CN103124470A - 塑料金属化立体线路制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料金属化立体线路制造方法，包含：提供三维结构的塑料本体；对塑料本体进行表面前处理；对塑料本体表面进行金属化处理，沉积形成金属薄膜层；对金属薄膜层表面进行光阻涂布处理，形成光阻保护层；对光阻保护层进行曝光/显影处理，形成图案化光阻保护层；对显露的金属薄膜层进行蚀刻处理，形成图案化金属线路层；对图案化光阻保护层进行剥除处理；以及对图案化金属线路层表面进行表层处理，形成金属保护层。如此即可在三维立体的塑料本体上直接形成一立体布线的电路图案，而无须在塑料本体上额外设置一电路载体，以满足轻、薄、短、小的需求。

Description

塑料金属化立体线路制造方法
技术领域
本发明有关一种塑料金属化立体线路制造方法，特别是指在三维立体的塑料本体上形成立体金属化图案线路的制造方法。
背景技术
现今无线通信技术的快速发展，相关性电子通讯产品越来越重视讯号传送质量以及满足轻、薄、短、小的需求。然而，各种行动影像通讯产品(例如平板计算机、手机等)会依照不同的产品外观及内部结构差异，需配合设计出不同的天线本体结构及其线路形式，以满足通讯装置的小型化需求。
在已知技术而言，利用雷射直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)将一些特殊可雷射活化的塑料，射出成型为一预定的本体结构，然后再利用特定波长的雷射，将塑料内掺入的金属晶粒予以活化，同时定义出线路图案，最后再进行金属化制程。该技术常被应用于手机、行动式计算机装置天线或发光二极管模块以及汽车装置等产品上。
然而，LDS塑料必须掺杂金属催化剂，而且须针对不同材质的塑料及材料特性，掺杂不同成分比例的金属催化剂，造成雷射活化的条件不同，必须重新调整雷射波长与金属化的控制参数，因此，LDS制程须采取特定波长的雷射设备以及设置不同条件的金属化设备或控制参数，也使得设备与制造成本较为昂贵。
此外，在雷射建构操作中，因为本体表面温度升高造成部分本体表面金属晶粒被移除或破坏，甚至沉积在本体表面的非期望线路区域，降低后续金属化制程对沉积导体线路结构的选择性，导致相邻电子组件间的电路短路问题。为防止短路问题发生，雷射建构的电路路径间距必须加以控制，避免后续进行金属化制程中产生任何不良问题。
不过，当解决该问题时，常会导致电路密度不足的缺点；因此，本发明提供一种塑料金属化立体线路制造方法，以解决先前技术的不足与缺点。
发明内容
本发明的主要目的，旨在提供一种塑料金属化立体线路制造方法，使立体的塑料本体具有三维立体样态的电路结构，该电路的金属线路层可选择性地成形于塑料本体的任何立体面，进而达到图案化线路的电路布局设计，让三维电路可应用于天线、LED承载座、电路基板、连接器、电子装置或方向盘等各种不同造型的立体结构物。
为达到所述目的，本发明塑料金属化立体线路制造方法包括以下制造步骤：提供一三维结构的塑料本体；对所述塑料本体进行表面前处理；对所述塑料本体表面进行金属化处理，沉积形成一金属薄膜层；对所述金属薄膜层表面进行光阻涂布处理，形成一光阻保护层；对所述光阻保护层进行曝光/显影处理，形成一图案化光阻保护层；对显露的金属薄膜层进行蚀刻处理，形成一图案化金属线路层；对所述图案化光阻保护层进行剥除处理；以及对所述图案化金属线路层表面进行表层处理，形成一金属保护层。
其中，所述塑料本体是利用射出或压出成型的方法所制成，且塑料本体系选自聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子聚合物(LCP)、聚酰胺(PA6/6T)、尼龙(Nylon)、共聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、压合或射出玻璃纤维(Glass-Fiber)的其中一种材料所构成。
于一较佳实施例中，所述表面前处理包含：表面脱脂、粗化、敏化以及活化处理；其中，所述表面脱脂系利用酸性或碱性清洁剂去除所述塑料本体表面的脏污、油脂。
所述表面粗化系利用机械刷磨、喷砂、化学蚀刻或电浆的其中一种方式进行相当程度的粗化处理，使改质成为亲水性的多孔表面，利于提升后续所述塑料本体与金属镀层的固着力；于一可行实施例中，所述化学蚀刻系利用铬酸盐与硫酸混合溶剂、过硫化物、双氧水、高锰酸盐与硫酸系的其中一种粗化药剂或应用隔膜电解系统所产生的强氧化剂，进行塑料本体的表面改质。
所述敏化处理系将氯化亚锡混合酸性溶液中的亚锡離子(Sn2+)，渗入塑料本体表面粗化的多孔凹穴内部达到吸附作用。
又所述活化处理系将氯化钯混合酸性溶液中的钯離子(Pd2+)继续植入反应形成一活性金属微粒，以利后续进行金属化镀层金属沉积作用。
此外，所述金属化处理系利用低温溅镀或塑料水电镀的其中一种加工方式，使金属沉积于所述塑料本体表面形成一金属薄膜层；所述沉积金属选自于镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、锡(Sn)、铜(Cu)的其中一种或以上金属之间任一种复合金属构成。
