CN107492724B - 一种连接器及其制备方法、通信设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种连接器及其制备方法、通信设备,该连接器包括至少一个碳纳米管金属复合物和树脂基体,每一个该碳纳米管金属复合物贯穿该树脂基体,每一个该碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积和底端端面的投影面积均大于该碳纳米管金属复合物的腰部截面的面积,该腰部截面所在的平面垂直于该树脂基体的厚度方向,该顶端端面的投影是指该顶端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影,该底端端面的投影是指该底端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影。本申请提供的连接器,形成了两端直径大于中间部位直径的“锥形结构”,有助于增加端部与其他电子器件的接触面积,从而有助于降低接触阻抗。

Description

一种连接器及其制备方法、通信设备
技术领域
本申请涉及领域连接器领域,并且更具体地,涉及连接器及其制备方法、通信设备。
背景技术
当前,通常采用板到板连接器(Board-to-board Connectors,BTB)实现两个电子器件之间的连接。具体的,该BTB连接器的一端与一个电子器件接触,另一端与另一个电子器件接触,该BTB连接器用于将来自该一个电子器件的信号传递给该另一个电子器件,实现该两个电子器件之间的互连。传统的BTB连接器是通过该BTB连接器的引脚与电子器件接触而实现信号传输的。但是,传统的BTB连接器的引脚在与电子器件接触时,存在接触阻抗过高的缺陷。
申请内容
本申请提供一种连接器及其制备方法、通信设备,该连接器中碳纳米管金属复合物呈特殊的“锥形结构”,有助于增加端部与其他电子器件的接触面积,从而有助于降低接触阻抗。
第一方面,提供了一种连接器,该连接器包括至少一个碳纳米管金属复合物和树脂基体,每一个该碳纳米管金属复合物包括碳纳米管阵列和金属纳米颗粒,该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的多个碳纳米管上;每一个该碳纳米管金属复合物贯穿该树脂基体;其中,每一个该碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积和底端端面的投影面积均大于该碳纳米管金属复合物的腰部截面的面积,该腰部截面所在的平面垂直于该树脂基体的厚度方向,该顶端端面的投影是指该顶端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影,该底端端面的投影是指该底端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影;沿该树脂基体的厚度方向,该腰部截面位于该顶端端面和该底端端面之间;沿该树脂基体的厚度方向,从该顶端端面到该腰部截面,该碳纳米管金属复合物在平行于该腰部截面的平面上的截面面积逐渐变小,且从该底端端面到该腰部截面,该碳纳米管金属复合物在平行于该腰部截面的平面上的截面面积也逐渐变小。
在一些可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物中的金属为铜、锡、银、金和铟中的任意一种。
本申请实施例的连接器中碳纳米管金属复合物两端端面的投影面积大于腰部截面的面积,形成了特殊的“锥形结构”,有助于增加端部与其他电子器件的接触面积,从而有助于降低连接器与其他电子器件的接触阻抗。
结合第一方面,在第一方面的第一种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积与该碳纳米管金属复合物的底端端面的投影面积相等。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式,在第一方面的第二种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的顶端的金属纳米颗粒的数量多于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量。
结合第一方面、第一方面的第一种和第二种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第三种可能的实现方式中,沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的顶端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量逐渐减少。
结合第一方面、第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第四种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的底端的金属纳米颗粒的数量多于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量。
结合第一方面、第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第五种可能的实现方式中,沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的底端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量逐渐减少。
