TW201421800A - 於不導電基材上形成導電圖案的方法 - Google Patents

Abstract

本發明係一種於不導電基材上形成導電圖案的方法，該方法係對一不導電基材上之至少一局部區域，進行表面處理，以使該不導電基材表面形成複數孔洞，各該孔洞之口徑係介於0.02μm~40μm間，深度亦係介於0.02μm~40μm間；使該不導電基材接觸一界面活性劑混合溶液；嗣，令該不導電基材接觸一還原劑溶液；最後，使該不導電基材接觸一無電鍍金屬鍍液，以令該無電鍍金屬鍍液中的金屬離子，能在該不導電基材上之該局部區域析出，並形成一導電圖案。

Description

於不導電基材上形成導電圖案的方法

本發明涉及一種於不導電基材上形成導電圖案的方法，尤指一種對一不導電基材進行表面處理後，藉由無電鍍法在該不導電基材上形成導電圖案之方法。

按，各種具通訊功能之電子裝置(如：行動電話、衛星導航裝置、筆記型電腦……等)，能提供使用者在生活與工作上諸多的便利(如：可進行無線通訊、無線定位、無線傳輸資料……等)，故，近年來，該等電子裝置的消費市場日趨龐大。隨著消費市場的大幅成長，該等電子裝置之相關業者，莫不投入大量的研發能量，以求在此一消費市場占有一席之地。其中，針對該等電子裝置的天線之相關研發，更係一直如火如荼地持續進行中。

在日本第11-202818號，名稱為「天線構造體」之專利前案中，揭示了一種天線製造方法，該方法需先將介電材料與玻璃粉混合造粒，再將其滾壓塗佈於基材表面，以形成天線構造。其中的混合造粒工序複雜，且塗佈層與基材給合力不佳。

在日本第2000-221582及2001-041062號，名稱為「晶片天線及其製造方法」之專利前案中，揭示了一種天線的製造方法，其係將天線導體及介電質晶片堆疊於晶片之內，透過該方法所製成之天線，雖已較傳統天線大幅縮小體積，但仍需在裝置內部佔有部份空間。

在日本第2002-015637號，名稱為「平面天線的製造方法」之專利前案中，其所揭示的天線製造方法係在一金屬基材上進行多層電鍍，嗣，對該金屬基材進行沖孔，以獲得天線元件，由於此方法將產生大量沖壓廢料，因此將使成本上升，且金屬基材會使成品重量增加，且此一方法無法製作曲面天線。

在臺灣第I241052號，名稱為「微型晶片天線之製造方法」之發明專利前案中，揭示了一種天線製造方法，其係在介電基板上製作電路，再以陶瓷或塑膠材料封裝，使用此方法雖然具有能大量製造天線之優點，但仍會佔去介電基板內部寶貴的空間。

在臺灣第I248698號，名稱為「一種用於無線電子裝置的天線模組之製造方法」之專利前案中，揭示了一種天線製造方法，該方法係先製作完成天線迴路，嗣，以模內射出之方式完成封裝，透過該方法生產天線不僅工續繁瑣，且實際應用上的良率有限。

在日本第2002-368914號，名稱為「內置型天線及其製造方法和固定方法和使用其的電子裝置」之專利前案中，揭示了一種天線製造方法，該方法必須先以金屬片將天線衝壓成型，並在內置殼體上打通多個方孔，以致生產過程中殼體製造困難，此外，透過該方法亦無法製成立體天線。

在臺灣第I272045號，名稱為「天線之印刷製程」之專利前案中，其所揭示之天線製造方法係將導電物質以印刷方式印在移印膜上，嗣，將移印膜上的導電物質再將轉印至基板上，惟，透過該方法製造的天線厚度受到限制，且該方法無法被應 用在曲面上製造天線。

在美國第60/697,599及11/452,108號，名稱為「製造無線射頻辨識標籤之方法及其形成結構」之專利前案中，揭示了一種天線製造方法，其係將半導層及導體層重複堆疊於金屬箔片之上，如欲採用該方法製造天線，則必須在製程設備上投入較高的成本，且該方法亦無法在曲面上製造天線。

在日本第2005-077108號，名稱為「射頻辨識(RFID)標籤，模組構件以及射頻辨識標籤的製造方法」之專利前案中，其所揭示之天線製造方法係將混有金屬填充物的樹脂材料糊狀物成型於基底上，並連接於金屬貼片之上，惟，由於樹脂材料糊狀物成型後導電性質不穩定，因此難免成為整體設計上的不穩定因子。

