CN104616720B - 金属线路结构、形成方法，及用以形成其的液态触发材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种形成金属线路的方法、用以形成金属线路的液态触发材料以及金属线路结构。金属线路结构包括基材、第一触发层以及第一金属线路层。第一触发层位于基材上且包括第一线路图案。第一金属线路层位于第一线路图案上且与基材电性绝缘。第一触发层的成份包括绝缘胶体及多个触发粒子，触发粒子为有机金属粒子、金属螯合物或能隙大于等于3电子伏特的半导体材料至少其中之一。触发粒子散布于绝缘胶体中，使第一触发层的介电常数介于2‑6.5之间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种形成金属线路的方法、用以形成金属线路的液态触发材料及金属线路结构，且特别是有关于以无电镀在基材上形成金属线路的方法、应用于无电镀的液态触发材料及形成的金属线路结构。
背景技术
为了在携带式电子装置内加入更多的功能，或将其尺寸做的更轻薄短小，厂商无不尽力缩减装置内零件的体积。例如过去以印刷电路板为主的收发天线，逐渐被直接将导电材料电镀在机壳上的激光直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)技术所取代。
不过，LDS技术仅能应用在特定塑料基材之上，且需添加激光活化粒子，限制了介电常数与高频天线的使用；而由于使用射出成型，整个结构的厚度会超过2毫米(mm)，激光刻蚀导电线路的厚度至少需要10-15μm，且仅能形成单层的导电线路。
发明内容
本发明是有关于一种形成金属线路的方法、用以形成金属线路的液态触发材料及金属线路结构，能够在多种不同的基材上形成单层或多层的金属线路。
根据本发明的第一方面，提出一种用以形成金属线路的液态触发材料，触发材料适于加热而固化。触发材料包括绝缘胶体及多个触发粒子。绝缘胶体为高分子材料，触发粒子包括：有机金属粒子、金属螯合物、或能隙大于等于3电子伏特(eV)的半导体材料至少其中之一，触发粒子可受第一波长的激光照射活化。其中，触发粒子散布于绝缘胶体中，使触发材料的黏度小于10000厘泊，且液态触发材料在固化后的介电常数介于2-6.5之间。
根据本发明的另一方面，提供一种形成金属线路的方法。方法包括提供基材；在基材上形成第一触发层，第一触发层由上述液态触发材料固化而成；以第一波长的激光在第一触发层上烧蚀第一线路图案，使第一线路图案暴露并活化部分的触发粒子；以及以无电镀法在第一线路图案上沉积金属材料，形成第一金属线路层。
根据本发明的再一方面，提供一种金属线路结构。金属线路结构包括基材、第一触发层及第一金属线路层。第一触发层位于基材上且包括第一线路图案。第一金属线路层位于第一线路图案上且与基材电性绝缘。第一触发层的成份包括绝缘胶体及多个触发粒子，触发粒子为有机金属粒子、金属螯合物或能隙大于或等于3电子伏特的半导体材料至少其中之一。触发粒子散布于绝缘胶体中，使第一触发层的介电常数介于2-6.5之间。
为了对本发明的上述及其他方面有更好的了解，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为本发明一实施例的形成金属线路方法的流程图。
图2A至图2C绘示图1的形成金属线路方法的步骤。
图3绘示依照本发明一实施例的金属线路结构。
图4绘示依照本发明另一实施例的金属线路结构。
图5A至图5C绘示依照本发明又一实施例的形成金属线路方法的步骤。
【符号说明】
S01-S04：步骤；
10、20、30、40：金属线路结构；
100：基材；
200：第一触发层；
200’：第二触发层；
210：绝缘胶体；
220：触发粒子；
222：色料；
230：第一线路图案；
300：第一金属线路层；
300’：第二金属线路层；
310：层间连接器。
具体实施方式
请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的形成金属线路方法的流程图。如图所示，方法包括步骤S01：提供一基材。步骤S02：在基材上形成触发层。步骤S03：在触发层上形成线路图案。步骤S04：在线路图案上沉积金属。通过上述方法，可在基材上形成单层或多层的金属线路。
以下配合图2A至图2C说明图1的形成金属线路方法的详细步骤。
