CN1551246A - 形成金属图形的方法及采用该金属图形的电磁干扰滤波器 - Google Patents

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�¬
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Abstract

本发明公开一种形成高导电性金属图形的方法，以及采用利用该方法形成的金属图形的电磁干扰滤波器(EMI)。该方法包括以下步骤：(i)将光催化化合物涂敷到一衬底上以形成一光催化膜，(ii)选择性地曝光该光催化膜以形成用作晶体生长的核的特征图形，以及(iii)镀该特征图形以便在其上生长金属晶体。该EMI滤波器包括该金属图形。与传统方法相比，根据本发明的方法，可以快速和有效地形成高导电性的金属布线图形。此外，包括所述金属图形的EMI滤波器不仅表现出优异的性能而且在降低制造成本和简化制造工艺方面具有优势。因此，该EMI滤波器可以广泛应用于平板显示装置，例如等离子体显示面板(PDP)。

Description

形成金属图形的方法及 采用该金属图形的电磁干扰滤波器
技术领域
本发明涉及一种形成高导电性金属图形的方法，以及采用利用该方法形成的金属图形的电磁干扰滤波器(以下简称为“EMI滤波器”)。更具体地，本发明涉及一种形成金属图形的方法，该方法包括以下步骤：(i)将光催化化合物涂敷到一衬底上以形成一光催化膜，(ii)选择性地曝光该光催化膜以形成用作晶体生长的核的特征图形(latent pattern)，以及(iii)镀该特征图形以便在其上生长金属晶体；一种利用该方法形成的金属图形；以及包括该金属图形的EMI滤波器。与传统方法相比，根据本发明的方法，可以快速和有效地形成高导电性的金属布线图形。此外，包括所述金属图形的EMI滤波器不仅表现出优异的性能而且在降低制造成本和简化制造工艺方面具有优势。因此，该EMI滤波器可以广泛应用于平板显示装置，例如等离子体显示面板(PDP)。
背景技术
近年来，随着急剧增长的对包括作为壁挂式电视的等离子体显示面板的显示装置的需求，人们开始关注显示装置发射的静电和有害的电磁波。例如，日本专利公开第平1-278800号公开了一种利用溅射或沉积工艺在屏幕的显示面板上形成透明电极的方法，而日本专利公开第2000-323890号描述了一种通过将与导电膜层叠的粘接剂涂敷到透明衬底上形成网状图形和采用光致抗蚀剂或可印制的抗蚀剂材料和金属蚀刻在导电膜上形成图形的方法。根据前一种方法，所述膜实际上具有100至2000之间的厚度，以便屏蔽有害的电磁波并保证PDP装置发射的可见光的传输。然而，在该膜厚范围内，电磁波屏蔽效果是不令人满意的(图1)。此外，后一种方法的问题是高制造成本以及额外需要操作家电产品的遥控器所需的近红外膜(图2和3)。作为替代的例子，日本专利公开第平5-16281和平10-72676号公开了一种通过将透明树脂层层叠到例如聚碳酸酯的透明衬底上、在该树脂层上进行无电镀铜并利用例如微光刻的蚀刻工艺在其上形成网形图形的制造电磁波屏蔽膜的方法(图4)。尽管该方法的优点是易于处理金属薄膜，但不利之处在于蚀刻溶液的成分、蚀刻温度和蚀刻时间在利用光刻的蚀刻过程中难以控制。此外，日本专利公开第2001-168574号提到一种无需进行蚀刻的形成网状图形的方法。根据该方法，包括减小的金属颗粒(无电镀催化剂)的透明树脂膜被层叠到透明衬底上，存在于形成在网状图形上的开口部分处的催化剂利用溶解剂被去活化或冲洗掉，电磁波或电子束被辐照到其上，并最终只对催化剂进行无电镀以便在网形图形上形成电磁波屏蔽膜。但是，该方法涉及额外工艺的使用，例如，存在于开口部分的催化剂必须通过喷墨工艺被去活化，或者在去活化之前必须采用光催化剂形成图形。因此，尽管无需蚀刻，但该方法的全部工艺条件是复杂的。
