CN111813263B - 热塑成形的修复粒子及方法 - Google Patents

Abstract

一种热塑成形的方法，包括在叠层中添加复数个修复粒子、加热叠层使修复粒子的内核形成导电液、拉伸叠层使叠层的导电层形成复数个裂痕并且使修复粒子的外壳受力破裂、修复粒子释出内核形成的导电液并填入裂痕，以及导电液形成复数个修复导体在裂痕中。此方法可降低导电层在拉伸制程中因裂痕产生而升高的电阻值，提升导电材料的拉伸能力。

Description

热塑成形的修复粒子及方法

技术领域

本公开涉及热塑成形的修复粒子和方法。

背景技术

在非平面电子产品的制程中，形成曲面或任意形状的非平面是重要的步骤，其中又以热塑成形较适合应用于已承载导线或电子元件的电子产品。然而在热塑成形的拉伸制程中，极易破坏基板上的导电材料造成断线。在各种导电材料具有拉伸极限限制的情况下，需要新的开发方向以增加导电材料的拉伸能力和塑形可能性。

发明内容

一种应用于热塑成形的修复粒子，修复粒子包括内核和外壳，其中内核具有导电性和低于热塑成形制程温度的内核熔点，包覆内核的外壳则具有高于热塑成形之制程温度的外壳熔点，且外壳受力破裂后会释出内核形成的导电液。在一些实施例中，内核包括镓、镓铟合金或锡铋合金。在一些实施例中，内核包括溶于有机溶剂中的碳黑。在一些实施例中，外壳包括聚尿素甲醛树脂或金属氧化物。

一种应用于热塑成形的叠层，包括基板、位于基板上的导电层、位于导电层上的保护层和添加于叠层中的复数个修复粒子，其中修复粒子包括内核和外壳，内核在热塑成形中形成导电液，外壳在热塑成形中破裂释出导电液。在一些实施例中，修复粒子的添加位置包括导电层之中、导电层与基板之间、导电层与保护层之间或保护层之中。在一些实施例中，以导电层和修复粒子的体积为分母，修复粒子的添加量在范围10vol％至30vol％。在一些实施例中，经过热塑成形后，叠层进一步包括复数个裂痕和复数个修复导体，其中裂痕位于导电层之中且裂痕的长边方向约垂直于热塑成形的拉伸方向，修复导体由导电液位于裂痕中所形成且修复导体连接裂痕的相对侧壁。在一些实施例中，叠层为触控面板的触控层。

一种热塑成形的方法，包括在叠层中添加复数个修复粒子、加热叠层使修复粒子的内核形成导电液、拉伸平直的叠层成曲形、使叠层的导电层形成复数个裂痕并且使修复粒子的外壳受力破裂、修复粒子释出内核形成的导电液并填入裂痕，以及导电液形成复数个修复导体在裂痕中。在一些实施例中，内核在加热后为熔融态，且内核形成的导电液在降温后形成修复导体。在一些实施例中，内核在加热后为液态，且内核形成的导电液在干燥后形成修复导体。在一些实施例中，方法可应用于模内成形或模内电子制程。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开的各方面。应注意，根据工业中的标准方法，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚地谈及，可任意增加或减少各种特征的尺寸。

图1A至图1C根据一些实施例，绘示在热塑成形制程各步骤中，热塑成形设备的截面图。

图2根据一些实施例，绘示在拉伸制程中导电材料的俯视图。

图3根据一些实施例，绘示添加修复粒子于导电层中的叠层截面图。

图4根据一些实施例，绘示修复粒子的截面图。

图5根据一些实施例，绘示在拉伸制程中，添加修复粒子之导电材料的俯视图。

图6至图8根据一些实施例，绘示添加修复粒子于导电层以外之材料层的叠层截面图。

附图标记：

100:叠层 104:导电层

110:模具 120:加热器

200,500:裂痕 300,600,700,800:叠层

302,602,702,802:基板 304,604,704,804:导电层

306,606,706,806:保护层 400:修复粒子

402:内核 404:外壳

402′:修复导体 708,808:粒子层

A:干净干燥空气 H:进气孔

R:区域 W:直径

X,Y,Z:轴

具体实施方式

为了实现提及主题的不同特征，以下公开内容提供了许多不同的实施例或示例。以下描述组件、材料、配置等等的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，而不是限制性的。其他组件、材料、配置等等也在考虑中。例如，在以下的描述中，在第二特征之上或上方形成第一特征可以包括第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在各种示例中重复参考数字和/或字母。此重复是为了简单和清楚的目的，并且本身并不表示所谈及的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，本文可以使用空间相对术语，诸如「在…下面」、「在…下方」、「偏低」、「在…上面」、「偏上」等，以便于描述一个元件或特征与如图所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的取向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置的不同取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向上)，并且同样可以相应地解释在此使用的空间相对描述符号。