所述光阻涂布处理系将感光液态光阻以浸涂、移印或喷涂的方式，对金属薄膜层的表面涂布一光阻保护层；所述光阻保护层的感光液态光阻选自于正型或负型光阻的其中一种。其中，所述移印方式，系利用移印胶头蘸起感光液态光阻至金属薄膜层的表面，形成具有立体线路图形的光阻保护层。
所述曝光处理系采用单面或双面曝光的其中一种，利用雷射或紫外光源，依特定立体曝光线路图形的区域或位置直接照射于光阻保护层上，又所述立体曝光线路图形选自于立体光罩模、移印线路图形或直接扫瞄图形的其中一种。其中，所述立体光罩模选自于金属、塑料或硅胶材料的其中一种，具有特定线路图形的透光槽口，系作为选择性曝光的立体线路图形光罩。
所述显影处理系采用喷洒显影剂或浸泡显影剂的其中一种方式；所述蚀刻处理系采用喷洒蚀刻剂或浸泡蚀刻剂的其中一种方式；而所述剥除处理系采用喷洒剥膜剂或浸泡剥膜剂的其中一种方式。
又所述表层处理系采用化学镀方式加工形成所述金属保护层，所述金属保护层选自于镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、锡(Sn)、铬(Cr)的其中一种或以上金属之间任一种复合金属构成。
经由所述较佳实施例所揭露的塑料金属化立体线路制造方法，使得本发明可采用一般塑料材料作为本体基材，不须采用特殊含有金属触媒混合的非一般性材料，因此材料选择性高且取得成本较低。另外，可弹性制作出复杂的三维立体线路图案，不会受限于传统模具几何机械加工限制或复杂线路结构造成加工时间及成本的提高。
此外，本体与金属线路图案属于依附性整体结构及具有较佳黏结强度，可避免习知塑料本体与金属导体片独立制造后须再组装的程序，消除组装失误或碰撞造成塑料本体与金属导体片分离的问题。
附图说明
图1是本发明塑料金属化立体线路制造方法的流程图；
图2是本发明提供塑料本体进行表面前处理的结构示意图；
图3是本发明塑料本体进行金属化处理及涂布处理的结构示意图；
图4是本发明塑料本体进行曝光/显影处理的结构示意图；
图5是本发明塑料本体进行蚀刻及剥除的结构示意图；以及
图6是本发明塑料本体进行表层处理形成金属保护层的结构示意图。
【主要组件符号说明】
塑料本体……10                        图案化金属线路层……15
表面前处理……11                      金属保护层……16
金属薄膜层……12                      曝光/显影处理……17
光阻保护层……13                      第一曝光图形……171
图案化光阻保护层……14                第二曝光图形……172
具体实施方式
为便于更进一步对本发明的构造、使用及其特征有更深一层明确详实的认识与了解，现举出较佳实施例，配合附图详细说明如下：
请参阅图1所示的制造流程图，并配合参阅图2至图6所示各个制造方法流程的结构示意图，本发明三维天线电路的制造方法，其包含以下步骤：
(1)提供一三维结构的塑料本体10；其中，所述塑料本体10是利用射出或压出成型的方法所制成。
于一较佳实施例中，所述塑料本体10系选自聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子聚合物(LCP)、聚酰胺(PA6/6T)、尼龙(Nylon)、共聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、压合或射出玻璃纤维(Glass-Fiber)的其中一种所构成。
如图2所示，本发明系以射出成型方式制成一内凹盆状结构的塑料本体10，且所述塑料本体10的内凹处具有多数不规则凸块、开孔以及曲面等各种不同的三维立体结构。
由于本发明可采用一般性塑料材料作为本体基材，因此，不须采用特殊含有金属触媒混合的非一般性材料，自然材料选择性高且取得成本较低。另外，可弹性制作出复杂的三维立体线路图案，不会受限于传统模具几何机械加工限制或复杂线路结构造成加工时间及成本的提高。
(2)对所述塑料本体10进行表面前处理11；其中，所述表面前处理11包含：表面脱脂、表面粗化、敏化以及活化处理。
所述表面脱脂系利用酸性或碱性清洁剂去除所述塑料本体10表面的脏污、油脂。
所述表面粗化系利用机械刷磨、喷砂、化学蚀刻或电浆的其中一种方式进行相当程度之粗化处理，使改质成为亲水性之多孔表面，利于提升后续所述塑料本体10与金属镀层的固着力。
于一可行实施例中，所述化学蚀刻系利用铬酸盐与硫酸混合溶剂、过硫化物、双氧水、高锰酸盐与硫酸系的其中一种粗化药剂或应用隔膜电解系统所产生的强氧化剂，进行塑料本体10的表面改质。
所述敏化处理系将氯化亚锡混合酸性溶液中的亚锡離子(Sn2+)，渗入塑料本体10表面粗化的多孔凹穴内部达到吸附作用。
所述活化处理系将氯化钯混合酸性溶液中的钯離子(Pd2+)继续植入反应形成一活性金属微粒，以利后续进行金属化镀层金属沉积作用。