在一些可能的实现方式中,沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,分布在该碳纳米管金属复合物中的碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量密度是恒定的。
在一些可能的实现方式中,位于该碳纳米管金属复合物的顶端的金属纳米颗粒的体积大于位于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的体积,且沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的顶端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在该碳纳米管金属复合物中的碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的体积逐渐变小。
在一些可能的实现方式中,位于该碳纳米管金属复合物的底端的金属纳米颗粒的体积大于位于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的体积,且沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的底端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在该碳纳米管金属复合物中的碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的体积逐渐变小。
结合第一方面、第一方面的第一种至第五种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第六种可能的实现方式中,该连接器包括多个碳纳米管金属复合物,该多个碳纳米管金属复合物中每一碳纳米管金属复合物的轴线相互平行,且该多个碳纳米管金属复合物中每两个碳纳米管金属复合物之间相互隔离。
结合第一方面的第六种可能的实现方式,在第一方面的第七种可能的实现方式中,该多个碳纳米管金属复合物中每一碳纳米管金属复合物的轴线所在直线的方向与该树脂基体的厚度方向相同。
在一些可能的实现方式中,该多个碳纳米管金属复合物中每两个相邻的碳纳米管金属复合物之间的间隔大于或者等于0.2mm且小于或者等于0.5mm。
结合第一方面、第一方面的第一种至第七种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第八种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的顶端端面与该树脂基体的第一表面齐平。
结合第一方面的第八种可能的实现方式,在第一方面的第九种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的底端端面与该树脂基体的第二表面齐平,其中,该树脂基体的第一表面和该树脂基体的第二表面是相对的。
结合第一方面的第九种可能的实现方式,在第一方面的第十种可能的实现方式中,该树脂基体的第一表面与该树脂基体的第二表面互相平行。
结合第一方面、第一方面的第一种至第七种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第十一种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的顶端凸出于该树脂基体的第一表面。有利于该凸出于该树脂基体的第一表面的碳纳米管金属复合物的顶端与其他电子器件的电触点相接触,以进行电信号传输,用于增强该连接器的电信号传输能力。
结合第一方面的第十一种可能的实现方式,在第一方面的第十二种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的顶端端面为一平面。
结合第一方面的第十二种可能的实现方式,在第一方面的第十三种可能的实现方式中,该连接器中所有碳纳米管金属复合物的顶端端面均位于第一平面。通常,其他电子器件的电触点位于焊盘的表面,且该焊盘的表面呈平面状,所有碳纳米管金属复合物的顶点均位于第一平面,有利于所有碳纳米管金属复合物的顶点均与其他电子器件的电触点相接触,从而增强了该连接器的普适性。
结合第一方面的第十三种可能的实现方式,在第一方面的第十四种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的底端凸出于该树脂基体的第二表面,其中,该树脂基体的第一表面和该树脂基体的第二表面是相对的。有利于使得该连接器的电信号传输能力达到最强。
结合第一方面的第十四种可能的实现方式,在第一方面的第十五种可能的实现方式中,该碳纳米管金属复合物的底端端面为一平面。
结合第一方面的第十五种可能的实现方式,在第一方面的第十六种可能的实现方式中,该连接器中所有碳纳米管金属复合物的底端端面均位于第二平面。通常,其他电子器件的电触点位于焊盘的表面,且该焊盘的表面呈平面状,所有碳纳米管金属复合物的底端均位于第二平面,有利于所有碳纳米管金属复合物的底端最低点均与其他电子器件的电触点接触进行电信号传输,从而增强了该连接器的普适性。
结合第一方面的第十六种可能的实现方式,在第一方面的第十七种可能的实现方式中,该第一平面与该第二平面互相平行。用于进一步增强该连接器的普适性。
结合第一方面的第十三种至第十七种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第一方面的第十八种可能的实现方式中,每一个该碳纳米管金属复合物的轴线所在的直线均垂直于该第一平面。用于实现使用最短的碳纳米管金属复合物在两个电子器件之间进行电信号传输,在避免碳纳米管浪费的基础上,缩短电信号的传输距离,进而提高电信号的传输速率。