本公开揭露一种修复粒子，可应用于包括热塑成形的塑形制程，例如模内成形(In-MoldForming，IMF)、模内电子(In-Mold Electron，IME)等。在热塑成形制程中加热并拉伸具有导线之基板，例如可挠式或曲形触控面板的触控层。后续将以热塑成形的实施例进行说明，然而应理解，含有加热并拉伸的其他变化制程也在本公开的范围内。

本公开揭露一种具有低熔点内核的修复粒子，并将修复粒子添加到具有导电层的叠层中。当导电层在热塑成形中因每个部份受力不同而产生程度不一的裂痕时，修复粒子同时释出内核形成的导电液。导电液在导电层的裂痕中形成稳定导体，降低导电层原先因受损而升高的电阻值，以解决热塑成形造成的断线问题。

根据一些实施例，图1A至图1C是热塑成形装置在X-Z平面的截面图。为绘示清楚的目的，图1A至图1C仅绘示简化后的热塑成形装置。因此，在本公开的范围内，热塑成形装置可包括未绘示于图示中的额外部件。热塑成型的步骤包括加热、拉伸、冷却，分别绘示于图1A至图1C中。包括加热、拉伸、冷却以外步骤的热塑成形，也在本公开的范围内。

根据一些实施例，图1A是热塑成形装置在加热步骤的截面图。叠层100在模具110上，且加热器120在叠层100上并覆盖叠层100。叠层100包括基板、导电层和保护层形成的叠层，并可包括其他材料层或电子元件在其中或其上。模具110用于拉伸制程中，可包括叠层100经热塑成形后的任意形状。加热器120可将叠层100加热至制程温度使基板软化，软化程度足以在后续制程中将基板拉伸塑形成预期的形状。

根据一些实施例，图1B是热塑成形装置在拉伸步骤，且叠层100正拉伸变形的截面图。在一些实施例中，加热器120可具有进气孔H，使干净干燥空气(Clean Dry Air，CDA)A可穿过进气孔H并加压在模具110中的叠层100上，如图1B所绘示。在模具110中已软化的叠层100受到干净干燥空气A的加压而逐渐拉伸变形，使原本平直的叠层100拉伸成曲形，最终叠层100贴合模具110的上表面。在一些实施例中，加热器120为不具有进气孔H的压板，且模具110的底部可具有穿透模具110的抽气孔，抽气孔可抽取叠层100和模具110之间的空气，使叠层100在拉伸步骤是受到真空吸引而拉伸贴合模具110的上表面。在一些实施例中，加热器120可具有进气孔H，且模具110的底部可具有穿透模具110的抽气孔，使叠层100同时受到干净干燥空气A的加压和真空吸引而拉伸贴合模具110的上表面。

根据一些实施例，图1C是热塑成形装置在冷却步骤的截面图。叠层100贴合模具110的上表面，并逐渐冷却到非软化温度，使叠层100脱离模具110时具有拉伸后形状。

根据一些实施例，图2是图1B中区域R在X-Y平面的俯视放大图。为清楚绘示的目的，图2仅绘示叠层100中的导电材料104，然而如上述，叠层100可包括基板、保护层、其他材料层、电子元件等。在拉伸步骤中，基板拉伸变形对导电材料具有破坏力，使叠层100中的导电材料104可产生裂痕200。裂痕200可为不规则形状并多为狭长型，裂痕200的长边方向约垂直于叠层100拉伸变形的方向。裂痕200可出现在导电材料104之中，亦可出现在导电材料104的边缘。裂痕200可使叠层100电阻值上升、产生断线现象。

为克服导电材料在热塑成形拉伸过程中产生裂痕并断线之现象，本公开提供一种修复粒子，并将修复粒子添加于包括导电材料的叠层之中，使导电材料在拉伸过程中受损的同时，修复粒子可修补导电材料中的裂痕，降低拉伸造成的电阻差异和元件驱动问题。

根据一些实施例，图3是叠层300在X-Z平面的截面图。叠层300的组成类似于叠层100，包括但不限于基板、导电材料、保护层、其他材料层、电子元件等，且叠层300也可用于如图1A至图1C所绘示的热塑拉伸制程中。在一些实施例中，平直的叠层300经过图1B中所示拉伸制程后为曲形，使叠层300可成为曲形或可挠式触控面板的触控层。

