導電材料的接合方法

专利摘要:
本導電性材料的接合方法係使用奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，首先，將該複合膠料塗佈於二導體板之接合處之間；接著，將電流從一導體板之電極端導入，經由該複合膠料後，再導通至另一導體板之電極端。藉由奈米碳管通入電流後即升溫之效應，使環氧樹脂於同時間整體性加熱，達到快速接著以及修補複合膠料的效果。此方式可縮短電流路徑、提供大的電流面積，使整體膠料電阻降低，且由於導體板的導熱性佳，使可能產生的局部高溫傳導至其他部分，達到整體均勻加熱的效果。使用本發明之通電加熱方式可快速且均勻地加熱奈米碳管，快速固化奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，此方式能以簡單的設備，不受環境影響，有效減少固化環氧樹脂所耗費的能源及時間。
公开号:TW201316358A
申请号:TW100136441
申请日:2011-10-07
公开日:2013-04-16
发明作者:Shih-Chin Chang；Ping-Cheng Sung
申请人:Nat Univ Tsing Hua；
IPC主号:C09J5-00

专利说明:
導電材料的接合方法
本發明涉及奈米碳管及環氧樹脂複合膠料接合導電材料的方法，尤其是涉及一種通電加熱導電材料，以固化奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，達成接合導電材料的方法。
環氧樹脂是一種應用廣泛的合成樹脂，具有優良的黏著性、電氣絕緣性、同時可依添加之各種填充劑及硬化劑之差異，獲得不同的機械特性，廣泛應用在各行各業中。目前國內環氧樹脂最主要應用領域在於印刷電路板的基板材上，佔環氧樹脂總需求量的60%以上，其次在其他相關電子、半導體領域的應用，尚有導電/接著材料、封裝材料、液態感光性綠漆、液晶顯示器用封膠等材料的應用，需求量已具規模，且成長快速、發展空間極大。
目前，環氧樹脂相關之產業應用領域從接著劑、塗料、封裝材料、填縫、灌注等方面，更可延伸應用於電氣充填劑、風力發電複合材料、奈米材料及建築材料等。
相較於機械鉚釘修補，環氧樹脂已被廣泛應用在工業修補，使用環氧樹脂做接合具有製程簡單、無應力集中、無接合縫之滲水、繡蝕等問題，而高強度的環氧樹脂其固化需要在高溫環境下進行。傳統的加熱固化是利用加熱板、加熱毯、紅外光或是高溫爐等方式，然而這些方式的熱是由外部部件經由傳導或輻射到膠料處，使膠料升溫固化，因此需要較長的固化時間，並造成大部分熱能的散失浪費。
亦曾有發展出在環氧樹脂膠體中佈入銅網，並且利用電磁感應之電流加熱銅網，而使環氧樹脂得以高溫固化。此方法可以大幅縮短固化時間，但是由於銅網受限於銅線直徑為一百五十微米(現今最細銅線直徑至少為數十微米)，無法縮小至奈米級，使其與膠料的結合效果不佳，形成應力集中易於破裂，削弱了接合的強度。
又曾有使用微波加熱奈米碳管及環氧樹脂的複合膠料，此製程雖能大幅縮短加熱固化時間，且可高度提升接合強度，然而以微波加熱固化的方式有許多的限制，如：所需使用之微波設備較為昂貴、複雜，且有效接合面積受限於微波能穩定照射的區域。而且此方式因為是使用微波加熱僅能使用在接合不會吸收微波的基材上，而不適用於金屬材料的接合。
奈米碳管具有導電特性，因此通以電流可快速加熱奈米碳管。將奈米碳管加入環氧樹脂中形成的奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，當奈米碳管加入量超過一導通量(percolation threshold)後，奈米碳管及環氧樹脂複合膠料將有相當之導電性，可通以電流快速加熱。但由於奈米碳管具有溫度越高電阻越低的特性，此又稱為導電度-溫度的正回饋效應，若使用一般的通電方式加熱奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，由於碳管膠料的電阻依然很高，若要產生足夠大的功率以加熱膠料，需要施加非常大的電壓。在這樣的情形下，最初會有少量的電流通過一部分電阻較低的區域：初始導電的路徑會因溫度上升而電阻更為降低，形成導電度-溫度的正回饋，使得更多的電流流經這區域，而會導致膠料沿初始導電的路徑局部的過熱燒毀，而其餘部分則尚末加溫固化。
爰此之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，乃思一直接將欲接合之導體基板做為極板之通電加熱方式，使得環氧樹脂可以受到整體性的加熱，由此達到快速接著以及修補複合材料的效果，進而發明出本案「導電材料的接合方法」，用以改善上述習用手段之缺失。
本發明的目的即在提出一種導電材料的接合方法，其係將導體基板作為電極，並利用奈米碳管的導電特性，將奈米碳管加入環氧樹脂中形成一奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，當奈米碳管加入量超過一導通量，奈米碳管及環氧樹脂複合膠料即有相當之導電性，將此複合膠料塗佈於導體基板之接合處，通一電流加熱，電流即從欲接合的一導體之電極板通過該複合膠料後導通至另一導體之電極板，此通電加熱方式可使整體膠料電阻降低，且由於導體板的導熱性佳，使可能產生的局部高溫傳導至其他部分，達到整體均勻加熱，並快速固化奈米碳管及環氧樹脂複合膠料的效果，以使導體材料相互結合。
為達前述目的，本發明提供一種導電材料接合的方法，包含下列步驟：(a)備製一奈米碳管及環氧樹脂複合膠料；(b)將該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料塗抹於一第一導電材料與一第二導電材料的接合面；以及(c)通一電流由該第一導電材料經該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料至該第二導電材料，其中，該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料之奈米碳管含量佔總重0.5~6%的重量百分比。
根據上述構想，其中步驟(a)該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料係一已添加硬化劑之高溫固化型環氧樹脂。
根據上述構想，其中步驟(c)該電流之大小視該第一導電材料及該第二導電材料之欲接合面積大小及所使用之環氧樹脂複合膠料之固化溫度而調整。