因而，本领域需要一种形成高导电性金属布线图形的方法，其中该金属布线图形可以以无需额外工艺的简单方式快速和有效地形成，所述额外工艺例如为用于形成金属薄膜的要求高真空和高温条件的工艺，或者用于形成细小图形的曝光工艺以及后续的蚀刻工艺。本领域还需要一种用于形成可以用来制造具有优异性能的金属图形的方法。
发明内容
本发明人认真地开展了大量研究，以解决上述问题。结果，本发明人发现，当反应性可以通过光加以改变的化合物，例如光催化化合物，被涂敷到一衬底上以形成光催化膜，该光催化膜被选择性地曝光以便通过光反应形成作为晶体生长的核的特征图形，并且该特征图形被镀以便生长金属晶体时，与传统方法相比可以快速和有效地形成金属图形，并且包括金属图形的EMI滤波器不仅展现出优异的性能，而且在降低制造成本和简化制造工艺方面具有优势，由此实现本发明。由此制造的EMI滤波器可以广泛地应用于例如等离子体显示面板的平板显示装置。
因此，本发明的一个特征在于提供一种形成金属图形的方法，其中该金属布线图形可以以无需额外工艺的简单方式快速和有效地形成，所述额外工艺例如为用于形成金属薄膜的要求高真空和高温条件的工艺，或者用于形成细小图形的曝光工艺以及后续的蚀刻工艺。
本发明的另一特征在于提供一种具有优异性能的EMI滤波器，其采用利用所述方法形成的金属图形来制造。
根据本发明的特征，提供一种用于形成金属图形的方法，其包括以下步骤：(i)将光催化化合物涂敷到一衬底上以形成一光催化膜；(ii)选择性地曝光该光催化膜以形成用作晶体生长的核的特征图形；以及(iii)镀该特征图形以便在其上生长金属晶体。
如果必要，本发明的方法还可以包括以下步骤，在步骤(iii)之前，利用金属盐溶液处理步骤(ii)中形成的特征图形以便在其上形成沉积有金属颗粒的图形。
根据本发明的特征，还提供一种包括利用所述方法形成的金属图形的EMI滤波器。
附图说明
通过以下的详细描述并结合附图，本发明的上述和其它目的、特征以及其它优点将会被更加清楚地理解，其中：
图1为示意地显示透明导电薄膜型EMI滤波器的结构的示意图；
图2为示意地显示金属网状图形型EMI滤波器的结构的示意图；
图3为示意地显示形成金属网状图形型金属图形的传统方法的示意图；
图4为示意地显示通过无电镀工艺形成金属网状图形的传统方法的示意图；
图5为示意地显示根据本发明形成负型金属网状图形的方法的示意图；以及
图6为示意地显示根据本发明形成正型金属网状图形的方法的示意图；
图7为示意地显示曝光光催化膜以形成负型特征图形的情况；以及
图8为示意地显示当曝光光催化膜以形成正型特征图形的情况。
具体实施方式
以下将根据所述各个步骤更详细地解释本发明。
步骤(i)
首先，将光催化化合物涂敷到一衬底上以形成一光催化膜。这里所用的术语“光催化化合物”是指其性质可以通过光而剧烈改变的化合物。某些光催化化合物当不曝光时是非活性的，而当被曝光时，例如紫外光，它们的反应性被增加。或者，某些光催化化合物当不曝光时是活性的，而当被曝光时，例如紫外光，它们的反应性消失并且它们变成非活性的。在前一种情况下，可以在后续的步骤(ii)中形成负型特征图形(参见图5)。另一方面，在后一种情况下，可以在后续的步骤(ii)中形成正型特征图形(参见图6)。
在本发明中用于形成负型特征图形的光催化化合物优选为那些在曝光前具有非活性的光催化化合物，但是当曝光时通过光反应被电子激活，因而可以表现出还原能力。更优选地，所述光催化化合物为含Ti的有机金属化合物，其曝光时可以形成TiOx(其中x为不大于2的数)。适合的含Ti的有机金属化合物的示例包括钛酸四异丙酯、钛酸四-n-丁酯(tetra-n-butyltitinate)、钛酸四-2-乙基己酯(tetrakis(2-ethyl-hexyl)titanate)、聚钛酸丁酯。
在本发明中用于形成正型特征图形的光催化化合物优选为那些在曝光前具有活性的光催化化合物，但是当曝光时通过光反应被氧化，因而在曝光部分失去它们的活性。更优选地，所述光催化化合物为含Sn的化合物。适合的含Sn化合物的示例包括SnCl(OH)和SnCl2。