第二方面,提供了一种通信设备,该通信设备包括上述第一方面及第一方面任一种可能的实现方式中的连接器、第一电子器件和第二电子器件;位于该树脂基体一侧的碳纳米管金属复合物的顶端与该第一电子器件的电触点相接触,位于该树脂基体另一侧的碳纳米管金属复合物的底端与该第二电子器件的电触点相接触,该第一电子器件和该第二电子器件通过该连接器实现电气连接。
第三方面,提供了一种制备第一方面及第一方面任一种可能的实现方式中的连接器的方法,该方法包括:在基底上生长该碳纳米管阵列;将该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,得到该碳纳米管金属复合物;对该碳纳米管金属复合物进行树脂灌封,得到该连接器;其中,该连接器包括该碳纳米管金属复合物和树脂基体。
在一些可能的实现方式中,该基底为硅基。
结合第三方面,在第三方面的第一种可能的实现方式中,该将该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上之前,该方法还包括:
在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管的表面包覆碳膜。
结合第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式,在第三方面的第二种可能的实现方式中,该将该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,包括:采用湿法工艺将该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,该湿法工艺包括电镀工艺或盐沉积还原工艺。
结合第三方面的第二种可能的实现方式,在第三方面的第三种可能的实现方式中,该湿法工艺为电镀工艺,该将该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,包括:将该碳纳米管阵列浸泡在金属盐溶液中,以该碳纳米管阵列为工作电极,以该金属纳米颗粒构成的金属单质为对电极,对该碳纳米管阵列进行电镀,得到该碳纳米管金属复合物。
本申请实施例的制备方法,通过电镀方法制备得到的碳纳米管金属复合物两端端面的投影面积大于腰部截面的面积,形成了特殊的“锥形结构”,有助于增加端部与其他电子器件的接触面积,从而有助于降低该连接器与其他电子器件的接触阻抗。
结合第三方面的第三种可能的实现方式,在第三方面的第四种可能的实现方式中,该金属纳米颗粒为铜纳米颗粒,该金属盐溶液为硝酸铜溶液,该硝酸铜溶液的摩尔分数大于或等于1摩尔且小于或等于10摩尔。
在一些可能的实现方式中,该硝酸铜溶液的摩尔分数为3摩尔。
结合第三方面的第二种可能的实现方式,在第三方面的第五种可能的实现方式中,该湿法工艺为盐沉积还原工艺,该将该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,包括:将该碳纳米管阵列浸泡在金属盐溶液中,以使该金属盐溶液浸渍到该碳纳米管阵中的每个碳纳米管上,该金属盐溶液包括金属阳离子;对浸渍处理后的该碳纳米管阵列进行干燥处理,以将浸渍到该碳纳米管阵中的每个碳纳米管上的金属盐溶液中的水分蒸发;对干燥处理后的该碳纳米管阵列进行热还原处理,以使该金属阳离子还原为该金属纳米颗粒,得到该碳纳米管金属复合物。
结合第三方面的第五种可能的实现方式,在第三方面的第六种可能的实现方式中,该金属盐溶液为包括金属盐和醇基的混合溶液。
在一些可能的实现方式中,该金属纳米颗粒为铜纳米颗粒,该金属盐溶液为0.4摩尔的硫酸铜溶液。
结合第三方面、第三方面的第一种至第六种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式,在第三方面的第七种可能的实现方式中,该对该碳纳米管金属复合物进行树脂灌封之前,该方法还包括:使用聚甲基丙烯酸甲酯乳酸盐溶液,采用旋涂工艺在该基底上制备聚甲基丙烯酸甲酯膜。
本申请实施例的树脂灌封工艺,有助于提高连接器所受的包裹强度,并提高连接器除端部以外的绝缘性能。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种通信设备的侧剖面图。
图2是本申请实施例提供的另一种通信设备的侧剖面图。
图3是根据本申请实施例的连接器的侧剖面图。
图4是根据本申请实施例的连接器的另一侧剖面图。
图5是根据本申请实施例的连接器的再一侧剖面图。
图6是根据本申请实施例的碳纳米管金属复合物形成过程的示意图。
图7是根据本申请实施例的连接器的制备方法的示意性流程图。
图8是根据本申请实施例的不同生长时间下制备的碳纳米管阵列的示意图。
图9是根据本申请实施例的电镀工艺的示意性流程图。
图10是根据本申请实施例的通过电镀工艺制备碳纳米管金属复合物的示意性图。
图11是根据本申请实施例的不同浓度的硝酸铜溶液处理下的碳纳米管金属复合物的扫描电子显微镜图像。
图12是根据本申请实施例的电镀工艺后获得的碳纳米管金属复合物的扫描电子显微镜图像。
图13是根据本申请实施例的通过电镀工艺制备的连接器的接触阻抗数据示意图。
图14是根据本申请实施例的盐沉积还原工艺的示意性流程图。
图15是根据本申请实施例的通过盐沉积还原工艺制备碳纳米管金属复合物的示意性图。
图16是根据本申请实施例的通过无电镀过滤工艺制备碳纳米管金属复合物的示意性图。
图17是根据本申请实施例的树脂灌封后制备的连接器的扫描电子显微镜图像。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行描述。
图1示出了根据本申请实施例的一种通信设备的侧剖面结构示意图,如图1所示,连接器14可以应用于该通信设备,该通信设备包括第一电子器件11,第二电子器件12,固定装置13以及连接器14(连接器14即为本申请实施例的连接器,且该连接器的结构参见附图3),固定装置13以及连接器14固定在第一电子器件11和第二电子器件12之间,位于树脂基体一侧的碳纳米管金属复合物的端部与第一电子器件11的电触点相接触;位于树脂基体另一侧的碳纳米管金属复合物的端部与第二电子器件12的电触点相接触;且第一电子器件11和第二电子器件12通过该连接器14实现电气连接。