首先，如图2A所示，提供基材100，并在基材100上形成第一触发层200。基材100的材质并不限制，例如可为导电材质或是不导电材质。本例中基材100的表面为平面，但实际应用上，可在任意形状的基材表面上形成第一触发层200，形成立体的金属线路结构。第一触发层200由触发材料加热固化而成，触发材料则包括绝缘胶体210与多个触发粒子220，其中触发粒子220散布于绝缘胶体210中。绝缘胶体210为高分子材料，例如可选用环氧树脂(EPOXY)、聚氨酯(PU)或环烯烃类共聚物/聚合物(Cyclic olefin copolymer/polymer，COC/COP)等，绝缘胶体210的固化温度需低于基材100的耐热温度或玻璃转换温度(glasstransition temperature，Tg)。在一实施例中，为了配合后续的无电镀工艺(容后详述)，因此基材100与绝缘胶体210的玻璃转换温度Tg都大于等于60℃，但并不以此为限。一实施例中，当混有触发粒子220的液态触发材料的黏度小于10000厘泊(cP)，其固化而成的第一触发层200平整且均匀。触发粒子220为具有高介电常数的活性粒子，包括有机金属粒子、金属螯合物以及能隙大于或等于3电子伏特(eV)的半导体材料，可选用其中一种，也可混合使用。一实施例中，在加入这些触发粒子后，可使触发材料在固化后的介电常数介于2-6.5之间。触发材料还可包括色料222。色料222可为一般的染料，包含无机色料与有机色料其中之一，无机色料例如是：白色的二氧化钛、黑色的碳黑，有机色料例如是：偶氮颜料(-N＝N-)、菁铜兰(C32H16N8Cu)、菁绿(C32HCl15N8Cu)其中之一。色料222的添加，能提高触发材料对激光的吸收率，使后续的激光烧熔步骤(于后详述)更易进行，但并非必要，如果绝缘胶体210所使用的高分子材料对激光具有吸收性，则可不需添加色料222。将色料222及触发粒子220均匀的混合散布在绝缘胶体210中，即完成本实施例的液态的触发材料；而将触发材料以喷洒、网印或涂布等方式覆盖在基材100预定形成金属线路层的位置上，待触发材料因加热而固化后，即形成第一触发层200。一实施例中，触发粒子220占触发材料的0.1-30重量百分比，色料222占触发材料的3-30重量百分比。
如前所述，触发粒子220可以是有机金属粒子。有机金属是金属与碳键结的化合物，其结构以R-M-R或R-M-X表示。其中M为金属，例如是金、银、铜、锡、铝、镍或钯等其一或其所组成的群组；R为有机官能基，包括烷基、芳香烃、环烷、卤烷、杂环或羧酸等；X为卤素化合物或胺类。在一实施例中，有机金属粒子可为：2-噻吩氰基酮酸锂(Lithium 2-thienylcyanocuprate，C5H3CuLiNS)、氯化苯镁(Phenylmagnesium chloride，C6H5ClMg)、4-三正丁基锡基吡啶4-(Tributylstannyl)pyridine (C17H31NSn)、二氯乙基铝(Ethylaluminum dichloride，C2H5AlCl2)其一或多个混合。要说的是，有机金属的结构R-M-R中，金属M可键结两个以上的有机官能墓R，在一实施例中，金属M可键结4个或是6个的有机官能基R。此外，与金属M键结的多个有机官能基R可以相同，也可以不同，并不以此为限。
触发粒子220也可以是金属螯合物(Chelation)，由螯合剂螯合金属所组成。例如可以用吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(Ammonium pyrrolidine dithiocarbamate，APDC)螯合铜、铁、镍或锌其一等金属或其所组成的群组；用乙二胺四乙酸(ehtylenediaminetetraacetic acid，EDTA)、N,N’-双(羧基甲基)甘氨酸氨三乙酸(nitrotriacetate，NTA)或二乙烯三胺五乙酸(diethylenetriamine pentaacetic acid，DTPA)之类的螯合剂螯合金、银、铜、锡、铝、镍、钯等金属其一或其所组成的群组，本发明并不对螯合剂及金属的种类做限制。
此外，触发粒子220还可以是能隙大于或等于3电子伏特的半导体材料。其中能隙大于或等于3eV的半导体材料包括：氮化镓GaN、硫化锌ZnS、碳化硅SiC、氧化锌ZnO、二氧化钛TiO2及氮化铝镓A1GaN等。能隙大于或等于4eV的半导体材料则包括氮化铝A1N、氧化铝A12O3、氮化硼BN、氮化硅Si3N4及二氧化硅SiO2等，触发粒子220即可选白上述的半导体材料其一或其所组成的群组。