如第2图所示，本发明于塑料本体10的内、外侧表面依序进行表面脱脂去除脏污、油脂，表面粗化改质成为亲水性之多孔表面、敏化渗入塑料本体10表面达到吸附作用以及活化植入形成一活性金属微粒等前处理，方便后续进行金属化镀层的金属沉积作用。
(3)对所述塑料本体10表面进行金属化处理，沉积形成一金属薄膜层12；其中，所述金属化处理系利用低温溅镀或塑料水电镀的其中一种加工方式，使金属沉积于所述塑料本体10表面形成一金属薄膜层12。
于一较佳实施例中，所述沉积金属选自于镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、锡(Sn)、铜(Cu)的其中一种或以上金属之间任一种复合金属构成。
如图3所示，本发明塑料本体10是针对步骤(2)表面前处理11的范围进行金属沉积，使所述不规则凸块、开孔以及曲面等位置皆形成所述金属薄膜层12，并透过所述开孔可使得塑料本体10内、外侧表面的金属薄膜层12得以相互导通。
(4)对所述金属薄膜层12表面进行光阻涂布处理，形成一光阻保护层13；其中所述光阻涂布处理系将感光液态光阻以浸涂、移印或喷涂的方式，对所述金属薄膜层12的表面涂布一光阻保护层13。其中，所述移印方式，系利用移印胶头蘸起感光液态光阻至金属薄膜层的表面，形成具有立体线路图形的光阻保护层13。
于一较佳实施例中，所述光阻保护层13的感光液态光阻选自于正型或负型光阻的其中一种。
如图3所示，本发明塑料本体10是针对步骤(3)金属化处理的范围(同所述不规则凸块、开孔以及曲面等位置)，进行光阻涂布材料的覆盖形成一光阻保护层13。
(5)对所述光阻保护层13进行曝光/显影处理17，形成一图案化光阻保护层14；其中，所述曝光处理系采用单面或双面曝光的其中一种，而所述显影处理系采用喷洒显影剂或浸泡显影剂的其中一种方式。
于一较佳实施例中，所述曝光处理是利用雷射或紫外光源，依特定立体曝光线路图形的区域或位置直接照射于光阻保护层上，又所述立体曝光线路图形选自于立体光罩模、移印线路图形或直接扫瞄图形的其中一种。其中，所述立体光罩模选自于金属、塑料或硅胶材料的其中一种，具有特定线路图形的透光槽口，作为选择性曝光的立体线路图形光罩。
如图4所示，本发明塑料本体10系采用双面曝光，分别于塑料本体10的内侧形成一第一曝光图形171，另于塑料本体10的外侧形成一第二曝光图形172，再利用显影剂将局部区域的光阻结构溶解除去，以形成图案化光阻保护层14。
(6)对显露的金属薄膜层12进行蚀刻处理，形成一图案化金属线路层15；其中，所述蚀刻处理系采用喷洒蚀刻剂或浸泡蚀刻剂的其中一种方式。
如图5所示，所述受到图案化光阻保护层14保护区域下的金属薄膜层12将不会被蚀刻液溶蚀去除，直接形成一对应图案化光阻保护层14的图案化金属线路层15。
(7)对所述图案化光阻保护层14进行剥除处理；其中，所述剥除处理系采用喷洒剥膜剂或浸泡剥膜剂的其中一种方式。
如图5所示，将覆盖于所述图案化金属线路层15上方的图案化光阻保护层14使用剥膜剂完全去除，使得所述图案化金属线路层15外露。
(8)对所述图案化金属线路层15表面进行表层处理，形成一金属保护层16，其中，所述表层处理系采用化学镀(无电镀)方式来加工，形成所述金属保护层16。
于一较佳实施例中，所述金属保护层16选自于镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、锡(Sn)、铬(Cr)的其中一种或金属之间任一种复合金属构成。
如图6所示，本发明最后于塑料本体10内、外侧表面的图案化金属线路层15进行化学镀，使得线路层增厚形成所述金属保护层16，进一步提高金属线路层表面抗氧化及焊接性。
综上所述，本发明塑料金属化立体线路制造方法使立体的塑料本体具有三维立体样态的电路结构，该电路的金属线路层可选择性地成形于塑料本体的任何立体面，进而达到图案化线路的电路布局设计，让三维电路可应用于天线、LED承载座、电路基板、连接器、电子装置或方向盘等各种不同造型的立体结构物，进而无须在本体内部额外设置一电路载体，进而缩小本体体积来满足轻、薄、短、小的需求。
以上所举实施例仅用为方便说明本发明并非加以限制，在不离本发明精神范畴，熟悉本行业技术人员所可作的各种简易变形与修饰，均仍应含括于本发明专利保护的范围内。

Claims (16)

1.一种塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)提供一三维结构的塑料本体；
(2)对所述塑料本体进行表面前处理；
(3)对所述塑料本体表面进行金属化处理，沉积形成一金属薄膜层；
(4)对所述金属薄膜层表面进行光阻涂布处理，形成一光阻保护层；
(5)对所述光阻保护层进行曝光/显影处理，形成一图案化光阻保护层；
(6)对显露的金属薄膜层进行蚀刻处理，形成一图案化金属线路层；
(7)对所述图案化光阻保护层进行剥除处理；以及