碳纳米管具有良好的导电性能,容易知道的是,碳纳米管的电导率可达铜的一万倍,所以相应的,碳纳米管的信号传输能力要远大于铜的信号传输能力;则采用碳纳米管作为电信号传输介质的连接器也具有比较高的信号传输能力,进一步的,本申请实施例提供的包含该连接器的通信设备也具有比较好的信号交互能力。再者,由于碳纳米管的长径比非常大(通常在1000:1以上),所以沿碳纳米管长度方向的热交换性能很高,进一步,采用碳纳米管作为电信号传输介质的连接器也具有较高的导热能力,进一步的,本申请实施例提供的包含该连接器的通信设备在进行信号交互的过程中,导热性能也比较好。
应理解,该固定装置13可以是紧固螺钉等任何本领域技术人员惯用的机械固定装置,此处不做限制性规定。
还应理解,该通信设备可以包括该固定装置,也可以不包括该固定装置。
还应理解,第一电子器件11为电路板(具体为印刷电路板或柔性板等)或者除电路板之外的其他电子元器件(比如芯片),第二电子器件12也为电路板(具体为印刷电路板或柔性板等)或者除电路板之外的其他电子元器件(比如芯片)。
在第一电子器件11为印刷电路板的情况下,连接器14与位于印刷电路板内表面的焊盘相接触。值得注意的是,在对连接器的对位精度要求不高的情况下,一个焊盘可以与多个碳纳米管金属复合物的端部相接触;在对连接器的对位精度要求比较高的情况下,一个焊盘仅与一个碳纳米管金属复合物的端部相接触,也即焊盘与碳纳米管金属复合物是一对一的相接触,因为只有这样才能实现电气互连,否则容易出现短路。
在第一电子器件11为芯片的情况下,参见附图2,连接器14与芯片内表面的焊球相接触。相应的,在对连接器的对位精度要求不高的情况下,一个焊球可以与多个碳纳米管金属复合物的端部相接触;在对连接器的对位精度要求比较高的情况下,焊盘与碳纳米管金属复合物一对一的相接触,以便于实现电气互连,避免出现短路。由于芯片的功耗较大,导致芯片的发热量通常较大,通常需要在芯片的上表面安装一个散热器15,以增强芯片的散热能力。为了节省空间,在散热器15与芯片相接触的一面上开槽,用于容纳该芯片,槽的深度小于或者等于芯片和连接器的总厚度。可选的,该槽的尺寸大小与芯片的尺寸大小相同。
类似的,在第二电子器件12为印刷电路板的情况下,连接器14也与位于印刷电路板内表面的焊盘相接触;在第二电子器件12为芯片的情况下,连接器14也与芯片内表面的焊球相接触,具体可以参见前述对第一电子器件11的相关限定,此处不再赘述。
图3示出了根据本申请实施例的连接器的侧剖面结构示意图,如图3所示,该连接器沿XY坐标平面进行侧剖,该连接器包括至少一个碳纳米管金属复合物和树脂基体,每一个该碳纳米管金属复合物包括碳纳米管阵列和金属纳米颗粒,该金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的多个碳纳米管上,每一个该碳纳米管金属复合物贯穿该树脂基体,该碳纳米管金属复合物的轴线所在直线的方向(即该碳纳米管金属复合物的排列方向)与该树脂基体的厚度方向(Y轴方向)呈一定夹角,换句话说,该腰部截面所在的平面并不垂直于该树脂基体的厚度方向。
如图3所示,每一个该碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积和底端端面的投影面积均大于该碳纳米管金属复合物的腰部截面的面积,该顶端端面的投影是指该顶端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影,该底端端面的投影是指该底端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影;每一碳纳米管金属复合物的顶端端面沿Y轴方向在腰部截面所在平面上的投影面积和底端端面沿Y轴方向在腰部截面所在平面上的投影面积均大于腰部截面的面积。
应理解,沿该树脂基体的厚度方向,该腰部截面位于该顶端端面和该底端端面之间。
可选地,沿该树脂基体的厚度方向,从该顶端端面到该腰部截面,该碳纳米管金属复合物在平行于该腰部截面的平面上的截面面积逐渐变小,且从该底端端面到该腰部截面,该碳纳米管金属复合物在平行于该腰部截面的平面上的截面面积也逐渐变小。
值得注意的是,术语“顶端”和“底端”所指示的方位为图3所示的方位,用在此处仅是为了简化描述,而不是指示或暗示所指的连接器必须具有特定的方位,因此不能理解为对本申请的限制。
应理解,该连接器中的树脂基体和至少一个碳纳米管金属复合物可以是一体成型的。
本申请实施例的连接器首先使用了极小pitch碳纳米管阵列,该碳纳米管阵列和金属颗粒复合制备的碳纳米管金属复合物为单pin的锥形结构,在pin的两端相较中间分布更多的金属颗粒,金属颗粒的尺寸也更大,大量大尺寸的金属颗粒富集在两端,可以一定程度降低接触阻抗,其次两端比中间富集更多大尺寸金属颗粒,从而形成了两端面积大于其他部位的横截面积的“锥形结构”,有助于增加端部和其他电子器件的接触面积,从而降低接触阻抗,此外,在垂直方向压缩时,金属颗粒就会相互接触从而提供导电路经,降低单pin内部的阻抗。
应理解,单pin就是单个导通的路径,这里的每个pin是由碳纳米管阵列组成,每个碳纳米管阵列中有很多根碳纳米管。
可选的,该碳纳米管金属复合物中的金属为铜、锡、银、金和铟中的任意一种。
可选地,图4示出了根据本申请实施例的连接器的侧剖面的另一结构示意图,如图4所示,该腰部截面所在的平面(平行于XZ坐标平面)垂直于该树脂基体的厚度方向。
可选地,该碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积与该碳纳米管金属复合物的底端端面的投影面积相等。