在一些实施例中，叠层300包括基板302、在基板302上的导电层304和保护层306。基板302的材料可以是塑胶薄膜(例如聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)薄膜)。基板302的熔点(例如，大于200℃)高于热塑成形中加热步骤的制程温度(例如，145℃)，但在制程温度下，基板302可软化以进行后续拉伸塑形。导电层304的材料可以是银胶(silver paste)、纳米银、聚二氧乙基噻吩与聚苯乙烯磺酸的复合物(PEDOT:PSS)等导电材料，导电材料的熔点可选择在热塑成形的制程温度中不会形成熔融态，例如当制程温度为145℃时，可选用银胶(熔点为960℃)、纳米银(熔点为150℃)等。保护层306的材料可以是氧化物，并覆盖保护层306下方的导电层304。

和叠层100不同的地方是，叠层300添加了修复粒子400在导电层304中。在一些实施例中，修复粒子400添加于导电层304的溶液中，并一同涂布于基板302上形成叠层300的导电层304，如图3所绘示。

根据一些实施例，图4是导电粒子400的截面图。修复粒子400为球状双层结构，包括内核402和外壳404。在一些实施例中，修复粒子400的直径W可为1微米至5微米，然而也可使用更大或更小的直径W。

修复粒子400的内核402是导电材料，同时亦为修补导电层304中裂痕的主成分。在一些实施例中，内核402具有在热塑成形的加热步骤形成可流动态的特性。可选择内核402的熔点介于热塑成形的制程温度和室温之间，使内核402在拉伸步骤处于熔融态。熔融的内核402形成之导电液在导电层304拉伸受力的过程中，可同时填补拉伸造成的裂痕，使导电层304因受损而升高的电阻值下降，以达到修补导电层304的目的。

在一些实施例中，熔融态的内核402在热塑成形的冷却步骤，可于室温中形成固体，并成为连接导电层304裂痕处的稳定导体。在其他的一些实施例中，内核402熔点可低于室温，在修补导电层304之后，内核402的导电液在热塑成形冷却步骤可形成氧化层于流体表面，限制内核402流体的流动行为，以形成导电层304裂痕中的稳定导体。在一些实施例中，内核402的材料包括镓(熔点为29.76℃)、镓铟合金(共熔点为21.4℃)或锡铋合金(共熔点为139℃)。

在一些实施例中，内核402可包括溶于有机溶剂(例如，甲苯)中的碳黑。包括碳黑的内核402在热塑成形的拉伸步骤具有可流动的特性，填补导电层304中的裂痕，并透过干燥去除有机溶剂，使内核402中的碳黑在裂痕中形成稳定连接的导电固体。

修复粒子400的外壳404是保持修复粒子400分散的材料层。在一些实施例中，内核402在热塑成形的加热步骤会形成或维持导电液状态，但在导电层304由于拉伸而产生裂痕之前，外壳404可保护内核402并隔离内核402的导电液与导电层304。当导电层304在拉伸步骤产生裂痕时，外壳404也受到拉伸的应力而破裂，使内核402形成的导电液释出并修补导电层304。在一些实施例中，为避免外壳404在导电层304拉伸断裂之前，提早破裂而提早释出内核402，外壳404可包括耐热性和耐溶剂性，使外壳404在制程温度不会融化或产生化学反应，其中溶剂为涂布导电层304溶液的溶剂(例如，水、乙醇、乙醚、异丙醇、二乙二醇单丁醚等)。在一些实施例中，外壳404包括有机高分子(例如聚尿素甲醛树脂(poly(urea-formaldehyde)，PUF))或金属氧化物(例如，二氧化锡、氧化镓)。

根据上述的一些实施例，修复粒子400添加于导电层304中，当叠层300加热到制程温度时，修复粒子400的内核402为导电液的型态并透过外壳404与导电层304分隔。当导电层304拉伸塑型而产生断裂程度不一的裂痕时，在裂痕周围修复粒子400的外壳404也一同破裂，释出的内核402之导电液填补导电层304中的裂痕。当叠层300冷却时，裂痕中内核402的导电液也形成稳定导体，连接导电层304中的裂痕，降低原本因导电层304受损而上升的电阻值。在一些实施例中，以导电层304和修复粒子400的体积为分母时，修复粒子400的添加量在10vol％至30vol％时具有修复效果。

参考图3和图5，其中图5绘示叠层300在图1B的拉伸步骤中，区域R之导电层304在X-Y平面的俯视放大图。在拉伸步骤中，因制程温度而软化的基板302拉伸变形，导致基板302上的导电层304随之变形并产生裂痕500。同时，在导电层304中裂痕500周围的修复粒子400之外壳404受到拉伸应力而破裂，释出内核402形成的导电液。内核402形成的导电液在导电层304中的裂痕500形成修复导体402′，并在后续制程中固化形成裂痕500中的稳定导体。在一些实施例中，修复导体402′填补导电层304的裂痕500可为完全填充。在一些实施例中，修复导体402′填补导电层304的裂痕500，可为修复导体402′接触到裂痕两侧相对的部分侧壁。在一些实施例中，裂痕500中可具有复数个修复导体402′。

