CN106688048A - 用于形成导电图案的组合物和具有导电图案的树脂结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于形成导电图案的组合物和一种具有导电图案的树脂结构，能够利用简单的工艺在各种聚合物树脂产品或树脂层上形成导电微型图案并且表现出优异的散热特性。所述用于形成导电图案的组合物包含：聚合物树脂；由特定的化学式表示的非导电金属化合物；以及散热材料，其中，通过电磁波辐射由所述非导电金属化合物形成金属核。

Description

用于形成导电图案的组合物和具有导电图案的树脂结构
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年9月17日提交的韩国专利申请No.10-2014-0123893和于2015年9月16日提交的韩国专利申请No.10-2015-0130982的优先权，这两项申请的公开内容通过引用的方式全部并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于形成导电图案的组合物和具有导电图案的树脂结构，能够利用简单的工艺在各种聚合物树脂产品或树脂层上形成精细导电图案，并且表现出优异的散热特性。
背景技术
随着微电子技术近来的发展，对在聚合物树脂基底(或产品)如各种树脂产品或树脂层的表面上形成有精细导电图案的结构的需求增加。在聚合物树脂基底的表面上的导电图案可以用于形成各种物品，如集成至电子设备外壳的天线、各种传感器、MEMS结构、RFID标签或各种电路基板等。
如上所述，随着对在聚合物树脂基底的表面上形成导电图案技术的兴趣提高，提出了关于它的数项技术。然而，还未提出能够更有效地应用这些技术的方法。
例如，根据先前已知的技术，可以考虑通过在聚合物树脂基底的表面上形成金属层然后进行光刻来形成导电图案的方法，或者通过印制导电胶来形成导电图案的方法等。然而，当根据这些技术形成导电图案时，劣势在于所需的工艺或设备变得太复杂，或者难以形成优异的精细导电图案。
因此，需要不断开发一种能够利用简单的工艺在聚合物树脂基底的表面上更有效地形成精细导电图案的技术。
另一方面，各种电气/电子产品和汽车零部件存在由于元件的高度集成、采用发热元件等导致导电电路板的温度升高的问题，这使整体性能劣化并且降低安全性和使用寿命。因此，为了解决这些问题，各种电气/电子产品和汽车零部件基本上采用高度散热结构。然而，这跟不上近来电子设备小型化和轻量化的趋势，并且由于散热板(如通常使用的金属铝)而使制造工艺复杂。因此，需要开发一种用于实现轻量化和小型化，同时表现出电子设备本身的现有功能的技术。
在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增加对本发明的背景的理解，因此，可以包括对本领域普通技术人员来说不构成国内已知的现有技术的信息。
发明内容
技术问题
本发明试图提供一种用于形成导电图案的组合物，该组合物具有如下优点：利用简单的工艺在各种聚合物树脂产品或树脂层上形成精细导电图案，并且表现出优异的散热特性。
此外，本发明试图提供一种具有导电图案的树脂结构，所述导电图案由所述用于形成导电图案的组合物通过形成导电图案的方法形成。
技术方案
本发明的一个示例性实施方案提供一种通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，包含：聚合物树脂；包括选自由下面的化学式1至4表示的磷酸盐中的至少一种磷酸盐的非导电金属化合物；以及碳化物、碳系材料、氮化物系材料、金属氧化物或它们的混合物，作为散热材料，其中，通过电磁波辐射由所述非导电金属化合物形成金属核：
[化学式1]
AxB2P3O12
[化学式2]
Cu3-yM1 yP2O8
[化学式3]
Cu2-zM2 zP2O7
[化学式4]
Cu4P2O9
在化学式1中，x是0.5至1的有理数，A是选自Li、Na、Cu、Ag和Au中的至少一种金属，B是选自Sn、Ti、Zn和Hf中的至少一种金属，
在化学式2中，y是0至小于3的有理数，M1是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zn、Nb、Mo、Tc、Pd、Ag、Ta、W、Pt和Au中的至少一种金属，
在化学式3中，z是0至小于2的有理数，M2是选自Zn、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种金属。
作为由化学式1表示的磷酸盐的一个实例，可以使用具有空间群的三方晶系结构的磷酸盐。此外，作为由化学式1表示的磷酸盐的另一实例，可以使用具有空间群的三斜晶系结构或者Cc或C2/c空间群的单斜晶系结构的磷酸盐。
同时，作为由化学式2表示的磷酸盐，可以使用具有空间群的三斜晶系结构的磷酸盐。作为由化学式3表示的磷酸盐，可以使用包括Cu或M2被五个氧原子包围的扭曲的方形锥体形状的结构；或者Cu或M被六个氧原子包围的扭曲的八面体形状的结构的磷酸盐。作为由化学式4表示的磷酸盐，可以使用具有空间群的三斜晶系结构或Pnma空间群的斜方晶系结构的磷酸盐。
非导电金属化合物的平均粒径可以为0.1至6μm。
同时，散热材料可以包括碳化硅作为碳化物；碳黑、碳纳米管、石墨、石墨烯或它们的混合物作为碳系材料；氮化硼、氮化硅、氮化铝或它们的混合物作为氮化物系材料；或者氧化镁、氧化铝、氧化铍、氧化锌或它们的混合物作为金属氧化物。
在根据本发明的一个实施方案的用于形成导电图案的组合物中，聚合物树脂可以包括热固性树脂或热塑性树脂。作为一个实例，聚合物树脂可以包括选自丙烯腈聚丁二烯苯乙烯(ABS)树脂、聚对苯二甲酸亚烷基酯树脂、聚酰胺树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂和聚邻苯二甲酰胺树脂中的至少一种。
