CN114898915A

CN114898915A - 电路走线、电路走线的制造方法及连接器

Info

Publication number: CN114898915A
Application number: CN202210614815.3A
Authority: CN
Inventors: 代秀云; 何洪
Original assignee: Sichuan Huafeng Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Huafeng Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-08-12

Abstract

本申请提供了一种电路走线、电路走线的制造方法及连接器，所述电路走线包括基体以及覆盖设置于所述基体表面上的涂层，所述涂层包括石墨烯；所述连接器包括上述的电路走线。本申请提供电路走线及连接器能够避免传输信号***损耗恶化，并且能对所述电路走线中的基体起到保护作用。

Description

电路走线、电路走线的制造方法及连接器

技术领域

本申请涉及连接器相关技术领域，具体涉及电路走线、电路走线的制造方法及连接器。

背景技术

高速连接器中的信号传输走线的铜基体表面一般会电镀镍或同时电镀镍和锡，但是镍在3GHz频点下的趋肤深度仅为0.26um，而在该频点下铜的趋肤深度为1.2um，锡的趋肤深度为3.12um。在高速信号传输中肤效应的存在使得信号主要在电路走线的表层传输，这意味着在同等传输频率下，表面镀镍可能导致电路走线段阻抗整体上漂，从而导致该传输路径的***损耗恶化。

发明内容

本申请的目的在于提供一种避免信号损耗的电路走线、电路走线的制造方法及连接器。

为达上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种电路走线，包括基体以及覆盖设置于所述基体表面上的涂层，所述涂层包括石墨烯。

本申请的一些实施例中，所述基体包括铜、铜合金。

本申请的一些实施例中，所述电路走线上包括压接区、接触区以及走线区，所述涂层覆盖设置于所述走线区的表面上。

为达上述目的，本申请还提供一种技术方案：

一种电路走线的制造方法，以有机溶剂溶解碳源得到碳源混合物，以惰性气体为载气，加热所述碳源混合物以在基体生长出石墨烯，得到上述的电路走线。

本申请的一些实施例中，所述基体包括铜、铜合金。

本申请的一些实施例中，所述有机溶剂包括苯。

本申请的一些实施例中，所述碳源包括苯乙烯、六氯苯、萘、六苯并苯。

本申请的一些实施例中，所述加热的温度为400～500℃。

本申请的一些实施例中，所述惰性气体包括氩气。

为达上述目的，本申请还提供一种技术方案：

一种连接器，包括上述的电路走线。

本申请的一些实施例中，所述连接器的传输速率大于56Gbps。

本申请的一些实施例中，当所述电路走线发生趋肤效应时，所述电路走线中的表面涂层成为所述连接器中的信号传输层。

本申请的有益效果是：

1、本申请提供了一种电路走线以及一种应用了所述电路走线的连接器，所述电路走线的走线区表面覆盖设置了一层石墨烯，当所述电路走线和连接器在3GHz频点下工作时，所述石墨烯层的趋肤深度为20μm，在发生趋肤效应时可保证信号传输路径阻抗不会上漂；本申请提供该种特殊表面处理后的电路走线及高速连接器能够避免传输信号***损耗恶化，并且能对所述电路走线中的基体起到保护作用。

2、本申请提供了一种应用于高速连接器信号走线除去压接区和接触区以外区域走线的表面处理方式，所述处理方法以有机溶剂溶解碳源得到碳源混合物，以惰性气体为载气，通过加热所述碳源混合物的方式在基体生长出石墨烯，得到了上述的电路走线。

3、本申请的电路走线表面设有的石墨烯材料具有高导电、高导热、高强度的特性，并且在生产加工过程中可对所述电路走线起到保护作用，减少了金属丝、金属屑，进而避免了由尺寸偏差等原因导致的连接器失效的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为电路走线的结构示意图；

图2为电路走线的基体和表面涂层的结构关系示意图；

图3为不同涂层***损耗的对比示意图。

本申请说明书附图中的主要附图标记说明如下：

1-电路走线；2-基体；3-涂层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，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。