(8)对所述图案化金属线路层表面进行表层处理，形成一金属保护层。
2.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述塑料本体系选自聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子聚合物(LCP)、聚酰胺(PA6/6T)、尼龙(Nylon)、共聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、压合或射出玻璃纤维(Glass-Fiber)的其中一种所构成。
3.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述塑料本体是利用射出成型或压出成型的方法所制成。
4.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述表面前处理包含：表面脱脂、粗化、敏化以及活化处理。
5.根据权利要求4所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述表面脱脂系利用酸性或碱性清洁剂去除所述塑料本体表面的脏污、油脂。
6.根据权利要求4所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述表面粗化系利用机械刷磨、喷砂、化学蚀刻或电浆的其中一种方式进行相当程度的粗化处理，使改质成为亲水性的多孔表面，利于提升后续所述塑料本体与金属镀层的固着力。
7.根据权利要求6所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述化学蚀刻系利用铬酸盐与硫酸混合溶剂、过硫化物、双氧水、高锰酸盐与硫酸系的其中一种粗化药剂或应用隔膜电解系统所产生的强氧化剂，进行塑料本体的表面改质。
8.根据权利要求4所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述敏化处理系将氯化亚锡混合酸性溶液中的亚锡離子，渗入塑料本体表面粗化的多孔凹穴内部达到吸附作用。
9.根据权利要求4所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述活化处理系将氯化钯混合酸性溶液中的钯離子继续植入反应形成一活性金属微粒，以利后续进行金属化镀层金属沉积作用。
10.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述金属化处理，系利用低温溅镀或塑料水电镀的其中一种加工方式，使金属沉积于所述塑料本体表面形成一金属薄膜层；所述沉积金属选自于镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、锡(Sn)、铜(Cu)的其中一种或以上金属之间任一种复合金属构成。
11.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述光阻涂布处理，系将感光液态光阻以浸涂、移印或喷涂的方式，对金属薄膜层的表面涂布一光阻保护层；所述光阻保护层的感光液态光阻选自于正型或负型光阻的其中一种。
12.根据权利要求11所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述移印方式，系利用移印胶头蘸起感光液态光阻至金属薄膜层的表面，形成具有立体线路图形的光阻保护层。
13.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述曝光处理系采用单面或双面曝光的其中一种，利用雷射或紫外光源，依特定立体曝光线路图形的区域或位置直接照射于光阻保护层上，又所述立体曝光线路图形选自于立体光罩模、移印线路图形或直接扫瞄图形的其中一种。
14.根据权利要求13所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述立体光罩模选自于上述金属、塑料，或硅胶材料的其中一种，具有特定线路图形的透光槽口，作为选择性曝光的立体线路图形光罩。
15.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述显影处理系采用喷洒显影剂或浸泡显影剂的其中一种方式；所述蚀刻处理系采用喷洒蚀刻剂或浸泡蚀刻剂的其中一种方式；而所述剥除处理系采用喷洒剥膜剂或浸泡剥膜剂的其中一种方式。
16.根据权利要求1所述的塑料金属化立体线路制造方法，其特征在于：所述表层处理系采用化学镀方式加工形成所述金属保护层，所述金属保护层选自于镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、锡(Sn)、铬(Cr)的其中一种或一种以上金属之间任一种复合金属构成。
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