另外，基于整个组合物，根据一个实施方案的用于形成导电图案的组合物可以包含0.1至10重量％的非导电金属化合物、1至50重量％的散热材料和剩余含量的聚合物树脂。
另外，根据一个实施方案的用于形成导电图案的组合物还可以包含选自阻燃剂、热稳定剂、紫外(UV)稳定剂、润滑剂、抗氧化剂、无机填料、着色剂、抗冲增强剂和功能增强剂中的至少一种添加剂。
另一方面，本发明的另一示例性实施方案提供一种具有导电图案的树脂结构，包括：聚合物树脂基底；分散在所述聚合物树脂基底中的非导电金属化合物，该非导电金属化合物包括选自由下面的化学式1至4表示的磷酸盐中的至少一种磷酸盐；碳化物、碳系材料、氮化物系材料、金属氧化物或它们的混合物，作为分散在所述聚合物树脂基底中的散热材料；含有金属核的粘附-活化表面，所述金属核暴露于所述聚合物树脂基底的预定区域的表面上；以及在所述粘附-活化表面上形成的导电金属层：
[化学式1]
AxB2P3O12
[化学式2]
Cu3-yM1 yP2O8
[化学式3]
Cu2-zM2 zP2O7
[化学式4]
Cu4P2O9
在化学式1中，x是0.5至1的有理数，A是选自Li、Na、Cu、Ag和Au中的至少一种金属，B是选自Sn、Ti、Zn和Hf中的至少一种金属，
在化学式2中，y是0至小于3的有理数，M1是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zn、Nb、Mo、Tc、Pd、Ag、Ta、W、Pt和Au中的至少一种金属，
在化学式3中，z是0至小于2的有理数，M2是选自Zn、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种金属。
在根据另一实施方案的树脂结构中，形成粘附-活化表面和导电金属层的预定区域可以对应于聚合物树脂基底辐射电磁波的区域。
有益效果
根据本发明，可以提供用于形成导电图案的组合物和具有由所述组合物形成的导电图案的树脂结构，所述组合物能够利用非常简单的电磁波(如激光等)辐射的工艺在各种聚合物树脂基底如聚合物树脂产品、树脂层等上形成精细导电图案。
特别地，当使用所述用于形成导电图案的组合物时，可以模塑为集成有散热结构的树脂结构，可以容易地在这种树脂结构上形成良好的导电图案，同时更有效地满足本领域实现各种颜色的树脂结构(各种聚合物树脂产品或树脂层等)的需求。
因此，所述用于形成导电图案的组合物等可以用于在各种树脂产品，如电气/电子产品、汽车零部件等、RFID标签、各种传感器、MEMS结构等上非常有效地形成导电电路图案。
附图说明
图1示例性地示出了根据一个实施方案的用于形成导电图案的组合物中包含的由化学式1表示的磷酸盐的一个实例的钠超离子导体(nasicon)空间结构；
图2示例性地示出了根据另一实施方案的用于形成导电图案的组合物中包含的由化学式1表示的磷酸盐的属于空间群的三斜晶系结构的空间结构；
图3示例性地示出了根据又一实施方案的用于形成导电图案的组合物中包含的由化学式2表示的磷酸盐的属于空间群的三斜晶系结构的空间结构；
图4是示出根据一个实施方案的由化学式2表示的磷酸盐的吸光度随波长(nm)的变化的图。根据Kubelka-Munk等式，通过(1-R％*0.01)2/(2R％*0.01)计算吸光度，R％是漫反射率，可以通过UV-可见光谱测量；
图5示例性地示出了根据又一实施方案的用于形成导电图案的组合物中包含的由化学式3表示的磷酸盐中Cu2P2O7的空间结构；
图6示例性地示出了根据又一实施方案的用于形成导电图案的组合物中包含的由化学式4表示的磷酸盐的属于空间群的空间结构；
图7示例性地示出了根据又一实施方案的用于形成导电图案的组合物中包含的由化学式4表示的磷酸盐的属于Pnma空间群的空间结构；
图8示例性地示出了常规电子元件基板的结构；
图9示例性地示出了使用根据本发明的一个实施方案的用于形成导电图案的组合物制备的电子元件基板的结构；
图10是简要地示出使用根据本发明的一个实施方案的用于形成导电图案的组合物形成导电图案的方法的一个实例的各个工艺步骤的视图。
具体实施方式
下文中，描述根据本发明的一个具体实施方案的用于形成导电图案的组合物，以及具有由所述组合物形成的导电图案的树脂结构等。
根据本发明的一个实施方案，提供一种通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，包含：聚合物树脂；包括选自由下面的化学式1至4表示的磷酸盐中的至少一种磷酸盐的非导电金属化合物；以及碳化物、碳系材料、氮化物系材料、金属氧化物或它们的混合物，作为散热材料，其中，所述非导电金属化合物通过电磁波辐射形成金属核。
[化学式1]
AxB2P3O12
[化学式2]
Cu3-yM1 yP2O8
[化学式3]
Cu2-zM2 zP2O7
[化学式4]
Cu4P2O9
在化学式1中，x是0.5至1的有理数，A是选自Li、Na、Cu、Ag和Au中的至少一种金属，B是选自Sn、Ti、Zn和Hf中的至少一种金属，
在化学式2中，y是0至小于3的有理数，M1是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zn、Nb、Mo、Tc、Pd、Ag、Ta、W、Pt和Au中的至少一种金属，
在化学式3中，z是0至小于2的有理数，M2是选自Zn、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种金属。