本申请提供一种电路走线、电路走线的制造方法及连接器，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

实施例1

一种电路走线1，包括基体2以及覆盖设置于所述基体表面上的涂层3，所述涂层3包括石墨烯。即使暴露在氧气分压高达10^-4mbar的环境中，石墨烯仍能为金属基体提供良好的保护效果。因此，将石墨烯用作金属防护涂层，可以防止其与腐蚀性或氧化性的介质接触，对基底材料起到良好的防护作用；同时，石墨烯还能对镀层金属起到钝化作用，进一步提高其耐蚀性能。试验表明，化学气相沉积石墨烯的铜合金表面在经过48小时中性盐雾试验后也没有发生明显的腐蚀，而裸铜合金则产生了明显的铜绿。另外，金属材料常用的聚合物涂层容易被刮坏，而石墨烯优良的机械性能和摩擦学性能可以提高材料的减摩、抗磨性能。当所述电路走线1在3GHz频点下工作时，所述石墨烯层的趋肤深度为20μm，在发生趋肤效应时可保证信号传输路径的阻抗不会上漂；本申请的电路走线表面设有的石墨烯材料具有高导电、高导热、高强度的特性，在生产加工过程中可对所述电路走线起到保护作用，减少了金属丝、金属屑，进而避免了由尺寸偏差等原因导致的连接器失效的风险。如图3所示，当所述表面涂层3的材质采用石墨烯时，其损耗指标趋近于无镀层的电路走线，其***损耗指标优于镍镀层，并且由于石墨烯具有高强度，与无镀层的电路走线相比能够对电路走线起到良好的保护作用，使得所述电路走线在生产加工过程中不易因刮擦出现金属丝或金属屑。

本申请的一些实施例中，所述基体2的材质包括铜，也可以采用铜的合金或其他具有良好导电率的金属及其合金。

本申请的一些实施例中，所述电路走线1包括差分信号电路走线，也可根据实际需求设置所述电路走线1的作用和功能。

本申请的一些实施例中，所述表面涂层3还可以物理气相沉积的方式固定于所述基体2的表面，以达到同等的避免所述电路走线被刮擦以及发生趋肤效应时信号传输路径的阻抗可能上漂的问题。

本申请的一些实施例中，所述电路走线上包括压接区、接触区以及走线区(未标号)，所述涂层3覆盖设置于所述走线区的表面上。

实施例2

一种电路走线的制造方法，以有机溶剂溶解碳源得到碳源混合物，以惰性气体为载气，加热所述碳源混合物以在基体生长出石墨烯，得到如实施例1中所述的电路走线1。

本申请的一些实施例中，所述基体包括铜、铜合金。

本申请的一些实施方式中，所述有机溶剂包括苯，也可采用其他与所述碳源具有良好相容性的溶剂。

本申请的一些实施方式中，所述碳源包括苯乙烯、六氯苯、萘、六苯并苯，其中六苯并苯吸附在铜表面，脱氢就成为石墨烯的晶核，苯、苯乙烯、六氯苯、萘等稍小的大π键苯环沿石墨烯的晶核在铜表面热解排列生长，然后成长为连续的石墨烯膜层。

本申请的一些实施方式中，所述加热的温度为400～500℃；通常石墨烯的化学气相沉积是在950～1050℃温度、常压条件下，以CH4为碳源，Ar为载气，在铜箔基底上生长石墨烯。显然，这个方法对青铜和黄铜素材是困难的，黄铜机械强度不够高不用考虑，青铜的熔点低于1000℃，而且即使在300℃左右青铜的机械性能都会发生变化，铍青铜的强化(回火)热处理温度一般是320℃，如果有机械性能的考虑，不能采用300℃以上的石墨烯沉积工艺。但用于信号传输的铜线路，可以在500℃左右化学气相沉积石墨烯。

石墨烯是由单质C构成的层状平面结构，每个C原子通过2sp杂化与周围C原子构成正六边形的环，每个C原子贡献剩余的一个p轨道电子行成大π键，π电子可以自由移动，因而石墨烯有良好的导电性。单层石墨烯厚度仅0.35nm，约为头发丝直径的二十万分之一。在石墨烯的每个六边形结构单元中含有2个C原子，因为每个C原子有1/3属于该六边形中，六边形的面积为0.052平方纳米，石墨烯的密度为0.77毫克每平方米。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键仅为1.42A。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。电子在石墨烯中运动时不易被散射，石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric chargecarrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。