可选地,该碳纳米管金属复合物的顶端的金属纳米颗粒的数量多于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量。
应理解,金属化颗粒的大小是大致一致的,不同的金属化颗粒的体积通常是一个量级,且相差较小。
可选地,沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的顶端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量逐渐减少。
可选地,该碳纳米管金属复合物的底端的金属纳米颗粒的数量多于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量。
可选地,沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的底端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量逐渐减少。
可选地,沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,分布在该碳纳米管金属复合物中的碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量密度是恒定的。
可选地,位于该碳纳米管金属复合物的顶端的金属纳米颗粒的体积大于位于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的体积,且沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的顶端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在该碳纳米管金属复合物中的碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的体积逐渐变小。
可选地,位于该碳纳米管金属复合物的底端的金属纳米颗粒的体积大于位于该碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的体积,且沿该碳纳米管金属复合物的轴线方向,从该碳纳米管金属复合物的底端到该碳纳米管金属复合物的腰部,分布在该碳纳米管金属复合物中的碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的体积逐渐变小。
可选地,如图4所示,该连接器包括多个碳纳米管金属复合物,该多个碳纳米管金属复合物中每一碳纳米管金属复合物的轴线相互平行,且该多个碳纳米管金属复合物中每两个碳纳米管金属复合物之间相互隔离。
可选地,该多个碳纳米管金属复合物中每一碳纳米管金属复合物的轴线所在直线的方向与该树脂基体的厚度方向相同。
可选地,该多个碳纳米管金属复合物中每两个相邻的碳纳米管金属复合物之间的间隔pitch大于或者等于0.2mm且小于或者等于0.5mm。
可选地,如图4所示,该碳纳米管金属复合物的顶端凸出于该树脂基体的第一表面。该第一表面平行于XZ坐标平面。
可选地,该碳纳米管金属复合物的顶端端面为一平面。
可选地,该连接器中所有碳纳米管金属复合物的顶端端面均位于第一平面。由于碳纳米管金属复合物的顶端将会与其他电子器件的电触点相接触,实现电信号在连接器与该其他电子器件之间传输,同一碳纳米管金属复合物中凸出于该树脂基体第一表面的碳纳米管的顶端齐平,从而有利于该连接器的电信号传输性能。
应理解,每一碳纳米管金属复合物的顶点均位于第一平面,每一碳纳米管金属复合物的顶点均是指该碳纳米管阵列的顶端中与所述树脂基体第一表面之间的长度最长的点。
可选地,该碳纳米管金属复合物的底端凸出于该树脂基体的第二表面,其中,该树脂基体的第一表面和该树脂基体的第二表面是相对的。
可选地,该碳纳米管金属复合物的底端端面为一平面。
可选地,该连接器中所有碳纳米管金属复合物的底端端面均位于第二平面。由于碳纳米管金属复合物的底端将会与其他电子器件的电触点相接触,实现电信号在连接器与该其他电子器件之间传输,同一碳纳米管金属复合物中凸出于该树脂基体第一表面的碳纳米管的底端齐平,从而有利于该连接器的电信号传输性能。
应理解,每一碳纳米管金属复合物的底端最低点均位于第二平面,每一碳纳米管金属复合物的底端最低点均是指该碳纳米管阵列的底端中与所述树脂基体第二表面之间的长度最长的点。
可选地,该第一平面与该第二平面互相平行。
可选地,每一个该碳纳米管金属复合物的轴线所在的直线均垂直于该第一平面。
进一步的,该第一平面平行于该树脂基体的第一表面。
由于该树脂基体的第一表面与该树脂基体的第二表面互相平行,以及该第一平面与该第二平面互相平行,所以,在该第一平面平行于该树脂基体的第一表面的情况下,该第一平面、该树脂基体的第一表面、该树脂基体的第二表面和该第二平面均互相平行。从而不仅使得每一碳纳米管金属复合物的顶端突出于该树脂基体第一表面之外的长度相同,每一碳纳米管金属复合物的底端突出于该树脂基体第二表面之外的长度相同,并且每一碳纳米管金属复合物被该树脂基体包裹的长度相同,便于批量生产,并且避免多个碳纳米管金属复合物由于所受的包裹强度不同而导致的部分碳纳米管金属复合物发生弯折的情形。
可选地,图5示出了根据本申请实施例的连接器的侧剖面的再一结构示意图,该碳纳米管金属复合物的顶端端面与该树脂基体的第一表面齐平。
可选地,该碳纳米管金属复合物的底端端面与该树脂基体的第二表面齐平,其中,该树脂基体的第一表面和该树脂基体的第二表面是相对的。
可选地,该树脂基体的第一表面与该树脂基体的第二表面互相平行。从而使得该树脂基体具有均匀的厚度。