当包含非导电金属化合物的用于形成导电图案的组合物用于模塑成聚合物树脂产品或树脂层，并且用电磁波如激光等辐射时，可以由非导电金属化合物形成金属核。金属核可以选择性地暴露在经电磁波辐射的预定区域中，以在聚合物树脂基底的表面上形成粘附-活化表面。然后，当金属核等用作种子，并且用包含导电金属离子等的电镀液进行化学镀时，可以在含有金属核的粘附-活化表面上形成导电金属层。通过这种工艺，可以仅在聚合物树脂基底经电磁波辐射的预定区域上选择性地形成导电金属层，即精细导电图案。
特别地，可以形成金属核和粘附-活化表面，从而通过电磁波辐射形成更优异的导电图案的主要因素之一可以是一个实施方案的组合物中包含的非导电金属化合物的特定的空间结构。下文中，详细地描述可以用作根据一个实施方案的非导电金属化合物的磷酸盐的空间结构，以及取决于这种结构特性的光学特性。
由化学式1表示的磷酸盐可以根据在PO4四面体和BO6八面体在共享氧的同时三维连接的基本结构中金属A的位置而具有多种晶体结构的空间群。
作为一个实例，化学式1的x为1的磷酸盐可以具有空间群的三方晶系结构(钠超离子导体空间结构)，如图1中所示。
参照图1，在具有钠超离子导体结构的磷酸盐中，BO6八面体和PO4四面体在共享氧的同时三维连接(即，形成整个钠超离子导体结构的三维空间结构骨架)，并且可以具有金属A或其离子位于由八面体和四面体的晶格排列所形成的通道中的空间结构。
更具体地，在钠超离子导体空间结构中，在沿晶格的c轴方向上被六个氧包围的位置中可以形成通道，并且该位置可以被金属A或离子部分地填充。因此，即使在空间结构中任意晶格的限制下，金属A也可以自由存在，因此，预期当具有所述空间结构的非导电金属化合物暴露在特定波长的电磁波刺激下时，金属A或离子可以容易地由物质分离。在一个具体的实例中，证实当非导电金属化合物如CuSn2(PO4)3暴露于电磁波如激光等时，即使其本质上具有化学稳定性，但是Cu或Cu1+可以容易地分离以形成金属核，并且可以预期，金属核的形成由上述钠超离子导体空间结构的特定三维结构引起。
另一方面，具有钠超离子导体空间结构的由化学式1表示的磷酸盐可以通过相变而具有空间群的三斜晶系结构或者Cc或C2/c空间群的单斜晶系结构，所述结构示于图2中。
当结构中由两个PO4四面体和四个BO6八面体形成的通道的中心为0 0 0时，如果将晶体结构的对称降低至C2/c，则所述位点会变为并且元素A可以在共享四个氧的同时位于该位点上。然而，元素A并不存在于这些位点的全部，而是可以仅存在于一部分位点中。
另外，当晶体结构是Cc时，2重对称性消失的位点可以是能够共享两个氧的M1位点，并且位点可以是共享四个氧(如C2/c的情况中)的M2位点。此外，在大多数结构中，元素A仅位于M2位点的一部分。此外，当元素A是诸如Cu的过渡金属元素时，氧化数可以从一价变为二价。因此，在化学式1中，x的值为0.5至1。
由化学式1表示的磷酸盐的晶体结构可以根据相变和磷酸盐中包含的金属的种类来确定，所述相变取决于磷酸盐合成过程中的烧制温度。
通常，当在约1000℃以上的较高温度下进行烧制工艺以合成由化学式1表示的磷酸盐时，可以得到具有空间群的三方晶系结构(为稳定相)的非导电金属化合物。
另一方面，当在约1000℃以下的较低温度下进行烧制工艺以合成由化学式1表示的磷酸盐时，可以得到属于空间群的三斜晶系结构的由化学式1表示的磷酸盐，或者属于Cc或C2/c空间群的单斜晶系结构(其对称性比三方晶系结构的对称性低)的由化学式1表示的非导电金属化合物。
然而，即使当采用较低温度烧制时，也可以合成部分地具有空间群的三方晶系结构的非导电金属化合物，或者当采用较高温度烧制时，可以合成部分地具有空间群的三斜晶系结构或者Cc或C2/c空间群的单斜晶系结构的非导电金属化合物。
与具有上述钠超离子导体结构的由化学式1表示的磷酸盐类似，当使用包含具有空间群、Cc或C2/c空间群的由化学式1表示的磷酸盐的用于形成导电图案的组合物来模塑成聚合物树脂产品或树脂层，然后用诸如激光等电磁波辐射预定区域时，可以由具有上述结构的磷酸盐形成金属核。具有空间群、Cc或C2/c空间群的由化学式1表示的磷酸盐在常规环境下化学稳定。然而，在经特定波长的电磁波辐射的区域中，存在于位点A中的金属或其离子可以容易地与物质分离。因此，通过电磁波辐射可以更容易地形成金属核。
接着，由化学式2表示的磷酸盐可以具有7种晶系中对称性最小的三斜晶系结构。在三斜晶系结构中，不仅构成单位晶胞的三个向量的长度不同(a≠b≠c)，而且向量形成的角度也不同且不垂直(α≠β≠γ≠90)。此外，由化学式2表示的磷酸盐可以包含在空间群中。图3示例性地示出了非导电金属化合物的三斜晶系结构。
参照图3，具有三斜晶系结构的非导电金属化合物中的Cu和M1可以位于两个位置。具体地，非导电金属化合物可以位于M1位置，一个Cu或M1由四个氧配位以形成方形平面的局部对称；以及位于M2位置，一个Cu或M1由五个氧配位以形成三角双锥体的局部对称。此外，非导电金属化合物可以包含一个P由四个氧配位以形成局部对称的PO4四面体。形成局部对称的位点可以在共享氧的同时三维连接以形成如图3中所示的三斜晶系结构。具体地，如图3所示，非导电金属化合物可以具有方形平面CuO4或MO4；三角双锥体CuO5或MO5；以及四面体PO4在共享氧的同时三维连接的空间结构。
另外，如图4(横轴：波长(nm)，纵轴：吸光度)所示，由化学式2表示的磷酸盐在可见光区域(约300nm至700nm)具有较低的吸光度，并且在近红外区域至红外区域(约700nm至3,000nm)具有较高的吸光度。磷酸盐在近红外区域的较强吸收由CuO5形成的三角双锥体的局部对称引起。第一个原因是，由于存在于三角双锥体中心的Cu2+位于非中心对称位置，因此，在Cu2+的d轨道中发生Laporte容许跃迁。第二个原因是，由这种晶体结构引起的能级之间的跃迁包括少量的可见光区域(约300nm至700nm)和大量的近红外区域至红外区域(约700nm至3000nm)。因此，非导电金属化合物在可见光区域具有较低的吸光度，在近红外区域至红外区域具有较高的吸光度，从而具有明亮的颜色，并且对近红外波长的电磁波的刺激有很好的响应，因此，可以容易地形成金属核。