在臺灣第I308809號，名稱為「柱狀天線裝置及其製造方法」之專利前案中，其所揭示的天線製造方法係在柱狀本體外圍形成一金屬層，再移除部份金屬層以形成所需特定圖像，惟，藉由該方法生產天線時，所移除的金屬層將墊高製造天線所需之成本。

在臺灣第I313524號，名稱為「電子裝置及其線性天線之製造方法」之專利前案中，其所揭示的天線製造方法雖與機殼為一體成型之結構，惟，其天線構造仍為獨立之金屬結構，而必須佔據該機殼之部份空間。

在臺灣第I320219號，名稱為「連續電鍍製作線路元件之方法及線路元件結構」之專利前案中，其所揭示的天線製作方法係在矽基材使用半導體製程形成線路結構，無法在一般基材 上成形。

在臺灣第I323633號，名稱為「電子裝置之殼體結構」之專利前案中，其所揭示的天線製造方法係在金屬機殼上形成天線圖案，但無法在塑膠基材上形成天線。

在臺灣第I327607號，名稱為「電鍍件及其製造方法」之專利前案中，其所揭示的電鍍件製造方法係在整體表面鍍上完整的金屬層，再將不需要的部份移除，此一作法亦會墊高製造天線所需之成本。

在臺灣第I330906號，名稱為「一種柱狀天線裝置及其製造方法」之專利前案中，其所揭示的天線製造方法係在柱狀本體外圍形成一金屬層，再移除部份金屬層，以形成所需特定圖像，同樣地，此一作法亦會墊高製造天線所需之成本。

在臺灣第I335080號，名稱為「濕式製作金屬導線的方法」之專利前案中，其所揭示的導線製造方法係在絕緣基材上使用黏性物質黏合催化層，並在其上方以無電鍍第一金屬層形成特定線路圖案，惟，由於該催化層附著力不佳，以致該第一金屬層時有剝落耗損之虞。

在歐洲第03009488.2號，及美國第60/466,309號，名稱為「通訊設備之天線裝置」之專利前案中，其所揭示的天線製作方法係將一獨立的天線組件鑲嵌於外殼之內，此一作法會影響殼體的厚度。

在臺灣第I337786號，名稱為「無線射頻標籤(RFID)之天線製造方法」之專利前案中，其所揭示的天線製作方法係以遮罩遮蔽後以電漿清洗、電暈處理或臭氧化進行表面活化，但 仍在全表面附著方溶解蝕刻，工序繁複且成本高昂。

在日本第2005-194496號，名稱為「RFID標記及其製造方法」之專利前案中，其所揭示之天線製作方法係以導電粒子混入熱塑性樹脂中形成糊狀體，再以之形成導電迴路，惟，此一作法之導電性不易控制。

在臺灣第I344333號，名稱為「電子裝置殼體及其製造方法」之專利前案中，其所揭示之天線製造方法係在金屬殼體上嵌入天線元件，其組裝繁複，且會佔據該殼體之一定體積。

在日本第2006-114849號，名稱為「金屬圖案形成方法、金屬圖案及印刷配線板」之專利前案中，其所揭示的線路製作方法係在基材表面形成聚合物層後加以還原，再於其上形成所需線路的光阻層，繼之電鍍形成所需之圖案，該方法之製程繁複，且所採用的光阻劑成本高昂。

在韓國第10-2006-0033619號、第10-2006-0038640號及第10-2006-0038641號，名稱為「金屬電極製造方法」之專利前案中，其所揭示之電極製造方法係在基材表面以光阻形成所需線路，該方法同樣有製程繁複及成本高之缺點。

在日本第2006-216727號及第2007-001989號，名稱為「射頻識別標籤及其製造方法」之專利前案中，其所揭示的天線製造方法係採用印刷蝕刻的方式形成線路，該方法亦有製程繁複成本高之缺點。

在韓國第10-2007-0020168號，名稱為「形成低電阻率金屬圖案之方法」之專利前案中，其所揭示的製作方法係在基材表面形成敏化層及光敏層進行圖案蝕刻，此一方法同樣有製程 繁複且成本高昂之缺點。

在臺灣第I361208號，名稱為「於一基材形成金屬圖案之方法」之專利前案中，其所揭示的天線製造方法，係使用印刷線路後再將所需圖案轉印至基材表面以形成天線，採用此一方法製作天線會面臨製程繁複且成本高之缺點，且藉由該方法在曲面上製作天線時，其所生產之天線有不良率高而品質不穩之問題。