接着在例如异丙醇的适当溶剂中溶解该光催化化合物，通过旋涂、喷涂、丝网印刷等方法可以将该溶液涂敷到透明衬底上。
本发明中使用的衬底没有特别的限制，但优选为透明塑料或玻璃衬底。作为透明塑料衬底的示例，可以述及丙烯酸树脂、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚醚砜、烯马来酰亚胺共聚物(olefin maleimide copolymer)、降冰片烯基树脂(norbornene-based resin)等。在要求优异的耐热的情况下，烯马来酰亚胺共聚物(olefin maleimide copolymer)和降冰片烯基树脂(norbornene-basedresin)是优选的。否则，优选采用聚酯膜、丙烯酸树脂等作为透明塑料衬底。
步骤(ii)
在所述步骤(i)中形成的光催化膜通过光掩模被选择性地曝露于紫外光以形成用作晶体生长的核的特征图形，其由活性部位和非活性部位构成。如果必要，该特征图形可以利用金属盐溶液加以处理以便在其上形成沉积有金属颗粒的图形。
用于曝光该光催化膜的曝光大气干扰和曝光剂量没有特别限制，而且可以根据所用的光催化化合物的种类来适当地选择。
当曝光该光催化膜以形成负型特征图形时，电子激活仅发生在光催化膜的曝光部分。这种电子激活使曝光部分中的光催化化合物变成活性的，使得存在于曝光部分中的金属离子被还原成金属，如图7所示。
另一方面，当曝光该光催化膜以形成正型特征图形时，氧化仅发生在光催化膜的曝光部分。由于氧化，曝光部分中的光催化化合物失去它的活性，而未曝光部分中的光催化化合物保持它的活性。因此，存在于未曝光部分中的金属离子被还原成活性金属，如图8所示。
在这一步骤中，如果必要，用作晶体生长的核的特征图形可以利用金属盐溶液加以处理，以便在其上形成沉积有金属颗粒的图形，以便在后续步骤(iii)中有效地形成密度更高的金属图形。具体地，该特征图形被浸入适当的金属盐溶液中。此时，沉积的金属颗粒起到在后续镀敷工艺中促进金属晶体生长的催化剂的作用。当所述图形被镀敷有铜、镍或金时，优选执行采用金属盐溶液的处理。对于金属盐溶液，优选使用Ag盐溶液、Pd盐溶液或它们的混合溶液。
步骤(iii)
在步骤(ii)中形成的用作晶体生长的核的特征图形，或者如果必要，沉积有金属颗粒的图形被镀敷以生长金属晶体，由此形成最终的金属图形。利用无电镀或者电镀工艺来进行镀敷。
在通过将所述特征图形浸入Pd盐溶液或Ag盐溶液来形成沉积有金属颗粒的图形的情况下，由于Pd或Ag的金属颗粒在无电镀溶液中作为催化剂表现出足够的活性，所以促进了晶体生长。因此，可以利于形成更致密的金属图形。
对于在这一步骤中使用的镀敷金属，可以述及Cu、Ni、Ag、Au以及它们的合金。可以根据最终的金属图形的类型来适当地决定镀敷金属的种类。为了形成高导电性的金属图形，优选使用铜化合物或银化合物的溶液。
无电镀或电镀通过公知的方法来实现。下面将给出更详细的解释。
在使用无电镀工艺来生长铜催化剂的情况下，其上形成有用作晶体生长的核的特征图形的衬底被浸入在具有以下成分的镀敷溶液中：1)铜盐，2)还原剂，3)复合剂，4)pH调节剂，5)pH缓冲剂以及6)改性剂。1)铜盐用作提供铜离子的来源。铜盐的例子包括铬化铜、硫酸铜、氰化铜。优选为硫酸铜。2)还原剂用来还原存在于衬底上的金属离子。还原剂的具体例子包括NaBH4、KBH4、NaH2PO2、联氨、甲醛水(formaline)以及聚糖(例如葡萄糖)。优选为甲醛水(formaline)和聚糖(例如葡萄糖)。3)复合剂用于防止碱溶液中氢氧化物的沉淀并控制自由金属离子的浓度，由此防止金属盐的分解并调整涂敷速度。复合剂的具体例子包括氨溶液、乙酸、核酸(guanine acid)、酒石酸、螯合剂(例如EDTA)和有机胺化合物。优选为螯合剂(例如EDTA)。4)pH调节剂起到调节镀敷溶液的pH值的作用，并且选自于酸性的或碱性的化合物。5)pH缓冲剂防止镀敷溶液的pH值突然变化，并且选自于有机酸和弱酸性的无机化合物。6)改性剂为能够改善涂敷和平面化特性的化合物。改性剂的具体例子包括表面活性剂和能够吸收干扰晶体生长的成分的吸附性物质。