接着，描述由化学式3表示的磷酸盐的空间结构和光学特性。通常，含有过渡金属的化合物的光学特性与d轨道能级有关。当过渡金属以自由原子存在时，过渡金属的所有d轨道具有相同的能级，但是当存在配体时，根据金属原子与配体之间形成的局部对称性(晶体场理论)，过渡金属的d轨道能级分裂为多个。此处，当过渡金属原子的d轨道不全被电子填充时，低能级的电子会移动至高能级，这称为过渡金属的d-d跃迁。
由于由化学式3表示的磷酸盐包含d轨道的一部分被电子填充的Cu2+，因此，由化学式3表示的磷酸盐可以通过d-d跃迁表现出光学特性。特别地，由化学式3表示的结构所引起的能级之间的跃迁包括少量的可见光区域(约300nm至700nm)和大量的近红外区域至红外区域(约700nm至3000nm)，因此，由化学式3表示的磷酸盐可以在可见光区域(约300nm至700nm)具有较低的吸光度，在近红外区域至红外区域(约700nm至3000nm)具有较高的吸光度。
具体地，可以根据化学式3中的M2来改变Cu或M2的配体数；以及Cu或M2与配体之间形成的结构。
作为一个实例，当x满足0<x<2且M2是选自Ca、Sr和Ba中的至少一种金属；或者化学式3中的x为0时，由化学式3表示的磷酸盐可以包括Cu或M2作为局部对称的中心原子被五个氧原子包围的扭曲的方形椎体形状的结构。图5示例性地示出了Cu2P2O7的结构，其是由化学式3表示的磷酸盐的一个实例。
另外，作为另一实例，当化学式3中的x满足0<x<2且化学式3中的M2是选自Zn和Mg中的至少一种金属时，由化学式3表示的磷酸盐可以包括Cu或M作为局部对称的中心原子被六个氧原子包围的扭曲的八面体形状的结构。
在这种结构中，可以形成Cu2+的d轨道能级来吸收近红外区域的电磁波。因此，由化学式3表示的磷酸盐可以通过近红外区域的电磁波容易地形成金属核。
特别地，存在于扭曲的方形椎体中心的Cu2+位于非中心对称位置，因此，在Cu2+的d轨道中发生Laporte容许跃迁。结果，当化学式3中的x为0时；或者当x满足0<x<2且化学式3中的M2是选自Ca、Sr和Ba中的至少一种金属时，由化学式3表示的磷酸盐在近红外区域表现出较强的吸收带，因此，可以通过近红外区域的电磁波更容易地形成金属核。
接着，描述由化学式4表示的磷酸盐的空间结构。由化学式4表示的磷酸盐可以具有空间群的三斜晶系结构或具有Pnma空间群的斜方晶系结构所包括的空间结构。根据实例Cu4P2O9的空间群结构和Pnma空间群结构分别示例性地示于图6和图7中。
参照图6，化学式4的Cu4P2O9中的铜离子可以位于M1、M2、M3和M4位置，位于M1和M3位置的铜离子可以由五个氧配位以形成五面体的局部对称，位于M2和M4位置的铜离子可以由四个氧配位以形成方形平面的局部对称。此外，P可以与四个氧形成四面体的局部对称。Cu4P2O9可以具有五面体CuO5、方形平面CuO4和四面体PO4在共享氧的同时三维连接的空间结构。这种空间结构可以称为空间群结构。
同时，参照图7，Cu4P2O9中的铜离子可以位于M1、M2和M3位置，并且位于M1、M2和M3位置的铜离子可以由五个氧配位以形成五面体的局部对称。此外，P可以与四个氧一起形成四面体的局部对称。Cu4P2O9可以具有五面体CuO5和四面体PO4在共享氧的同时三维连接的空间结构。这种空间结构可以称为Pnma空间群结构。
如上所述，由化学式4表示的磷酸盐的空间群结构或Pnma空间群结构包括由CuO5形成的五面体的局部对称，其中，局部对称位置是非中心对称位置，因此，位于所述位置的铜离子能够发生Laporte容许跃迁。由Cu4P2O9的这种晶体结构引起的能级之间的跃迁主要发生于近红外区域至红外区域。因此，非导电金属化合物在可见光区域具有较低的吸光度，在近红外区域至红外区域具有较高的吸光度，从而具有明亮的颜色，并且对近红外波长的电磁波敏感地作出响应，因此，可以更好地形成金属核。
由化学式1至4表示的磷酸盐与聚合物树脂具有优异的相容性，并且对用于还原或电镀处理等的溶液也化学稳定，从而具有保持非导电性的特性。因此，在未经电磁波辐射的区域中，非导电金属化合物可以化学稳定地保持均匀地分散在聚合物树脂基底中的状态，从而表现出非导电性。另一方面，在经电磁波辐射的预定区域中，可以通过上述原理由非导电金属化合物容易地形成金属核，因此，可以容易地形成精细导电图案。
因此，当使用一个实施方案的组合物时，可以利用非常简单的辐射电磁波如激光等的工艺在各种聚合物树脂基底如聚合物树脂产品或树脂层等上形成精细导电图案。
另外，根据一个实施方案的组合物中包含的非导电金属化合物表现出明亮的颜色，因此，即使使用相对少量的着色剂，也可以稳定地制备具有各种颜色如白色、灰色等的聚合物树脂产品或树脂层。
作为一个实例，具有尖晶石结构的化合物如CuCrO4等表现出深黑色，因此，包含这种非导电金属化合物的组合物会不适合制备具有多种颜色的聚合物树脂产品或树脂层。另一方面，由化学式1至4表示的磷酸盐具有明亮的颜色，因此，通过使用少量的着色剂就可以更稳定地制备具有各种颜色如白色、灰色等的聚合物树脂产品。因此，当使用具有上述空间结构的由化学式1至4表示的磷酸盐作为非导电金属化合物时，可以更有效地满足本领域在各种聚合物树脂产品等中实现各种颜色的需求。
根据一个实施方案的组合物中包含的非导电金属化合物可以是由化学式1至4表示的磷酸盐的至少一种或两种。其中，CuSn2、Cu3P2O8、Cu2P2O7、Cu4P2O9等可以用于更容易地形成金属核和粘附-活化表面，从而提供具有各种颜色的树脂产品或树脂层，并且与单独使用散热材料的情况相比，通过优异的散热效果确保热稳定性。
