淀积(CVD)处理期间形成。沉积机理还可以包括电子束、微波、或在蒸汽空气中的其它处理。诸如激光沉积、等离子沉积或其它技术或处理的其它方法可以用于沉积石墨烯层112。可选地，石墨烯层112在箔片110上可以为1原子层厚。可选地，石墨烯层112可以更厚。石墨烯层112提供耐腐蚀性。
石墨烯层112可以仅沉积在箔片110的暴露部分上。例如，箔片110的金属化合物可以用作CVD处理(或其它处理)期间的催化剂，从而在与箔片110的交界面处促进石墨烯生长。可选地，CVD处理可以被控制以诸如通过利用适当的有机前驱体(precursor)和在适当温度下进行处理促进石墨烯在该交界面产生，从而基于箔片110的化学成分(例如金属或金属合金)增强石墨烯生长。例如，与其它金属相比，使用的有机化合物或气体前驱体的类型、使用的气体前驱体的压力、气体前驱体的流量、处理的温度、或其它因素可以促进石墨烯在一种金属上的生长。
石墨烯层112通过在基部106和环境之间提供阻挡物来用作用于电导体100的腐蚀阻挡物以防止氧原子与基部106的金属化合物的相互作用。石墨烯层112可以用作扩散阻挡物以防止基部106和表层114之间的扩散。可选地，石墨烯层112可以代替阻挡物108用作基部106和表层114之间的扩散阻挡物。
可选地，石墨烯层112可以是电导体100的最外层。石墨烯层112可以减小电导体100的最外层表面上的摩擦，这可以使电导体100更容易配合。石墨烯层112可以减小层状结构104的静摩擦。静摩擦的减少允许在先前提及的具有静摩擦和/或冷焊问题的诸如最外层为金层的电导体的不适用电导体100的现场或装置中使用电导体100。例如，在微型机电系统(MEMS)开关中，当电导体的最外层为金层时静摩擦成为问题。
在先前处理中使石墨烯层以及沉积在箔片上允许在不需要使基部基板受到与将石墨烯层沉积在箔片上相关的高温的情况下制造电导体。例如，基部基板可以由铜合金制成，该铜合金具有与在箔片上有效促进石墨烯生长所需的温度相似或低于该温度的熔化温度。相对于基部基板，仅使箔片传送通过沉积石墨烯的涂布台或其它阶段由于例如减小了在基部基板中形成晶粒边界、三相点或孔隙的风险而使电导体100得到益处。此外，由于不需要通过涂布台来处理基部基板，因此即使基部基板通过涂布台，涂布台也可以在较高温度下操作。
在示例性实施例中，箔片由相对于基部基板具有更高熔化温度的材料制成。相对于基部基板，箔片可以经受更高温度而不破坏其结构。相对于适用于石墨烯生长和/或沉积的温度，箔片可以由具有更高熔化温度的材料制成。除了不同的熔点温度，基部基板可以具有与箔片不同的特性，使得与使用与箔片相同材料的基部基板或使用具有足够高的熔点温度以经受涂层阶段和石墨烯生长的材料的基部基板相对比，这种基部基板的使用是理想的。例如，基部基板可以相对于箔片的材料具有更好的弹簧特性。基部基板可以相对于箔片的材料更坚固或更坚韧。基部基板可以相对于箔片的材料具有更精细颗粒。基部基板可以相对于箔片的材料具有更低的成本。基部基板可以相对于箔片的材料具有更易延展或更好的成形特性。基部基板可以相对于箔片的材料具有更好的导电率。其它特性对于具有更低熔点温度的特殊基部基板的选择可以是重要的。将箔片上生长石墨烯与基部基板分离允许石墨烯沉积和/或生长适应于施加。
图2显示用于形成诸如电导体100的电导体的导体形成系统150。系统150包括对材料执行操作或动作以形成电导体100的多个阶段。在图示的实施例中，系统150是使诸如材料带或卷的产品顺序供给通过所述阶段以处理材料从而形成电导体100的线性系统。例如，产品可以连续地供应到所述阶段以用于进行处理。在示例性实施例中，系统150为卷绕系统，该卷绕系统从卷盘卷绕和/或退卷材料以通过系统150逐步地处理电导体100。
系统150包括条带卷盘154，箔片110以条带的形式卷绕在该条带卷盘上。通过系统150，箔片110从条带卷盘154被连续地展开并被拉动。导电箔片110用于形成箔片110(图1所示)。铜箔片的宽度可以取决于电导体100的宽度和形状，所述导电体可以被冲压、弯曲或成形以形成最终产品。
系统150包括涂布台156。涂布台156将石墨烯层112施加至导电箔片110。离开涂布台156的产品限定层状结构104。石墨烯层112可以以诸如通过CVD处理的适当方式被施加。当箔片110通过涂布台156时，石墨烯层112可以生长在箔片110上。石墨烯层112可以通过不同于涂布的其它一种或多种涂布处理被施加。