图6示出了根据本申请实施例的碳纳米管金属复合物形成过程的示意图,如图6所示,该碳纳米管金属复合物从开始的顶端端面和底端端面的投影面积与腰部横截的面积基本相同,到顶端端面和底端端面的投影面积明显大于腰部截面的面积,同时,顶端和底端分布的金属颗粒的密度大于中间分布的金属颗粒的密度,两端分布的金属颗粒的尺寸相比于中间分布的金属颗粒的尺寸也更大,由图6可以看出,该碳纳米管金属复合物两端富集的金属颗粒明显多于中间富集的金属颗粒,该碳纳米管金属复合物呈特殊的“锥形结构”。
图7示出了根据本申请实施例的连接器的制备方法100的示意性流程图,如图7所示,该方法100包括:
S110,在基底上生长碳纳米管阵列。
可选的,该基底为硅基。
可选地,该碳纳米管阵列通过气相沉积法制备得到。
具体而言,采用气相沉积法(CVD)制备垂直定向排列的碳纳米管阵列工艺流程为:使用镍箔掩膜在高度掺杂的硅片上制备点阵式催化剂,催化剂层是通过溅射沉积工艺制备,首先制备15nm厚的Al2O3阻挡层,然后制备2nm厚的铁催化剂层然后将沉积了催化的硅片放到石英玻璃反应腔中。首先,把反应腔在10分钟左右加热到800℃,并在800℃保温5分钟,在以Ar为载气,10vol%H2含量的气氛(常压下,总体气流量以500cm3/min速率通气)中对铁催化剂进行还原处理;然后,将气氛调整为以Ar为载气,0.3vol%C2H2、50ppmv H2O和10vol%H2含量的气氛(常压下,总体气流量以500cm3/min速率通气)中,在同样温度进行碳纳米管生长。碳纳米管阵列的高度主要通过生长时间来进行控制,如生长2分钟,3分钟,到10分钟等。
应理解,上述仅仅是以气相沉积法为例制备垂直定向排列的碳纳米管阵列,还可以通过其他方法制备,本申请并不限于此。
图8示出了根据本申请实施例的不同生长时间下制备的碳纳米管阵列的示意图,由图8可以看出,单pin的间距pitch的最小尺寸可以达到0.2mm。
S120,将金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,得到碳纳米管金属复合物。
由图7可以看出,每一个该碳纳米管金属复合物贯穿该树脂基体;其中,每一个该碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积和底端端面的投影面积均大于该碳纳米管金属复合物的腰部截面的面积,该腰部截面所在的平面垂直于该树脂基体的厚度方向,该顶端端面的投影是指该顶端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影,该底端端面的投影是指该底端端面沿该树脂基体的厚度方向在该腰部截面所在平面上的投影;沿该树脂基体的厚度方向,该腰部截面位于该顶端端面和该底端端面之间;沿该树脂基体的厚度方向,从该顶端端面到该腰部截面,该碳纳米管金属复合物在平行于该腰部截面的平面上的截面面积逐渐变小,且从该底端端面到该腰部截面,该碳纳米管金属复合物在平行于该腰部截面的平面上的截面面积也逐渐变小。
可选地,采用湿法工艺将金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,得到碳纳米管金属复合物,该湿法工艺包括电镀工艺或盐沉积还原工艺。
图9示出了根据本申请实施例的电镀工艺的示意性流程图,如图9所示,该将金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,包括:
S121,除去该碳纳米管阵列内部的空气;
S122,将该碳纳米管阵列浸泡在金属盐溶液中,以该碳纳米管阵列为工作电极,以该金属单质为对电极,以比该金属活泼小的另一金属单质为参比电极,对该碳纳米管阵列进行电镀处理,得到该碳纳米管金属复合物。
应理解,S120中该金属纳米颗粒用于构成该金属单质,例如,该金属纳米颗粒为铜纳米颗粒,该对电极为铜单质,参比电极可以为银单质。
可选地,采用醇基的亲水性溶液除去该碳纳米管阵列内部的空气。
图10示出了根据本申请实施例的通过电镀工艺制备碳纳米管金属复合物的示意图,图10中以该金属为铜进行说明,该电镀工艺的具体流程为:将待处理样品(生长有该碳纳米管阵列的硅板)浸泡在乙醇溶液中几分钟,通过乙醇溶液驱赶碳纳米管阵列内部的空气。然后将样品作为工作电极浸泡在Cu(NO3)2溶液中,以铜箔作为对电极,Ag/AgCl作为参比电极,通过对该工作电极和对电极施加一定电压或者电流脉冲,对该碳纳米管阵列进行电镀处理,得到该碳纳米管金属复合物。
应理解,本申请实施例的电镀工艺中碳纳米管金属复合物的“锥形结构”就是在S122中形成的。
图11示出了根据本申请实施例的不同浓度的硝酸铜溶液处理下的碳纳米管金属复合物的扫描电子显微镜图像,图11以1至10摩尔的硝酸铜溶液为例进行说明,由图11可以看出,当该Cu(NO3)2溶液的摩尔分数为3摩尔时,制备的碳纳米管金属复合物的形貌较为均匀。
图12示出了根据本申请实施例的电镀工艺后获得的碳纳米管金属复合物的扫描电子显微镜图像,图12所示的碳纳米管金属复合物即为电镀工艺实际制备所得,可以看出,每一个碳纳米管金属复合物两端呈“蘑菇状”,两端端面的投影面积大于腰部截面的面积。
图13示出了根据本申请实施例的基于电镀工艺制备的连接器的接触阻抗数据,如图13所示,综合阻抗可以达到50mΩ,明显低于现有的连接器的接触阻抗。
可选地,S120中将金属纳米颗粒分布在该碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上之前,该连接器的制备方法还包括:对该碳纳米管阵列中每个碳纳米管包覆碳膜。
应理解,垂直排列的碳纳米管阵列在湿法工艺过程中会发生收缩(会破坏碳纳米管阵列结构),这主要是因为液体表面张力的作用。因此,为了避免在湿法工艺过程中碳纳米管阵列的收缩,通过在碳纳米管阵列中每个碳纳米管表面包覆碳膜来实现,碳膜的制备是在碳纳米管阵列生长完成后直接同腔完成制备的。