石墨烯在铜金属表面的附着，是共轭大π键与金属自由电子形成诱导力，在高温条件下以化学气相沉积方式在金属表面形成石墨烯的过程中，大π键与金属原子进一步形成部分介于金属键与共价键中间状态的结合。

石墨烯具有高的热稳定性和化学稳定性，在金属表面与活性介质之间形成物理阻隔层，从而有效地阻隔水和氧气等气体原子的通过；并且，高温通过化学气相沉积形成石墨烯膜，石墨烯的大π键与金属原子形成了部分介于金属键与共价键中间状态的化学键，增加金属自由电子的约束，降低了铜金属表面的电子活性，使铜表面化学性质稳定化，即耐蚀性提升。

实现500℃石墨烯的低温生长对于用于铜合金表面电信号传输的石墨烯取得显然才具有工程价值。引入含苯环人工种子辅助低温化学气相沉积生长，预沉积六苯并苯来控制形核密度和最终制备得到的石墨烯的大小。

本申请的一些实施方式中，所述惰性气体包括氩气，所述惰性气体为沉积过程提供保护，避免氧化等问题。

实施例3

一种连接器，包括如实施例1所述的电路走线1。如图3所示，对比不同镀层***损耗指标，显然石墨烯镀层的情况趋近于无镀层信号走线并且采用了所述石墨烯的电路走线1的***损耗指标优于镍镀层。在现有技术中常在电路走线表面电镀锡以避免趋肤效应带来的电路走线端阻抗漂高，但是锡本身的质地很软，在高速连接器组成零件生产过程会存在电路走线损伤的问题，加工过程中会出现金属丝、金属屑，进而给连接器带来短路等风险和隐患，而本申请采用的石墨烯涂层具有良好的耐刮蹭、耐磨损的机械强度，能够很好的克服上述加工问题。

本申请的一些实施例中，所述连接器的传输速率大于56Gbps；当所述电路走线的基体的材质为铜时，所述传输速率的上限为铜基体的传输上限。对于传输速率大于56Gbps的高速连接器，在传递差分信号的信号电路走线表面设置所述石墨烯，在信号传输“趋肤效应”发生时，石墨烯厚度层成为信号传输层，避免出现阻抗漂高，改善了信号传入***损耗。

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以所述权利要求的保护范围为准。此外，说明书中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种电路走线，其特征在于，包括基体以及覆盖设置于所述基体表面上的涂层，所述涂层包括石墨烯。

2.根据权利要求1所述的电路走线，其特征在于，所述基体包括铜、铜合金。

3.根据权利要求1所述的电路走线，其特征在于，所述电路走线上包括压接区、接触区以及走线区，所述涂层覆盖设置于所述走线区的表面上。

4.一种电路走线的制造方法，其特征在于，以有机溶剂溶解碳源得到碳源混合物，以惰性气体为载气，加热所述碳源混合物以在基体生长出石墨烯，得到如权利要求1-3中任一项所述的电路走线。

5.根据权利要求4所述的电路走线的制造方法，其特征在于：所述基体包括铜、铜合金。

6.根据权利要求4所述的电路走线的制造方法，其特征在于：所述有机溶剂包括苯。

7.根据权利要求4所述的电路走线的制造方法，其特征在于：所述碳源包括苯乙烯、六氯苯、萘、六苯并苯。

8.根据权利要求4所述的电路走线的制造方法，其特征在于：所述加热的温度为400～500℃。

9.根据权利要求4所述的电路走线的制造方法，其特征在于：所述惰性气体包括氩气。

10.一种连接器，其特征在于：包括如权利要求1-3中任一项所述的电路走线。

11.根据权利要求10所述的连接器，其特征在于：所述连接器的传输速率大于56Gbps。

12.根据权利要求10所述的连接器，其特征在于：当所述电路走线发生趋肤效应时，所述电路走线中的表面涂层成为所述连接器中的信号传输层。