TWI798729B - 訊號導線 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種訊號導線，其訊號導線包含導電線芯及一石墨烯銅層，石墨烯銅層呈箔片狀且包覆導電線芯。

Description

訊號導線

本發明係有關於訊號導線，尤其是一種降低高頻訊號傳輸阻抗的訊號導線及其製造方法。

現有的訊號導線常見為銅導線或是鋁導線，因銅、鋁材料良好的導電率(即低電阻)，而且材料價位相對較低廉。在傳輸高頻訊號時需要使用電阻更低的導電材料所製成的導線以減低訊號損失。因此高頻訊號可以使用銀導線來傳輸，但銀材料的價位遠高於銅、鋁材料，因此經濟效益不佳。

有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。

本發明提供一種降低高頻訊號傳輸阻抗的訊號導線及其製造方法。

本發明提供一種訊號導線，其包含導電線芯及一石墨烯銅層，石墨烯銅層呈箔片狀且包覆導電線芯。

本發明的訊號導線，其中導電線芯為銅、鋁或石墨烯銅製成。石墨烯銅層包含一銅本體以及嵌入銅本體的一石墨烯層，且石墨烯層沿石墨烯銅 層擴張延伸。石墨烯銅層的厚度小於0.1mm。訊號導線具有一截面直徑，石墨烯銅層的厚度小於截面直徑的10%。

本發明另提供一種訊號導線的製作方法，其包含下列步驟。提供一導電線芯。將一石墨烯銅材料壓製成一石墨烯銅層。將石墨烯銅層包覆導電線芯。擠壓石墨烯銅層使石墨烯銅層與導電線芯結合而組成一訊號導線。

本發明的訊號導線的製作方法，其導電線芯為銅、鋁或石墨烯銅製成。石墨烯銅層厚度小於0.1mm。訊號導線具有一截面直徑，其中石墨烯銅層的厚度小於截面直徑的10%。石墨烯銅材料包含銅本體以及嵌入銅本體的複數石墨烯片，壓製石墨烯銅材料使銅本體形成箔片狀並使些石墨烯片擴張形成嵌入銅本體且沿石墨烯銅層擴張延伸的一石墨烯層。

本發明藉由在導電線芯的外表面包覆壓製的石墨烯銅層而能夠提升訊號導線整體的導電率。本發明的訊號導線其表層與內芯具有不同的導電率，而且表層的石墨烯銅層其導電率遠大於導電線芯，故能有效降低高頻訊號傳輸阻抗。

10:訊號導線

11:截面直徑

100:導電線芯

120:石墨烯片

200:石墨烯銅層

200a:石墨烯銅材料

201:厚度

210:銅本體

220:石墨烯片

220a:石墨烯層

221:碳原子

222:官能基

圖1 係本發明之訊號導線之立體示意圖。

圖2 係圖1之剖視圖。

圖3及圖4 係石墨烯片之結構示意圖。

圖5 係本發明之訊號導線的製作方法之步驟流程圖。

圖6 係本發明之訊號導線的製作方法之壓製步驟示意圖。

圖7及圖8 係本發明之訊號導線的製作方法之石墨烯銅層的各種形態示意圖。

圖9 係本發明之訊號導線的製作方法之包覆及擠壓步驟示意圖。

圖10 係石墨烯銅層包覆石墨烯銅導電線芯之示意圖。

參閱圖1至圖3，本發明提供一種訊號導線10，其包含導電線芯100及一石墨烯銅層200，且石墨烯銅層200包覆導電線芯100。

於本實施例中，導電線芯100為銅、鋁或石墨烯銅等電性較佳的金屬製成的金屬線。然而本發明不以此為限。

如圖2所示，石墨烯銅層200呈箔片狀，其包含一銅本體210以及嵌入銅本體210的一石墨烯層220a。具體而言，石墨烯層220a包含複數石墨烯片220。如圖3所示，各石墨烯片220的結構至少包含複數碳原子221，六個碳原子221環列構成一個六角形的石墨烯結構，且該些碳原子221排列成複數個相接平面延伸的複數石墨烯結構。如圖4所示，各石墨烯結構之中的任一個碳原子221可以連接一官能基222。石墨烯片220相接排列延伸呈平面，且石墨烯層220a沿石墨烯銅層200的平面方向擴張延伸。具體而言，訊號導線10具有一截面直徑11，石墨烯銅層200的厚度201小於0.1mm且較佳地小於0.05mm，而且石墨烯銅層200的厚度201小於截面直徑11的10%。