传送装置158用于使层状结构104前进通过系统150。可选地，传送装置158可以是一个或更多个卷盘，其中层状结构104被卷绕在该卷盘上和/或从该卷盘上被退卷。传送装置158可以是诸如传送带或辊的输送机。箔片110用于支撑石墨烯层112以使石墨烯层112前进通过系统150。石墨烯层112保持被施加至箔片110并且箔片110粘附至基板102并形式最终产品的一部分。可选地，箔片110可以随后从层状结构104移除以允许石墨烯层112直接粘附至基板102。
层状结构104被逐步地传送通过基板施加台170。基板102被设置在基板卷盘171上。基板102从卷盘被退卷并被逐步提供至基板施加台70以将基板102粘附至层状结构104。在可选实施例中，基板102可以通过卷盘以外的装置前进。一旦层状结构104被粘附至基板102，层状结构104可以前进通过基板102上的系统150。
在基板施加台170，层状结构104被施加至基板102。层状结构104可以通过包覆箔片110和基板102而被施加至基板102。层状结构104可以通过诸如压力结合、轧制、冷焊、激光结合、焊接、或其它处理被施加到基板102。
产品通过可以处理电导体100的处理台172以例如增强电导体100的特定特性。例如，处理台172可以包括镀覆子台，在该镀覆子台，层状结构104被镀覆有表层114。处理台172可以包括电导体100被形成和/或被切割的冲压子台。处理台172可以包括电导体100被弯曲和形成为最终形状的成形子台。
图3为显示诸如电导体100的电导体的示例性制造方法的流程图。该方法包括提供诸如箔片110的箔片的步骤200。箔片可以是铜或铜合金层。
该方法包括步骤202：在箔片上形成诸如石墨烯层112的石墨烯层，以形成层状结构。石墨烯层可以通过CVD处理或其它处理形成。石墨烯层可以完全覆盖箔片或可以选择性地覆盖箔片的一部分。石墨烯层可以通过在箔片上生长或沉积一个或更多个石墨烯层而形成。箔片的金属可以用作催化剂以促进石墨烯在箔片上的选择性生长。
该方法包括步骤204：提供诸如基部基板102的基部基板。基部基板可以是层状结构。基部基板可以包括基部和诸如通过镀覆沉积在基部上的阻挡物。
该方法包括步骤206：在基部基板上沉积诸如层状结构104的层状结构。层状结构可以直接沉积在基部基板上。例如，箔片可以被包覆或以其它方式被连接至基部基板。在预先处理时已经将石墨烯层沉积在箔片上允许在不需要使基部基板受到与将石墨烯沉积在箔片上相关的高温的情况下制造电导体。

Claims (10)

1.一种电导体(100)，包括：
基部基板(102)，所述基部基板具有铜、铜合金、镍或镍合金中的至少一种；
层状结构(104)，所述层状结构被施加到所述基部基板，所述层状结构包括箔片(110)和沉积在所述箔片上的石墨烯层(112)，在所述石墨烯层被沉积在箔片上之后，所述层状结构被施加到所述基部基板。
2.根据权利要求1所述的电导体(100)，其中所述石墨烯层(112)被直接沉积在所述箔片(110)上。
3.根据权利要求1所述的电导体(100)，其中所述箔片(110)被直接沉积在所述基部基板(102)上。
4.根据权利要求1所述的电导体(100)，其中所述箔片(110)被包覆到所述基部基板(102)。
5.根据权利要求1所述的电导体(100)，其中所述箔片(110)通过压力结合、压力轧制、冷焊、激光结合、和焊接中的至少一种结合至所述基部基板。
6.根据权利要求1所述的电导体(100)，还包括在所述石墨烯层(112)上且与箔片(110)相对的表层。
7.根据权利要求1所述的电导体(100)，还包括镀覆到所述石墨烯层(112)上且与箔片(110)相对的表层(114)。
8.根据权利要求1所述的电导体(100)，其中在层状结构被沉积在基部基板上之后，所述基部基板(102)和层状结构(104)被冲压成形。
9.根据权利要求1所述的电导体(100)，其中所述基部基板(102)包括基部(106)和阻挡物(108)，所述层状结构(104)沉积在所述阻挡物上。
10.根据权利要求1所述的电导体(100)，其中所述石墨烯层(112)利用有机化合物前驱体和具有足够温度的热量被CVD沉积在箔片(110)的一个或更多个表面上，以促进石墨烯在包括箔片的金属化合物上的生长，在箔片被沉积在所述基部基板(102)之前沉积所述石墨烯层。
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