根据一个实施方案的组合物中包含的非导电金属化合物的平均粒径可以控制为约0.1至6μm。非导电金属化合物可以表现出与聚合物树脂的优异的相容性，在未经电磁波辐射的区域中表现出非导电性，并且可以仅在经电磁波辐射的区域中选择性地形成金属核，从而均匀地形成精细导电图案。
在根据一个实施方案的组合物中，基于整个组合物，非导电金属化合物的含量可以为约0.1至10重量％。根据所述含量范围，可以较好地表现出通过辐射电磁波在预定区域中形成导电图案的特性，同时适当地保持由所述组合物形成的聚合物树脂产品或树脂层的基本物理性能如机械性能等。
同时，根据一个实施方案的组合物可以包含散热材料来表现出优异的热传导性和热扩散性。因此，当使用根据一个实施方案的组合物时，可以省去诸如散热体或散热层的常规散热结构，从而提供简化的电子产品等。
更具体地，如图8中所示，常规的电子元件基板基本上采用散热器3以防止PCB基板1温度升高。
然而，当根据一个实施方案的组合物用于模塑成覆盖层4形状的常规聚合物树脂产品，并辐射电磁波如激光等，接着进行还原或电镀处理等时，可以提供其上形成有精细导电图案2同时表现出优异的散热特性的电子元件基板5。因此，通过使用根据一个实施方案的组合物，可以使常规的PCB基板1、散热器3和覆盖层4成为整体。
在根据一个实施方案的组合物中，可以包含碳化物、碳系材料、氮化物系材料、金属氧化物或它们的混合物作为散热材料。更具体地，可以包含碳化硅(SiC)等作为碳化物，可以包含碳黑、碳纳米管(CNT)、石墨、石墨烯或它们的混合物等作为碳系材料，可以包含氮化硼(BN)、氮化硅(Si3B4)、氮化铝(AlN)或它们的混合物等作为氮化物系材料，或者可以包含氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)、氧化铍(BeO)、氧化锌(ZnO)或它们的混合物等作为金属氧化物。
这种散热材料与聚合物树脂具有优异的相容性，而对通过对非导电金属化合物辐射电磁波来形成金属核没有影响，从而提供形成有良好的导电图案且具有优异的散热特性的树脂产品或树脂层。
在根据一个实施方案的组合物中，基于整个组合物，散热材料的含量范围可以为约0.1至约50重量％，以表现出所需的散热特性水平。此处，当散热材料是碳化物或碳系材料时，散热材料的含量可以控制为0.1至20重量％以保持绝缘特性。根据所述含量范围，可以较好地表现出预定水平的热扩散性和热传导性，同时适当地保持由所述组合物形成的聚合物树脂产品或树脂层的基本物理性能。
同时，在根据一个实施方案的用于形成导电图案的组合物中，可以使用任何能够形成各种聚合物树脂产品或树脂层的热固性树脂或热塑性树脂作为聚合物树脂而没有特别地限制。特别地，上述非导电金属化合物可以表现出对各种聚合物树脂的优异的相容性和均匀的分散性，而且一个实施方案的组合物可以包含各种聚合物树脂，并且可以被模塑成各种树脂产品或树脂层。聚合物树脂的具体实例可以包括丙烯腈聚丁二烯苯乙烯(ABS)树脂、诸如聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的聚对苯二甲酸亚烷基酯树脂、聚酰胺树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂和聚邻苯二甲酰胺树脂等，也可以包括各种其它聚合物树脂。
另外，在用于形成导电图案的组合物中，非导电金属化合物基于整个组合物的含量可以为约0.1至10重量％，并且散热材料基于整个组合物的含量可以为约1至50重量％，其余含量可以为聚合物树脂。此处，当散热材料是碳化物和/或碳系材料时，基于整个组合物，散热材料的含量可以为约1至20重量％，并且其余含量可以为聚合物树脂。
根据所述含量范围，可以较好地表现出通过辐射电磁波在预定区域形成导电图案的特性以及散热特性，同时适当地保持由所述组合物形成的聚合物树脂产品或树脂层的基本物理性能如机械性能等。
另外，除了上述聚合物树脂和预定的非导电金属化合物以及散热材料之外，用于形成导电图案的组合物还可以包含选自阻燃剂、热稳定剂、紫外(UV)稳定剂、润滑剂、抗氧化剂、无机填料、着色剂、抗冲增强剂和功能增强剂中的至少一种添加剂。通过添加所述添加剂，可以适当地提高由一个实施方案的组合物得到的树脂结构的物理性能。在添加剂中，着色剂(如颜料等)的含量可以为约0.1至10重量％或约1至10重量％来为树脂结构提供所需的颜色。
着色剂(如颜料等)的典型实例包括白色颜料如ZnO、ZnS、滑石、TiO2、SnO2和BaSO4等。也可以使用先前已知的可用于聚合物树脂组合物的其它着色剂，如各种种类和颜色的颜料。
阻燃剂可以包括磷系阻燃剂和无机阻燃剂。更具体地，磷系阻燃剂可以包括磷酸酯类阻燃剂，如磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三二甲苯酯(TXP)、磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸三异丙苯酯(REOFOS)等；芳香族聚磷酸酯类阻燃剂；聚磷酸酯类阻燃剂；或红磷类阻燃剂等，并且也可以使用已知可用于树脂组合物的各种其它磷系阻燃剂而没有特别地限制。此外，无机阻燃剂可以包括氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、氧化钼(MoO3)、过氧化钼盐(Mo2O7 2-)、钙-锌-钼酸盐、三氧化锑(Sb2O3)、五氧化锑(Sb2O5)等。然而，无机阻燃剂的实例不限于此，可以使用已知可用于其它树脂组合物的各种无机阻燃剂而没有特别地限制。
另外，抗冲增强剂等的含量可以为约1至12重量％，并且热稳定剂、UV稳定剂、润滑剂或抗氧化剂等的含量可以为约0.05至5重量％，从而适当地在树脂结构中呈现所需的物理性能。