值得注意的是，当金属原子被有机官能基R或螯合剂所包围时，电子无法自由移动，因此不具有导电性。也就是说，以上叙述的三种触发粒子220在进行后续的激光烧熔步骤之前都不具有导电性，且具有较高的介电常数。因此触发粒子220与绝缘胶体210混合固化后形成的第一触发层200也具有较高的介电常数。一实施例中，第一触发层200的介电常数介于2-6.5之间，相比于传统激光直接成型LDS技术采用金属微粒作为后续无电镀工艺的触发粒子，本实施例的第一触发层200具有良好的绝缘特性，较不易有漏电现象。本实施例的所形成的金属电路由于具有较高的介电常数，可应用在例如是无线电电路的高频电路上，而不会造成信号干扰。
此外，由于第一触发层200是以液态的触发材料固化而成，其厚度以及形成位置可以自由调整，不一定要如图2A般整层覆盖在基材100上，而可喷涂在基材100的特定区域，使触发粒子220集中并节省材料。一实施例中，第一触发层200的厚度介于10-100微米(μm)。相对的，LDS技术是以触媒与塑料粒子双料射出成型，应用在大型样品时则需要大量触媒，且触媒容易分布不均使金属线路难以形成。更甚者，LDS使用的射出成型设备极限大约为200微米，而实际制成的金属线路结构厚度约为0.5-2毫米(mm)，远远不及本实施例所能达到的范围。
请回到图2B，在基材100上形成第一触发层200后，根据所欲形成的金属线路层，利用第一波长的激光于第一触发层200上烧熔出第一线路图案230，使第一线路图案230暴露并活化部分的触发粒子220。在一实施例中，激光可使用高能量激光(例如YAG激光)进行，但并不以此为限。第一线路图案230的深度、线宽及尺寸可根据产品需求改变，只要调整激光的能量与照射时间即可。不过，第一线路图案230必须暴露出第一触发层200内的触发粒子220，以在后续的工艺中沉积金属材料。
由于第一触发层200中触发粒子220的重量百分比可以自由调整，若触发粒子220占触发材料的重量百分比较高时，较浅及窄的第一线路图案230即可暴露触发粒子220；相对的，若触发粒子220占触发材料的重量百分比较低时，需要较深及宽的第一线路图案230才能暴露触发粒子220。一实施例中，当触发粒子220占触发材料的重量百分比为1-2％时，第一线路图案230的线宽可小于或等于30微米，且深度为5-15微米，可让后续工艺上，第一金属线路层300具有相同的线宽及深度。相比于现有LDS技术的金属线路线宽80-100微米有显著降低(0.3倍)。
然后，如图2C所示，在第一线路图案230上沉积金属材料，形成第一金属线路层300，便成功在基材100上形成金属线路。沉积金属材料的方法例如为无电镀法(Electroless Plating)，将图2B所示的结构放入电镀液中，电镀液中的待镀金属离子便会与第一线路图案230上暴露的触发粒子220产生氧化还原反应，使待镀金属离子还原成金属并沉积在第一线路图案230上。当触发粒子220为有机金属或金属螯合物时，激光会打断有机官能基与金属间的共价键R-M，使部分金属裸露；而当触发粒子220为能隙大于或等于3电子伏特的半导体材料时，激光能量会激发半导体材料内的共价电子，使其产生电洞能够形成白发性还原。因此，只有第一触发层200上受到激光照射的部分(即第一线路图案230)的触发粒子220会被活化，因此能够在上方再沉积金属材料。激光的第一波长可依选用的触发粒子220的不同而调整，例如可介于400-1200纳米(nm)。
因此，经由上述方法形成的金属线路结构可如图2C所示，金属线路结构10包含基材100、第一触发层200及第一金属线路层300。第一触发层200位于基材100上且包括第一线路图案230。第一金属线路层300位于第一线路图案230上，且第一金属线路层230与基材100电性绝缘。此外，由液态触发材料固化后所产生的第一触发层200的成分，与触发材料相同，此并不赘述。
值得注意的是，图2C中所示的金属线路结构10仅具有单层金属线路层300，但并不限制于此。本发明一实施例的形成金属线路方法能够形成具有多个金属线路层的金属线路结构。举例来说，图3所示的金属线路结构20便具有两个金属线路层，分别为第一金属线路层300及第二金属线路层300’，结构上与图2C的差异在于还包括了第二触发层200’及第二金属线路层300’，其中第二触发层200’具有第二线路图案且覆盖第一触发层200及第一金属线路层300，第二金属线路层300’位于第二线路图案上。
图3所示的金属线路结构20的制造方法，是在图2C的单层金属线路结构10完成后，重复步骤S02-S04，形成第二触发层200’覆盖第一触发层200及第一金属线路层300，以第一波长激光于第二触发层200’上形成第二线路图案，再以无电镀法于第二线路图案上沉积金属材料，形成第二金属线路层300’。第二触发层200’可用与第一触发层200相同的触发材料形成。依此类推，只要重复步骤S02-S04，便可使基材100上具有多层金属线路层，形成具有多个金属线路层的多层金属线路结构。相比于无法制作多层线路的LDS技术，本实施例的形成方法可形成更复杂的线路，能应用在更多领域。