在使用电镀工艺来生长铜晶体的情况下，其上形成有用作晶体生长的核的特征图形的衬底被浸入在具有以下成分的镀敷溶液中：1)铜盐，2)复合剂，3)pH调节剂，4)pH缓冲剂以及5)改性剂。所述镀敷溶液成分中包括的组分的功能和具体例子如上面无电镀工艺中所述。
在使用无电镀工艺来生长银催化剂的情况下，其上形成有用作晶体生长的核的特征图形的衬底被浸入在具有以下成分的镀敷溶液中：1)银盐，2)还原剂，3)复合剂，4)pH调节剂，5)pH缓冲剂以及6)改性剂。1)银盐用作给金属布线提供银离子的来源。银盐的具体例子包括铬化银、硝酸银、氰化银。优选为硝酸银。所述镀敷溶液成分中包括的其它组分的功能和具体例子如上所述。
在使用电镀工艺来生长银晶体的情况下，其上形成有用作晶体生长的核的特征图形的衬底被浸入在具有以下成分的镀敷溶液中：1)银盐，2)复合剂，3)pH调节剂，4)pH缓冲剂以及5)改性剂。所述镀敷溶液成分中包括的组分的功能和具体例子如上所述。
[实施例]
现在将参照以下优选实施例详细地描述本发明的构成和效果。但是，这些实施例是用于说明的目的而不应被认为是限制本发明的范围。
用作晶体生长的核的特征图形的形成：负型(基板(formation)实施例1)
在通过旋涂将聚钛酸丁酯(重量百分比为2.5％)的异丙醇溶液涂敷到作为衬底的透明聚酯膜上之后，所得到的膜在150℃干燥5分钟以具有30至50nm的厚度。具有宽波长范围的紫外光通过光掩模辐照所述衬底，在所述光掩模上利用紫外曝光设备(Oriel，美国)形成有细小的网状图形。在曝光后，所述衬底被浸入0.6克PdCl2和1毫升HCl与1升水形成的溶液中以便在曝光部分的表面上沉积Pd颗粒。结果，形成用作晶体生长的核的由Pd组成的负型图形。
用作晶体生长的核的特征图形的形成：正型(基板实施例2)
首先，22克SnCl2被溶解在1升水中并且随后加入10毫升盐酸以获得一溶液。在将作为衬底的透明聚酯膜浸入该溶液1分钟后，所得到的衬底在100℃干燥2分钟以形成具有50nm或更小的厚度的涂敷有光催化化合物的衬底。具有宽波长范围的紫外光通过光掩模辐照所述衬底，在所述光掩模上利用紫外曝光设备(Oriel，美国)形成有细小的网状图形。在曝光后，所述衬底被浸入0.6克PdCl2和1毫升HCl与1升水形成的溶液中以便在曝光部分的表面上沉积Pd颗粒。结果，形成用作晶体生长的核的由Pd组成的正型图形。
实施例1：利用无电镀铜镀敷的负型铜布线的形成
在上述形成基板实施例1中制备的衬底被浸入无电镀铜镀敷溶液中以选择性地生长铜布线的晶体。此时，无电镀铜镀敷溶液被制备以具有下面表1(a)中所示的成分。铜布线的基本物理性质被显示在下面的表2中。采用α-台阶仪(Dektak公司制造)测量铜布线的厚度，并采用4探针来测量电阻率。分辨率采用光学显微镜加以确定，而粘附力通过透明胶带剥离试验来确定。通过测量具有30～1000MHz频率范围的电磁波的穿透度来衡量电磁波的屏蔽效果。
实施例2：利用无电镀银镀敷的负型银布线的形成
除了不采用Pd盐溶液处理之外，衬底以与上述基板实施例1中相同的方式来制备。所得到的衬底被浸入无电镀银镀敷溶液中以选择性地生长银布线的晶体。无电镀银镀敷溶液被制备以具有下面表1(b)中所示的成分。银布线的基本物理性质采用与实施例1中所示的相同的方法来测量。结果被列在下面的表2中。
实施例3：利用无电镀铜镀敷的正型铜布线的形成
在上述形成基板实施例2中制备的衬底被浸入无电镀铜镀敷溶液中以选择性地生长铜布线的晶体。此时，无电镀铜镀敷溶液被制备以具有下面表1(a)中所示的成分。铜布线的基本物理性质采用与实施例1中所示的相同的方法来测量。结果被列在下面的表2中。