垂直定向排列的碳纳米管阵列在湿法工艺过程中由于液体的表面张力作用会发生收缩。为了防止这个现象发生,进行碳膜保护层制备,碳膜制备工艺和碳纳米管阵列生长工艺是连续的,待碳纳米管阵列生长完毕后,将气氛调整为以Ar为载气,1.3vol%C2H2含量的气氛(常压下,总体气流量以200cm3/min速率通气)中,在800℃处理30分钟。
图14示出了根据本申请实施例的盐沉积还原工艺的示意性流程图,如图14所示,该制备碳纳米管金属复合物,包括:
S123,除去该碳纳米管阵列内部的空气;
S124,将该碳纳米管阵列浸泡在金属盐溶液中,以使该金属盐溶液浸渍到该碳纳米管阵中的每个碳纳米管上,该金属盐溶液包括金属阳离子;
S125,对浸渍处理后的该碳纳米管阵列进行干燥处理,以将浸渍到该碳纳米管阵中的每个碳纳米管上的金属盐溶液中的水分蒸发;
S126,对干燥处理后的该碳纳米管阵列进行热还原处理,以使该金属阳离子还原为该金属纳米颗粒,得到该碳纳米管金属复合物。
可选地,采用醇基的亲水性溶液除去该碳纳米管阵列内部的空气。
可选地,将该碳纳米管阵列在金属盐溶液和包括醇基的溶液的混合溶液中进行浸渍处理。
图15示出了根据本申请实施例的通过盐沉积还原工艺制备碳纳米管金属复合物的示意性图,图15中以该金属为铜进行说明,该盐沉积还原工艺的具体流程为:首先将样品(生长有该碳纳米管阵列的基板)在乙醇溶液中浸泡5分钟,以驱赶碳纳米管阵列内部的空气。然后,在浓度为0.4摩尔CuSO4和乙醇的混合溶液中浸渍处理5分钟,然后取出样品片,在100~300℃恒温室干燥处理0.5~48小时,碳纳米管阵列柱内沉积CuSO4。最后,进行还原处理,工艺如下:在以Ar为载气,10vol%H2含量的气氛中,大气压下,1~30分钟加热到600~900℃,并保温1~30分钟。
应理解,本申请实施例的盐沉积还原工艺中碳纳米管金属复合物的“锥形结构”就是在S126中形成的。
可选地,该湿法工艺为无电镀过滤工艺,图16示出了根据本申请实施例的通过无电镀过滤工艺制备碳纳米管金属复合物的示意性图,如图16所示,该无电镀过滤工艺的具体流程为:使用TSP-810溶液(奥野制药工业株式会社提供),TSP-810溶液和还原溶液交替使用。
应理解,该TSP-810溶液为提供Cu2+的溶液,该还原溶液的作用为将Cu2+离子还原为Cu纳米颗粒。
S130,对该碳纳米管金属复合物进行树脂灌封,得到该连接器。
可选地,树脂灌封制备过程中采用液态硅树脂(快速固话,无腐蚀性的硅基密封胶)作为基底树脂。然而,由于这个基底树脂与硅板之间具有超强粘接,很难剥离。所以,为了灌封后易于从硅板剥离,首先使用浓度为4wt%的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)乳酸盐溶液,采用旋涂工艺预制备一层PMMA薄膜,这样就相当于基底树脂和硅基板之间覆盖了一层PMMA膜。而由于PMMA膜与硅板之间结合力很弱,从而在树脂灌封后易于剥离。而且,最后PMMA薄膜可以通过丙酮溶液清洗掉从而使碳纳米管金属复合物的顶端外露。
图17示出了根据本申请实施例的树脂灌封后制备的连接器的扫描电子显微镜图像。
应理解,本申请实施例中的基底仅仅是以硅基板为例,还可以为其他类型的基底,本申请并不限于此。
本申请实施例的连接器的制备方法,制备的碳纳米管金属复合物呈特殊的“锥形结构”,有助于该连接器增加端部与其他电子器件的接触面积,从而有助于降低该连接器与其他电子器件的接触阻抗。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (26)

1.一种连接器,其特征在于,包括至少一个碳纳米管金属复合物和树脂基体,每一个所述碳纳米管金属复合物包括碳纳米管阵列和金属纳米颗粒,所述金属纳米颗粒分布在所述碳纳米管阵列中的多个碳纳米管上;
每一个所述碳纳米管金属复合物贯穿所述树脂基体;
其中,每一个所述碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积和底端端面的投影面积均大于所述碳纳米管金属复合物的腰部截面的面积,所述腰部截面所在的平面垂直于所述树脂基体的厚度方向,所述顶端端面的投影是指所述顶端端面沿所述树脂基体的厚度方向在所述腰部截面所在平面上的投影,所述底端端面的投影是指所述底端端面沿所述树脂基体的厚度方向在所述腰部截面所在平面上的投影;
沿所述树脂基体的厚度方向,所述腰部截面位于所述顶端端面和所述底端端面之间;
沿所述树脂基体的厚度方向,从所述顶端端面到所述腰部截面,所述碳纳米管金属复合物在平行于所述腰部截面的平面上的截面面积逐渐变小,且从所述底端端面到所述腰部截面,所述碳纳米管金属复合物在平行于所述腰部截面的平面上的截面面积也逐渐变小;
所述碳纳米管金属复合物的顶端的金属纳米颗粒的数量多于所述碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量,所述碳纳米管金属复合物的底端的金属纳米颗粒的数量多于所述碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量。
2.根据权利要求1所述的连接器,其特征在于,所述碳纳米管金属复合物的顶端端面的投影面积与所述碳纳米管金属复合物的底端端面的投影面积相等。
3.根据权利要求1或2所述的连接器,其特征在于,沿所述碳纳米管金属复合物的轴线方向,从所述碳纳米管金属复合物的顶端到所述碳纳米管金属复合物的腰部,分布在碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量逐渐减少。
4.根据权利要求1或2所述的连接器,其特征在于,沿所述碳纳米管金属复合物的轴线方向,从所述碳纳米管金属复合物的底端到所述碳纳米管金属复合物的腰部,分布在碳纳米管阵列表面的金属纳米颗粒的数量逐渐减少。