此外，因固化后的第一触发层200、第二触发层200’为绝缘体，只要控制第二触发层200’中第二金属线路层300’的深度，便可避免第二金属线路层300’与第一金属线路层300接触造成短路。相对的，如果希望电性连接第一金属线路层300与第二金属线路层300’，只要在激光烧熔第二触发层200’时，使第二线路图案的最大深度与第二触发层200’的厚度相同，也就是烧穿第二触发层200’，便可在沉积第二金属线路层300’的时候一并形成层间连接器310’，电性连接第一金属线路层300与第二金属线路层300’，如图4所示的金属线路结构30。
图5A至图5C叙述依照本发明另一实施例的形成金属线路的方法的详细步骤，其与图2A至图2C所述的步骤差别在于，图5A至图5C的方法中使用了不同组成的触发材料，而相同之处不再赘述。
如图5A所示，提供基材100，并在基材100上形成第一触发层200。第一触发层200也由触发材料加热固化而成，而触发材料由绝缘胶体210、触发粒子220及光起始剂(未绘示)均匀混合制成。光起始剂例如为一种负型光刻胶(Negative Photoresist)，例如是：2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮(2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanone)、4-乙酰氨基苯磺酰氯(4-Acetamidobenzenesulfonylchloride)、二甲氧基-2-苯基苯乙酮(Dimethoxy-2-phenylacetophenon，DMPEP)，但不以此为限。负型光刻胶受特定波长的光线照射后会产生键结，强化结构。在一实施例中，光起始剂占触发材料的0.1-10重量百分比，但并不以此为限。将触发材料以喷洒、网印或涂布等方式覆盖在基材100上，待固化后则形成第一触发层200。第一触发层200形成后，以特定波长的激光照射第一线路图案230的预定位置，以固化第一线路图案230部分的光起始剂，并活化第一线路图案230部分的触发粒子220。根据选用的光起始剂与触发粒子220的不同，可用同一波长的激光同时固化光起始剂以及活化触发粒子220；也可分两次照射，先以第二波长的激光固化光起始剂，再以第一波长的激光活化触发粒子220。也就是说，固化光起始剂的第二波长与活化触发粒子220的第一波长，可以相同，也可以不同，例如第二波长的范围介于300-500纳米。
接着，如图5B所示，将第一线路图案230预定位置之外的第一触发层200去除。去除的方法例如是将第一触发层200浸泡在显影剂之中，由于光起始剂为负型光刻胶，未受照射的部分会被显影剂溶解，而受照射的部分会强化而不会被显影剂去除，留下第一线路图案230。
再来，如图5C所示，以无电镀法于第一线路图案230上沉积金属材料，产生第一金属线路层300，便成功在基材100上形成金属线路。此种方法能够在透明的基材上形成金属线路。
上述实施例所述的形成金属线路的方法，利用特定的触发材料在基材上形成触发层，再在触发层上沉积金属材料以形成金属线路结构，形成的金属线路结构相比于现有的LDS具有较高的介电常数、较薄的厚度以及较窄的线宽，且可用于各种不同的基材，更可形成一层以上的金属线路结构。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更改与修饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (21)
1.一种用以形成金属线路的液态触发材料，其特征在于，适于加热而固化，该液态触发材料包括：
一绝缘胶体，为高分子材料；以及
多个触发粒子，包括以铜、银、钯为金属的有机金属粒子，该些触发粒子可受一第一波长的激光照射活化，该些有机金属粒子的结构为R-M-R或R-M-X，其中M为金属，R为烷基、芳香烃、环烷、卤烷、杂环或羧酸，X为卤素化合物或胺类；
其中，该些触发粒子散布于该绝缘胶体中，使该触发材料的黏度小于10000厘泊，且该液态触发材料在固化后的介电常数介于2-6.5之间。
2.根据权利要求1所述的液态触发材料，其中该第一波长为400-1200纳米。
3.根据权利要求1所述的液态触发材料，其中该些触发粒子占该触发材料0.1-30重量百分比。
4.一种用以形成金属线路的液态触发材料，其特征在于，适于加热而固化，该液态触发材料包括：
一绝缘胶体，为高分子材料；以及