实施例4：利用无电镀银镀敷的正型银布线的形成
除了不采用Pd盐溶液处理之外，衬底以与上述基板实施例2中相同的方式来制备。所得到的衬底被浸入无电镀银镀敷溶液中以选择性地生长银布线的晶体。无电镀银镀敷溶液被制备以具有下面表1(b)中所示的成分。银布线的基本物理性质采用与实施例1中所示的相同的方法来测量。结果被列在下面的表2中。
表1
    (a)铜镀敷溶液     (b)银镀敷溶液
    硫酸铜3.5克罗谢尔盐8.5克甲醛水(37％)22毫升硫脲1克氨水1升35℃/5分钟     硝酸银4克葡萄糖45克罗谢尔盐4克聚乙烯醇1.5克乙醇100毫升40℃/30秒
表2
实施例 膜厚()    电阻率(μohm-cm)    分辨率(μm) 粘附力   电磁波屏蔽效果
  实施例1     2865     2.7     ＜5     好     好
  实施例2     2517     2.3     ＜5     好     好
  实施例3     2680     3.1     ＜5     好     好
  实施例4     2650     2.6     ＜5     好     好
根据本发明的方法，可以通过利用简单的涂敷工艺而不是传统的物理沉积工艺形成光催化化合物薄膜并随后通过简单的镀敷处理来形成金属图形。因此，可以在不涉及需要高真空条件的溅射工艺、使用光敏树脂的光刻(photopatterning)工艺和蚀刻工艺的情况下快速和有效地形成高导电性金属布线图形。此外，包括所述金属图形的EMI滤波器不仅表现出优异的性能而且在降低制造成本和简化制造工艺方面具有优势。
尽管已公开了用于说明目的的本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种调整、添加和替换是可能的。

Claims (10)

1.一种形成金属图形的方法，包括以下步骤：
(i)将光催化化合物涂敷到衬底上以形成光催化膜；
(ii)选择性地曝光该光催化膜以形成用作晶体生长的核的特征图形；以及
(iii)镀敷所述特征图形以便在其上生长金属晶体。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤，在步骤(iii)之前，利用金属盐溶液处理步骤(ii)中形成的特征图形以便在其上形成沉积有金属颗粒的图形。
3.如权利要求2所述的方法，其中金属盐溶液为钯盐溶液、银盐溶液或它们的混合溶液。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中光催化化合物为(a)在曝光前具有非活性但曝光时通过光反应被电子激活而表现出还原能力的化合物；或者(b)在曝光前具有活性但曝光时通过光反应被氧化而失去它的活性的化合物。
5.如权利要求4所述的方法，其中通过光而表现出还原能力的化合物(a)为含Ti的有机金属化合物，其在曝光时形成TiOx(其中x为不大于2的数)；而通过光而失去其活性的化合物(b)为含Sn的化合物。
6.如权利要求5所述的方法，其中含Ti的有机金属化合物选自于由钛酸四异丙酯、钛酸四-n-丁酯、钛酸四-2-乙基己酯和聚钛酸丁酯组成的组中，含Sn化合物为SnCl(OH)或SnCl2。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中步骤(iii)中的镀敷通过无电镀或电镀工艺进行。
8.如权利要求7所述的方法，其中镀敷金属选自于由Cu、Ni、Ag、Au和它们的合金组成的组中。
9.一种包括通过如权利要求1或2所述的方法形成的金属图形的电磁干扰滤波器。
10.一种包括如权利要求9所述的电磁干扰滤波器的平板显示装置。
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