因此，本發明方法乃提供一種新穎的黏著方法，利用奈米碳管及環氧樹脂複合膠料以黏著待接合之導體。於本發明技術內容中，係以導體物作為電流傳導路徑，均勻分散高溫並使電流通過奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，透過電流所產生之熱能，使環氧樹脂固化，達到黏合兩導體之目的。本技術黏著方法所需之黏著時間較習知技術短亦較省能，且黏著強度較佳，可以簡單設備，不受環境影響，即可完成黏著之目的。此外，本技術之黏著方法不限制黏著物品的體積大小，相較於習知之黏著方法更為方便且有效率，極具產業上利用之價值。
本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可據以完成，然本案之實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態。
請參見第1圖：其顯示本發明一實施例之製作流程圖。首先備製一奈米碳管及環氧樹脂複合膠料11，且該複合膠料為一已添加硬化劑之高溫固化型環氧樹脂，於本實施例中，該複合膠料之奈米碳管之含量佔總重量百分比為介於0.5 wt%~6 wt%之間，使該複合膠料具備導電性；接著，將該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料塗抹於一第一導電材料與一第二導電材料的接合面12，隨後，通一電流由該第一導電材料經該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料至該第二導電材料13，其中，該電流之大小視該第一導電材料及該第二導電材料之體積大小而調整，隨之，該複合膠料即因通電加熱而固化，其固化溫度則視所使用之環氧樹脂材料而定，固化所需時間少於20分鐘。
請參見第2圖，其顯示本發明一實施例之側視圖。由圖示可知，於二導電材料23及24上分別製備有二電極21及22，且該二導電材料23及24之接合處塗佈一奈米碳管及環氧樹脂複合膠料25，當通一電流加熱時，該電流即由電極21，經由導電材料23，流經該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料25，再流通至導電材料24，最後連通電極22，反之亦然。隨後，該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料25即因此電流而受到整體性加熱，即達固化溫度後，該二導電材料23及24即完成黏合效果。
綜上所述，本發明所使用的奈米碳管複合式環氧樹脂包含有0.5wt%以上奈米碳管所製成之奈米碳管及環氧樹脂複合膠料，由於奈米碳管之導電特性，並調製整體複合膠料之奈米碳管之重量百分比達一導通量，即可使複合膠料同樣具有導電性，再通以電流藉由導體傳輸，再經由奈米碳管通入電流升高溫度，使得環氧樹脂可以的加熱，由於導體能均勻分散熱能，不易燒毀複合膠料，同時可均勻加熱環氧樹脂並使其固化，由此達到快速接著黏合兩導體以及修補複合材料之目的。本發明之黏著方法所耗費之黏著時間較習知技術短亦較省能，經實驗證實黏著強度較習知技術佳，且以簡單設備即可完成黏著之目的。此外，本技術之黏著方法並不受限於黏著物品的體積大小，相較於習知之黏著方法更為方便且有效率，符合市場需求，具有商業應用之前景。
以上所述之實施例僅為說明本發明之最佳實施例原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，熟悉本技藝之人士可在不違背本發明之精神對上述實施例進行修改及變化，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
11-13．．．步驟
21．．．電極
22．．．電極
23．．．導電材料
24．．．導電材料
25．．．奈米碳管及環氧樹脂複合膠料
第1圖：顯示本發明一實施例之製作流程圖。
第2圖：顯示本發明一實施例之側視圖。
21．．．電極
22．．．電極
23．．．導電材料
24．．．導電材料
25．．．奈米碳管及環氧樹脂複合膠料

权利要求:
Claims (3)
[1] 一種導電材料的接合方法，包含下列步驟：(a)備製一奈米碳管及環氧樹脂複合膠料；(b)將該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料塗抹於一第一導電材料與一第二導電材料的接合面；以及(c)通一電流由該第一導電材料經該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料至該第二導電材料，其中，該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料之奈米碳管含量佔總重0.5~6%的重量百分比。
[2] 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(a)該奈米碳管及環氧樹脂複合膠料係一已添加硬化劑之高溫固化型環氧樹脂。
[3] 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(c)該電流之大小視該第一導電材料及該第二導電材料之欲接合面積大小及所使用之環氧樹脂複合膠料之固化溫度而調整。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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US20130087277A1|2013-04-11|

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TWI464752B|2014-12-11|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2018-09-11| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW100136441A|TWI464752B|2011-10-07|2011-10-07|導電材料的接合方法|TW100136441A| TWI464752B|2011-10-07|2011-10-07|導電材料的接合方法|

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US13/344,632| US20130087277A1|2011-10-07|2012-01-06|Method for bonding conductive material|