多个触发粒子，包括由一螯合剂螯合一金属所组成金属螯合物，该螯合剂为吡咯烷二硫代氨基甲酸铵、乙二胺四乙酸、N,N’-双(羧基甲基)甘氨酸氨三乙酸或二乙烯三胺五乙酸至少其中之一，该些触发粒子可受一第一波长的激光照射活化；
其中，该些触发粒子散布于该绝缘胶体中，使该触发材料的黏度小于10000厘泊，且该液态触发材料在固化后的介电常数介于2-6.5之间。
5.根据权利要求4所述的液态触发材料，其中该金属选自由金、银、铜、锡、铝、镍及钯其一或其所组成的群组。
6.根据权利要求1或4所述的液态触发材料，还包括一光起始剂，该光起始剂混合在该绝缘胶体中，且可以一第二波长的激光固化，该光起始剂占该触发材料的0.1-10重量百分比。
7.根据权利要求6所述的液态触发材料，其中该第二波长的范围介于300-500纳米。
8.根据权利要求1或4所述的液态触发材料，其特征在于，还包括一色料，该色料散布在该绝缘胶体中，且该色料占该触发材料的3-30重量百分比。
9.一种形成金属线路的方法，其特征在于，包括：
提供一基材；
在该基材上形成一第一触发层，该第一触发层由权利要求1或4的液态触发材料固化而成；
以该第一波长的激光在该第一触发层上烧蚀一第一线路图案，使该第一线路图案暴露并活化部分的该些触发粒子；以及
以无电镀法在该第一线路图案上沉积金属材料，形成一第一金属线路层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
形成一第二触发层覆盖该第一触发层及该第一金属线路层；
以该第一波长的激光在该第二触发层上形成一第二线路图案；以及
以无电镀法在该第二线路图案上沉积金属材料，形成一第二金属线路层，使该基材上具有多层金属线路，
其中该第二触发层由该液态触发材料固化而成。
11.根据权利要求9所述的方法，其中当该液态触发材料包括一光起始剂时，先以一第二波长激光固化该光起始剂，再以该第一波长的激光活化该些触发粒子；以及
去除该第一触发层未被激光照射的部分。
12.一种金属线路结构，其特征在于，包括：
一基材；
一第一触发层，位于该基材上且包括一第一线路图案；以及
一第一金属线路层，位于该第一线路图案上，该第一金属线路层与该基材电性绝缘，
其中，该第一触发层的成份包括一绝缘胶体及多个触发粒子，该些触发粒子包括以铜、银、钯为金属的有机金属粒子，该些有机金属粒子的结构为R-M-R或R-M-X，其中M为金属，R为烷基、芳香烃、环烷、卤烷、杂环或羧酸，X为卤素化合物或胺类，且该些触发粒子散布于该绝缘胶体中，使该第一触发层的介电常数介于2-6.5之间。
13.根据权利要求12所述的金属线路结构，其特征在于，还包括
一第二触发层，具有一第二线路图案且覆盖该第一触发层及该第一金属线路层；以及
一第二金属线路层，位于该第二线路图案上，
其中，该第二触发层的材料与该第一触发层的材料相同。
14.根据权利要求13所述的金属线路结构，其中该第二线路图案的最大深度与该第二触发层的厚度相同，以使该第一触发层及该第二触发层形成一层间连接器。
15.根据权利要求12所述的金属线路结构，其中该第一触发层的厚度介于10-100微米。
16.根据权利要求12所述的金属线路结构，其中该第一金属线路层的线宽小于或等于30微米。
17.一种金属线路结构，其特征在于，包括：
一基材；
一第一触发层，位于该基材上且包括一第一线路图案；以及
一第一金属线路层，位于该第一线路图案上，该第一金属线路层与该基材电性绝缘，
其中，该第一触发层的成份包括一绝缘胶体及多个触发粒子，该些触发粒子包括由一螯合剂螯合一金属所组成的金属螯合物，该螯合剂为吡咯烷二硫代氨基甲酸铵、乙二胺四乙酸、N,N’-双(羧基甲基)甘氨酸氨三乙酸或二乙烯三胺五乙酸至少其中之一，且该些触发粒子散布于该绝缘胶体中，使该第一触发层的介电常数介于2-6.5之间。
18.根据权利要求17所述的金属线路结构，其中该金属选自由金、银、铜、锡、铝、镍及钯其一或其所组成的群组。
19.根据权利要求12所述的金属线路结构，其中该些触发粒子占该第一触发层0.1-30重量百分比。
20.根据权利要求12或17所述的金属线路结构，其中该第一触发层还包括一光起始剂，该光起始剂混合在该绝缘胶体中，且该光起始剂占该第一触发层的0.1-10重量百分比。
21.根据权利要求12或17所述的金属线路结构，其中该第一触发层还包括一色料，该色料散布在该绝缘胶体中，且该色料占该第一触发层的3-30重量百分比。
Applications Claiming Priority (2)
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