同时，下面具体地描述使用上述根据一个实施方案的用于形成导电图案的组合物，通过直接电磁波辐射在聚合物树脂基底如树脂产品或树脂层等上形成导电图案的方法。所述形成导电图案的方法可以包括：将上述用于形成导电图案的组合物模塑成树脂产品或将所述组合物涂覆至另一产品以形成树脂层；向所述树脂产品或树脂层的预定区域辐射电磁波以由非导电金属化合物粒子产生金属核；以及对产生金属核的区域进行化学还原或电镀以形成导电金属层。
下面参照附图描述形成导电图案的方法的各个步骤。作为参考，在图10中，以简化的方式示出了形成导电图案的方法的一个实例的各个工艺步骤。
在形成导电图案的方法中，首先，可以将上述用于形成导电图案的组合物模塑成树脂产品或涂覆至另一产品以形成树脂层。在树脂产品的模塑或树脂层的形成中，可以采用使用聚合物树脂组合物模塑产品的常规方法或形成树脂层的常规方法而没有特别地限制。例如，在使用组合物模塑成树脂产品时，可以挤出用于形成导电图案的组合物，冷却，然后形成球或颗粒形状，并注射成型为所需的形状来制备各种聚合物树脂产品。
通过上述方法形成的聚合物树脂产品或树脂层可以具有特定的非导电金属化合物和散热材料均匀地分散在由聚合物树脂形成的树脂基底上的形式。特别地，由于由化学式1至4表示的磷酸盐对于各种聚合物树脂具有优异的相容性和化学稳定性，因此所述磷酸盐可以均匀地分散在树脂基底的整个区域上并且可以保持非导电状态。
在形成聚合物树脂产品或树脂层之后，如图10的第一幅图所示，可以向欲形成导电图案的树脂产品或树脂层的预定区域上辐射电磁波如激光等。通过电磁波辐射，可以容易地由非导电金属化合物生成金属核(见图10的第二幅图)。
更具体地，当通过辐射电磁波生成金属核时，非导电金属化合物的一部分会暴露于树脂产品或树脂层的预定区域的表面上，并且由此生成金属核，从而形成被活化以具有更高的粘附性的粘附-活化表面。由于仅在辐射电磁波的预定区域上选择性地形成粘附-活化表面，因此，当进行下面将描述的还原步骤或电镀步骤等时，金属核中包含的导电金属离子和粘附-活化表面等被化学还原，因此，可以在聚合物树脂基底的预定区域上选择性地形成导电金属层。
另一方面，在上述生成金属核的步骤中，可以辐射电磁波中近红外区域中的激光电磁波。例如，可以以约1至20W或约3至10W的平均功率辐射波长为约1000nm至1200nm或约1060nm至1070nm的激光电磁波或者波长为约1064nm的激光电磁波。
将电磁波如激光等的辐射条件控制在上述范围内，由此可以由非导电金属化合物更好地形成金属核和包含金属核的粘附-活化表面等，从而可以形成更优异的导电图案。然而，可以根据实际使用的非导电金属化合物和聚合物树脂的具体种类或它们的组分而不同地控制能够形成金属核等的电磁波的辐射条件。
另一方面，在如上所述生成金属核之后，如图10的第三幅图所示，可以对生成金属核的区域进行化学还原或电镀来形成导电金属层。由于还原或电镀步骤，可以在暴露金属核和粘附-活化表面的预定区域上选择性地形成导电金属层，而在其余区域中，化学稳定的非导电金属化合物可以保持其本身的非导电性。因此，可以仅在聚合物树脂基底的预定区域上选择性地形成精细导电图案。
在还原或电镀步骤中，可以用包含还原剂的酸溶液或碱溶液处理生成金属核的树脂产品或树脂层。这种溶液可以包含选自甲醛、次磷酸盐、二甲氨基硼烷(DMAB)、二乙氨基硼烷(DEAB)和肼中的至少一种作为还原剂。在另一实例中，在还原或电镀步骤中，可以用包含还原剂和导电金属离子等的化学镀溶液处理生成金属核的树脂产品或树脂层。
通过进行上述还原或电镀步骤，在形成金属核的区域中，通过使用金属核作为种子，金属核中包含的金属离子会被还原，或者化学镀溶液中包含的导电金属离子会被化学还原，因此，可以在预定区域上选择性地形成优异的导电图案。此时，金属核和粘附-活化表面可以与化学还原后的导电金属离子形成强键，由此，可以在预定区域上选择性地且更容易地形成导电图案。
同时，根据本发明的另一实施方案，提供一种具有导电图案的树脂结构，所述导电图案由上述用于形成导电图案的组合物以及形成导电图案的方法得到。所述树脂结构可以包括：聚合物树脂基底；分散在所述聚合物树脂基底中的非导电金属化合物，该非导电金属化合物包括由化学式1至4表示的磷酸盐中的至少一种磷酸盐；碳化物、碳系材料、氮化物系材料、金属氧化物或它们的混合物，作为分散在所述聚合物树脂基底中的散热材料；含有金属核的粘附-活化表面，所述金属核暴露于所述聚合物树脂基底的预定区域的表面上；以及在所述粘附-活化表面上形成的导电金属层。
在所述树脂结构中，形成粘附-活化表面和导电金属层的预定区域可以对应于聚合物树脂基底上辐射电磁波的区域。此外，粘附-活化表面的金属核中包含的金属或其离子可以来源于非导电金属化合物。另一方面，导电金属层可以来源于非导电金属化合物中包含的金属，或者可以来源于化学镀溶液中包含的导电金属离子。
另外，所述树脂结构还可以包含来源于非导电金属化合物的剩余物。所述剩余物可以具有非导电金属化合物中包含的金属的至少一部分被释放的结构，因此，在该位置的至少一部分中形成空位的结构。
上述树脂结构可以制备成各种树脂产品，如具有用于天线的导电图案的手机、平板电脑外壳和汽车零部件等，或树脂层；或者各种具有导电图案的树脂产品，如其它RFID标签、各种传感器或MEMS结构等，或树脂层。
如上所述，根据本发明的实施方案，可以通过包括电磁波(如激光等)辐射接着进行还原或电镀的非常简单的工艺，来优异地且容易地形成具有各种精细导电图案同时表现出优异的散热特性的各种树脂产品。
下文中，通过本发明的具体实施例更详细地描述本发明的操作和效果。同时，通过举例的方式提供这些实施例，因此，不应理解为限制本发明的范围。
实施例1：通过直接激光辐射形成导电图案