5.根据权利要求1或2所述的连接器,其特征在于,所述连接器包括多个碳纳米管金属复合物,所述多个碳纳米管金属复合物中每一碳纳米管金属复合物的轴线相互平行,且所述多个碳纳米管金属复合物中每两个碳纳米管金属复合物之间相互隔离。
6.根据权利要求5所述的连接器,其特征在于,所述多个碳纳米管金属复合物中每一碳纳米管金属复合物的轴线所在直线的方向与所述树脂基体的厚度方向相同。
7.根据权利要求1或2所述的连接器,其特征在于,所述碳纳米管金属复合物的顶端端面与所述树脂基体的第一表面齐平。
8.根据权利要求7所述的连接器,其特征在于,所述碳纳米管金属复合物的底端端面与所述树脂基体的第二表面齐平,其中,所述树脂基体的第一表面和所述树脂基体的第二表面是相对的。
9.根据权利要求8所述的连接器,其特征在于,所述树脂基体的第一表面与所述树脂基体的第二表面互相平行。
10.根据权利要求1或2所述的连接器,其特征在于,所述碳纳米管金属复合物的顶端凸出于所述树脂基体的第一表面。
11.根据权利要求10所述的连接器,其特征在于,所述碳纳米管金属复合物的顶端端面为一平面。
12.根据权利要求11所述的连接器,其特征在于,所述连接器中所有碳纳米管金属复合物的顶端端面均位于第一平面。
13.根据权利要求12所述的连接器,其特征在于,所述碳纳米管金属复合物的底端凸出于所述树脂基体的第二表面,其中,所述树脂基体的第一表面和所述树脂基体的第二表面是相对的。
14.根据权利要求13所述的连接器,其特征在于,所述碳纳米管金属复合物的底端端面为一平面。
15.根据权利要求14所述的连接器,其特征在于,所述连接器中所有碳纳米管金属复合物的底端端面均位于第二平面。
16.根据权利要求15所述的连接器,其特征在于,所述第一平面与所述第二平面互相平行。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的连接器,其特征在于,每一个所述碳纳米管金属复合物的轴线所在的直线均垂直于所述第一平面。
18.一种通信设备,其特征在于,包括如权利要求1至17中任一项所述的连接器、第一电子器件和第二电子器件;
位于所述树脂基体一侧的碳纳米管金属复合物的顶端与所述第一电子器件的电触点相接触,位于所述树脂基体另一侧的碳纳米管金属复合物的底端与所述第二电子器件的电触点相接触,所述第一电子器件和所述第二电子器件通过所述连接器实现电气连接。
19.一种制备连接器的方法,其特征在于,包括:
在基底上生长碳纳米管阵列;
将金属纳米颗粒分布在所述碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,得到所述碳纳米管金属复合物;
对所述碳纳米管金属复合物进行树脂灌封,得到所述连接器;
其中,所述连接器包括所述碳纳米管金属复合物和树脂基体,所述碳纳米管金属复合物的顶端的金属纳米颗粒的数量多于所述碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量,所述碳纳米管金属复合物的底端的金属纳米颗粒的数量多于所述碳纳米管金属复合物的腰部的金属纳米颗粒的数量。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述将金属纳米颗粒分布在所述碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上之前,所述方法还包括:
在所述碳纳米管阵列中的每个碳纳米管的表面包覆碳膜。
21.根据权利要求19或20所述的方法,其特征在于,所述将金属纳米颗粒分布在所述碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,包括:
采用湿法工艺将所述金属纳米颗粒分布在所述碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,所述湿法工艺包括电镀工艺或盐沉积还原工艺。
22.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,所述湿法工艺为电镀工艺,所述将金属纳米颗粒分布在所述碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,包括:
将所述碳纳米管阵列浸泡在金属盐溶液中,以所述碳纳米管阵列为工作电极,以所述金属纳米颗粒构成的金属单质为对电极,对所述碳纳米管阵列进行电镀,得到所述碳纳米管金属复合物。
23.根据权利要求22所述的方法,其特征在于,所述金属纳米颗粒为铜纳米颗粒,所述金属盐溶液为硝酸铜溶液,所述硝酸铜溶液的摩尔分数大于或等于1摩尔且小于或等于10摩尔。
24.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,所述湿法工艺为盐沉积还原工艺,所述将金属纳米颗粒分布在所述碳纳米管阵列中的每个碳纳米管上,包括:
将所述碳纳米管阵列浸泡在金属盐溶液中,以使所述金属盐溶液浸渍到所述碳纳米管阵中的每个碳纳米管上,所述金属盐溶液包括金属阳离子;
对浸渍处理后的所述碳纳米管阵列进行干燥处理,以将浸渍到所述碳纳米管阵中的每个碳纳米管上的金属盐溶液中的水分蒸发;
对干燥处理后的所述碳纳米管阵列进行热还原处理,以使所述金属阳离子还原为所述金属纳米颗粒,得到所述碳纳米管金属复合物。
25.根据权利要求24所述的方法,其特征在于,所述金属盐溶液为包括金属盐和醇基的混合溶液。
26.根据权利要求19或20所述的方法,其特征在于,所述对所述碳纳米管金属复合物进行树脂灌封之前,所述方法还包括:
使用聚甲基丙烯酸甲酯乳酸盐溶液,采用旋涂工艺在所述基底上制备聚甲基丙烯酸甲酯膜。
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