參閱圖5至圖10，本發明提供一種訊號導線10的製作方法，其包含下列步驟。

a)首先提供一導電線芯100。導電線芯100可以為銅、鋁或石墨烯銅等電性較佳的金屬製成。

b)如圖6所示，在一壓製步驟中將一石墨烯銅材料200a壓製成一石墨烯銅層200。於本實施例中，石墨烯銅材料200a包含銅本體210以及嵌入銅本體210的複數石墨烯片220。具體而言，石墨烯銅材料200a是由石墨烯粉末與銅粉末混煉製成；或是將石墨烯粉末加入熔融銅中製成。壓製石墨烯銅材料200a使銅本體210形成箔片狀並使嵌埋於銅本體210內的石墨烯片220擴展而形成嵌埋銅本體210的石墨烯層220a，且石墨烯層220a沿石墨烯銅層200的平面方向擴張延伸。前述的壓製步驟可以在常溫下壓製固態石墨烯銅材料200a使其變形，也可以將石墨烯銅材加熱至半熔融狀態再壓製。依據壓製治具或模具的不同，石墨烯銅層200可以如圖7所示壓製成平面狀，也可以如圖8所示壓製成管狀。

c)如圖9所示，在一包覆步驟中將石墨烯銅層200包覆導電線芯100，其可以將平面狀的石墨烯銅層200包覆至導電線芯100，也可以將導電線芯100穿入管狀的石墨烯銅層200。一般而言，此步驟製成的成品截面直徑11約在1cm以下，石墨烯銅層200的厚度約在0.1cm以下，而且石墨烯銅層200的厚度201小於截面直徑11的10%。

d)在一擠壓步驟中由外向內擠壓石墨烯銅層200使石墨烯銅層200與導電線芯100的外表面受壓力而結合。擠壓步驟中也能夠將訊號導線抽細到需求的線徑。例如一般電連接器用途而言，石墨烯銅層200的厚度201小於0.1mm且較佳地小於0.05mm，而且石墨烯銅層200的厚度201小於截面直徑11的10%。

藉由成壓製、包覆及擠壓等步驟加工導電線芯100及石黑烯銅材料即能夠完成訊號導線10。

石墨烯伸展為層狀時具有較佳的導電特性，而且石墨烯的導電特性與其層疊結構的厚度201成負相關。噴塗方式製作的石墨烯覆層無法將石墨烯片展開排列。本發明藉由在導電線芯100的外表面包覆壓製的石墨烯銅層200而能夠提升訊號導線10整體的導電率。使用銅製導電線芯100包覆石墨烯銅層200其導電率能夠高於未包覆的銀製導電線芯100，石墨烯銅材料200a的價位也相對較銀材料低。再者，因集膚效應(skin depth)所致，高頻訊號在訊號導線10中傳輸時集中於訊號導線10的表面，且頻率越高時訊號在訊號導線10表面傳遞的深度越淺。本發明的訊號導線10其表層與內芯具有不同的導電率，而且表層的石墨烯銅層200其導電率遠大於鋁、銅或石墨烯銅製的導電線芯100，故能有效降低高頻訊號傳輸阻抗。

需特別說明的是，石墨烯銅製的導電線芯100其內石墨烯是均勻分佈的。如圖10所示，石墨烯銅層200經過壓製及擠壓，其內石墨烯片220排列呈層狀而不同於石墨烯銅製的導電線芯100的石墨烯片120。因此，石墨烯銅層200及其包覆的石墨烯銅製的導電線芯100在外形以及石墨烯排列形式皆不同，故分別具有不同的導電率。

本發明不限定前述壓製、包覆及擠壓等步驟的順序，其較佳地可以將導電線芯100與石墨烯銅材料200a一併置入管狀模具擠出成形而同時完成壓製、包覆及擠壓。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以限定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。

10:訊號導線

11:截面直徑

100:導電線芯

200:石墨烯銅層

201:厚度

210:銅本體

220:石墨烯片

220a:石墨烯層

Claims (3)

1. 一種訊號導線，包含：一導電線芯，其中該導電線芯為石墨烯銅製成，且該導電線芯內嵌設有均勻分佈的複數石墨烯片；及一石墨烯銅層，該石墨烯銅層呈箔片狀且包覆該導電線芯，該石墨烯銅層包含一銅本體以及嵌入該銅本體的一石墨烯層，且該石墨烯層沿該石墨烯銅層擴張延伸。
2. 如請求項1所述的訊號導線，其中該石墨烯銅層的厚度小於0.1mm。
3. 如請求項1所述的訊號導線，具有一截面直徑，其中該石墨烯銅層的厚度小於該截面直徑的10%。

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