使用聚对苯二甲酸丁二醇酯作为基础树脂，石墨作为散热材料，以及Cu3P2O8作为非导电金属化合物，并且同时使用热稳定剂(IR1076，PEP36)、UV稳定剂(UV329)、润滑剂(EP184)和抗冲增强剂(S2001)作为加工和稳定用添加剂，来制备通过电磁波辐射形成导电图案的组合物。具体地，通过混合69重量％的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、5重量％的非导电金属化合物、15重量％的石墨、10重量％的抗冲增强剂和1重量％的包含润滑剂的其它添加剂来得到组合物。
将上面制得的组合物在260℃至280℃的温度下通过挤出机挤出。将挤出的颗粒形状的组合物在约260℃至270℃下注塑为直径为100mm，厚度为2mm的基底。
另一方面，使用Nd-YAG激光仪，在40kHz和4W的条件下对如上制得的树脂基底辐射波段为1064nm的激光，从而使表面活化。然后，对通过激光辐射使其表面活化的树脂结构进行如下化学镀工艺。
使用由MSC公司提供的MSMID-70制备电镀液，其制备过程如下。将40ml的Cu溶液(MSMID-70A)、120ml的络合剂(MSMID-70B)、3.5ml的辅助络合剂(MSMID-70C)和2ml的稳定剂(MSMID-70D)溶解于700ml的去离子水中，从而制备Cu电镀液。向1L制得的电镀液中添加45ml的25％NaOH和12ml的37％甲醛。将具有经激光活化的表面的树脂结构支撑在电镀液中3至5小时，然后用蒸馏水洗涤。
辐射激光后的树脂结构具有通过化学镀在含有金属核的粘附-活化表面的表面上形成的良好的导电图案(或镀层)。
实施例2：通过直接激光辐射形成导电图案
除了使用氮化硼(BN)代替石墨作为散热材料之外，以与实施例1中相同的方式制备用于形成导电图案的组合物，并且由该用于形成导电图案的组合物制备具有导电图案的树脂结构。
实施例3：通过直接激光辐射形成导电图案
除了使用Cu4P2O9代替Cu3P2O8作为非导电金属化合物之外，以与实施例1中相同的方式制备用于形成导电图案的组合物，并且由该用于形成导电图案的组合物制备具有导电图案的树脂结构。
比较例1：通过直接激光辐射形成导电图案
除了不使用散热材料并且聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂的含量为84重量％之外，以与实施例1中相同的方式制备用于形成导电图案的组合物，并且由该用于形成导电图案的组合物制备具有导电图案的树脂结构。
比较例2：通过直接激光辐射形成导电图案
除了不添加非导电金属化合物并且聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂的含量为74重量％之外，以与实施例1中相同的方式制备用于形成导电图案的组合物，并且由该用于形成导电图案的组合物制备具有导电图案的树脂结构。
比较例3：通过直接激光辐射形成导电图案
除了使用Cu2(OH)PO4代替Cu3P2O8作为非导电金属化合物之外，以与实施例1中相同的方式制备用于形成导电图案的组合物，并且由该用于形成导电图案的组合物制备具有导电图案的树脂结构。
试验例：具有导电图案的树脂结构的物理性能的评价
(1)根据ISO 2409标准方法，通过横切试验评价在实施例和比较例的树脂结构上形成的导电图案(或镀层)的粘附性能。在根据ISO 2409标准方法的粘着试验中，等级0表示导电图案的剥离面积为待评价的导电图案的面积的0％，等级1表示导电图案的剥离面积为大于待评价的导电图案的面积的0％且在5％以下。等级2表示导电图案的剥离面积为大于待评价的导电图案的面积的5％且在15％以下。等级3表示导电图案的剥离面积为大于待评价的导电图案的面积的15％且在35％以下。等级4表示导电图案的剥离面积为大于待评价的导电图案的面积的35％且在65％以下。等级5表示导电图案的剥离面积为大于待评价的导电图案的面积的65％。
(2)通过ASTM E1461标准方法评价实施例和比较例的树脂结构的热导率，并且使用LFA447激光闪光灯(Netzsch)作为测试设备。将试样放置在测试设备的内部，通过使用激光脉冲在试样的底部产生热。然后，通过使用IR传感器测定试样顶部的温度来测定热扩散率，然后由热扩散率计算热导率。
(3)通过6M-2(Toyoseiki)测试设备评价实施例和比较例的树脂结构的热变形温度。将视试样尺寸而定的负载施加于试样(在该试验例中，施加的负载为4.6kgf/cm2)，并将试样浸渍在油中，在预热3至5分钟后，以120℃/小时的速率对油进行加热。随着油的温度升高，试样下垂，测定当试样下垂0.254mm时的温度并确定为热变形温度。
[表1]
参照表1，根据实施例1至3和比较例1形成的导电图案(或镀层)的剥离面积为待测导电图案的面积的约0％(ISO等级0)，因此，确认在经激光辐射的区域中优异地形成表现出较高的粘附性的导电图案。另一方面，根据比较例2形成的导电图案的剥离面积为大于待测导电图案的面积的65％(ISO等级5)，并且根据比较例3形成的导电图案的剥离面积为大于待测导电图案的面积的15％且在35％以下(ISO等级3)，因此，确认与实施例1至3相比，比较例2和3的导体图案与树脂结构的粘附性显著降低。
同时，添加Cu3P2O8作为非导电金属化合物并且未添加散热材料的比较例1的树脂结构通过电磁波辐射形成优异的导电图案，但是具有极低的树脂热导率和树脂热变形温度。另一方面，使用Cu3P2O8或Cu4P2O9作为非导电金属化合物并且使用石墨或BN作为散热材料的实施例1至3的树脂结构通过电磁波辐射形成优异的导电图案，并且与仅使用散热材料的比较例2的树脂结构相比，具有更优异的热导率和提高的热变形温度。此外，与仅使用散热材料的比较例2的树脂结构相比，添加不包括在本发明的非导电金属化合物中的非导电金属化合物和散热材料的比较例3的树脂结构具有更低的热导率。因此，证实本发明中提出的非导电金属化合物与散热材料结合，从而表现出比散热材料本身更加提高的散热效果，同时保持导电图案的高粘附性。