根据一些实施例，图6至图8是叠层600、叠层700和叠层800在X-Z平面的截面图。叠层600至叠层800的组成类似于含有修复粒子400的叠层300，包括但不限于基板、导电材料、保护层、其他材料层、电子元件等，且叠层600至叠层800也可用于如图1A至图1C所绘示的热塑拉伸制程中。

叠层600至叠层800与叠层300不同的地方是，修复粒子400添加于叠层中不同的位置。在一些实施例中，如图6所示，修复粒子400可添加于保护层606的溶液中，并一同涂布于导电层604上形成叠层600的保护层606。在一些实施例中，如图7所示，修复粒子400可添加于溶剂中，并涂布在基板702上以形成导电层704下的粒子层708，其中溶剂可为水或有机溶剂(例如，乙醇、乙醚)。在一些实施例中，如图8所示，修复粒子400可添加于溶剂中，并涂布在导电层804上以形成导电层804上的粒子层808，其中溶剂可为水或有机溶剂(例如，乙醇、乙醚)。尽管修复粒子400的添加位置不同，叠层600至叠层800中修复粒子400修补导电层中裂痕的方式和叠层300是相同的。

本公开揭露一种应用于热塑成形的修复粒子，修复粒子包括内核和外壳，其中内核具有导电性和低于热塑成形制程温度的内核熔点，外壳受力破裂后会释出内核形成的导电液。本公开亦揭露一种热塑成形的方法，包括在叠层中添加复数个修复粒子，修复粒子在热塑成形的拉伸制程中因外壳受力而释出内核形成的导电液，导电液填入导电层中的裂痕并形成修复导体在裂痕中，降低导电层因裂痕产生而升高的电阻值，提升导电材料的拉伸能力。

前面概述一些实施例的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本公开的观点。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他制程和结构的基础，以实现相同的目的和/或实现与本文介绍之实施例相同的优点。本领域技术人员还应该理解，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (12)

1.一种应用于热塑成形的叠层，其特征在于，包括：

一基板；

一导电层，位于该基板上，其中该导电层在热塑成形后包括该导电层之中的复数个裂痕；

一保护层，位于该导电层上；

复数个修复粒子，添加于该叠层中，其中各该修复粒子包括一内核和包覆该内核的一外壳，

其中该内核具有导电性和一内核熔点，该内核熔点低于该热塑成形的一制程温度，该内核在该热塑成形中形成一导电液，

其中该外壳具有一外壳熔点高于该热塑成形的该制程温度，位于该些裂痕周围的该些修复粒子的该外壳在该热塑成形中破裂释出该导电液，使得该导电液在该些裂痕中形成复数个修复导体。

2.如权利要求1所述之叠层，其中该些修复粒子的添加位置包括该导电层之中、该导电层与该基板之间、该导电层与该保护层之间或该保护层之中。

3.如权利要求1所述之叠层，其中以该导电层和该些修复粒子的体积为分母，该些修复粒子的添加量在范围10vol％至30vol％。

4.如权利要求1所述之叠层，其中该些裂痕的长边方向约垂直于该热塑成形的拉伸方向，该些修复导体连接各该裂痕的相对侧壁。

5.如权利要求1所述之叠层，其中该叠层为触控面板的触控层。

6.如权利要求1所述之叠层，其中该内核包括镓、镓铟合金或锡铋合金。

7.如权利要求1所述之叠层，其中该内核包括溶于有机溶剂中的碳黑。

8.如权利要求1所述之叠层，其中该外壳包括聚尿素甲醛树脂或金属氧化物。

9.一种热塑成形的方法，其特征在于，包括：

在一叠层中添加复数个修复粒子，其中各该修复粒子包括一内核和包覆该内核的一外壳，该内核具有一内核熔点低于该热塑成形的一制程温度，该外壳具有一外壳熔点高于该热塑成形的该制程温度；

加热该叠层，使各该修复粒子的该内核形成一导电液；

拉伸该叠层，使平直的该叠层拉伸成曲形，该叠层的一导电层形成复数个裂痕，同时位于该些裂痕周围的该些修复粒子的该些外壳受力破裂；

各该修复粒子释出该内核形成的该导电液，该导电液填入该些裂痕；以及

该导电液形成复数个修复导体在该些裂痕中。

10.如权利要求9所述之方法，其中该内核在加热后为熔融态，且该内核形成的该导电液在降温后形成该些修复导体。

11.如权利要求9所述之方法，其中该内核在加热后为液态，且该内核形成的该导电液在干燥后形成该些修复导体。

12.如权利要求9所述之方法，其中该方法应用于模内成形或模内电子制程。

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