[符号说明]
1：PCB基底
2：导电图案(电路图案)
3：散热器
4：覆盖层
5：电子元件基底

Claims (14)

1.一种通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，包含：
聚合物树脂；
非导电金属化合物，包括选自由下面的化学式1至4表示的磷酸盐中的至少一种磷酸盐；以及
碳化物、碳系材料、氮化物系材料、金属氧化物或它们的混合物，作为散热材料，
其中，通过电磁波辐射由所述非导电金属化合物形成金属核：
[化学式1]
AxB2P3O12
[化学式2]
Cu3-yM1 yP2O8
[化学式3]
Cu2-zM2 zP2O7
[化学式4]
Cu4P2O9
在化学式1中，x是0.5至1的有理数，A是选自Li、Na、Cu、Ag和Au中的至少一种金属，B是选自Sn、Ti、Zn和Hf中的至少一种金属，
在化学式2中，y是0至小于3的有理数，M1是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zn、Nb、Mo、Tc、Pd、Ag、Ta、W、Pt和Au中的至少一种金属，
在化学式3中，z是0至小于2的有理数，M2是选自Zn、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种金属。
2.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述由化学式1表示的磷酸盐具有空间群的三方晶系结构。
3.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述由化学式1表示的磷酸盐具有空间群的三斜晶系结构或者Cc或C2/c空间群的单斜晶系结构。
4.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述由化学式2表示的磷酸盐具有空间群的三斜晶系结构。
5.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述由化学式3表示的磷酸盐包括Cu或M2被五个氧原子包围的扭曲的方形椎体形状的结构；或者包括Cu或M被六个氧原子包围的扭曲的八面体形状的结构。
6.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述由化学式4表示的磷酸盐具有空间群的三斜晶系结构或Pnma空间群的斜方晶系结构。
7.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述非导电金属化合物的平均粒径为0.1至6μm。
8.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述散热材料包括碳化硅作为碳化物；碳黑、碳纳米管、石墨、石墨烯或它们的混合物作为碳系材料；氮化硼、氮化硅、氮化铝或它们的混合物作为氮化物系材料；或者氧化镁、氧化铝、氧化铍、氧化锌或它们的混合物作为金属氧化物。
9.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述聚合物树脂包括热固性树脂或热塑性树脂。
10.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述聚合物树脂包括选自丙烯腈聚丁二烯苯乙烯(ABS)树脂、聚对苯二甲酸亚烷基酯树脂、聚酰胺树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂和聚邻苯二甲酰胺树脂中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，其中：
所述非导电金属化合物基于整个组合物的含量为0.1至10重量％，所述散热材料基于整个组合物的含量为1至50重量％，其余含量为所述聚合物树脂。
12.根据权利要求1所述的通过电磁波辐射形成导电图案的组合物，还包含：
选自阻燃剂、热稳定剂、紫外(UV)稳定剂、润滑剂、抗氧化剂、无机填料、着色剂、抗冲增强剂和功能增强剂中的至少一种添加剂。
13.一种具有导电图案的树脂结构，包括：
聚合物树脂基底；
分散在所述聚合物树脂基底中的非导电金属化合物，该非导电金属化合物包括选自由下面的化学式1至4表示的磷酸盐中的至少一种磷酸盐；
碳化物、碳系材料、氮化物系材料、金属氧化物或它们的混合物，作为分散在所述聚合物树脂基底中的散热材料；
含有金属核的粘附-活化表面，所述金属核暴露于所述聚合物树脂基底的预定区域的表面上；以及
在所述粘附-活化表面上形成的导电金属层：
[化学式1]
AxB2P3O12
[化学式2]
Cu3-yM1 yP2O8
[化学式3]
Cu2-zM2 zP2O7
[化学式4]
Cu4P2O9
在化学式1中，x是0.5至1的有理数，A是选自Li、Na、Cu、Ag和Au中的至少一种金属，B是选自Sn、Ti、Zn和Hf中的至少一种金属，
在化学式2中，y是0至小于3的有理数，M1是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zn、Nb、Mo、Tc、Pd、Ag、Ta、W、Pt和Au中的至少一种金属，
在化学式3中，z是0至小于2的有理数，M2是选自Zn、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种金属。
14.根据权利要求13所述的具有导电图案的树脂结构，其中：形成所述粘附-活化表面和所述导电金属层的预定区域对应于所述聚合物树脂基底上被电磁波辐射的区域。
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