在日本第2007-030682號，名稱為「電子元件製造系統及電子元件製造方法」之專利前案中，其所揭示的製造方法係先在一前導基材上形所需元件後，再以轉印黏貼的方式移至成品基材上，此一方法同樣有製程繁複且成本高之缺點，且藉由該方法在曲面上製作天線時，其所生產之天線亦有不良率高而品質不穩之問題。

在韓國第10-2006-0033757號及第10-2007-0035607號，名稱為「用於無電電鍍形成電磁屏蔽層之含催化前趨物的樹脂組成物，使用該樹脂組成物形成金屬圖案之方法，及由該方法所形成之金屬圖案」之專利前案中，其所揭示的製作方法需使用特定樹脂混入特定物質，且採用了一般半導體之製程，以致整體流程繁複且成本高昂。

綜上所述可知，習知用於製造天線之技術，經常必須佔用裝置內的大量空間，因而不利電子產品整體的小型化；此外，多數技術僅適合被應用於製造平面天線，難以應用於生產曲面上的天線，使得所生產之天線的應用範圍受到大幅限制；再者，雖然有些習知技術能克服上述問題，但卻有製程繁複及造 價昂貴之缺點，甚至，其中某些習知技術所產生之天線，其與所依附之表面間的附著力不佳，因而使天線極易剝落耗損，除影響產品的生產良率外，亦影響成品品質之穩定性。因此，如何設計出一種於不導電基材上形成導電圖案的方法，能以較簡單且低成本的製程，於不導電基材上形成導電圖案，且使該導電圖案能做為天線，以令所生產之天線毋須佔用裝置內的空間，此外，更能依不導電基材之形狀，於各種曲面上生產天線，大幅拓寬天線製程的應用範圍，再者，尚能確保所生產之天線與其所依附之表面間有良好的結合力，進而提高所生產之天線產品的生產良率及成品品質之穩定性，即成為本發明在此亟欲探討之一重要課題。

有鑑於習知用於製造天線之技術具有前述之諸多缺點，發明人憑藉其長年服務於相關產業之實務經驗，經過多次反覆研究及測試後，終於開發出本發明之一種於不導電基材上形成導電圖案的方法，期能藉由本發明以舉解決習知技術所遭遇的各種問題。

本發明之一目的，係提供一種於不導電基材上形成導電圖案的方法，該方法係對一不導電基材上之至少一局部區域，進行表面處理(如：化學腐蝕、砂紙研磨或鐳射雕刻)，以使該不導電基材表面形成複數孔洞(如：圓形、方形、不規則形或前述多種形狀組合之孔洞，孔洞的排列可為對稱排列、不規則排列或混合排列)，各該孔洞之口徑係介於0.02μm~40μm 間，深度亦係介於0.02μm~40μm間；使該不導電基材接觸一界面活性劑混合溶液(包括鈀離子、安定劑、鹽酸及膠體粒子載體)；嗣，令該不導電基材接觸一還原劑溶液(包括中和劑及鹽酸)，以在該不導電基材上之該局部區域形成一活化層；最後，使該不導電基材接觸一無電鍍金屬鍍液(包括螫合劑、金屬離子、開缸劑及安定劑)，以令該無電鍍金屬鍍液中的金屬離子，能在該金屬鍍層上析出，並形成一導電圖案。如此，透過上述簡單且低成本的製程，相關業者便能在該不導電基材上形成該導電圖案，以令該導電圖案能做為一天線，不僅使相關業者所生產之該天線，毋須佔用裝置內大量的空間，且相關業者能依該不導電基材之形狀，於各種曲面上生產該天線，大幅拓寬了天線製程的應用範圍；此外，藉由該等孔洞與該界面活性劑混合溶液中膠體粒子載體之匹配，更能大幅提昇所生產之天線與其所依附之表面間的結合力，而能有效提高所生產之天線的生產良率及成品品質之穩定性。

為便 貴審查委員能對本發明之目的、結構及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

本發明係一種於不導電基材上形成導電圖案的方法，請參閱第1圖所示，在本發明之主要流程中，該方法係包括下列步驟：(101)對一不導電基材進行表面處理，以使該不導電基材表面形成孔徑及深度介於0.02μm~40μm間之複數孔 洞；(102)令該不導電基材接觸一界面活性劑混合溶液；(103)令該不導電基材接觸一還原劑溶液；及(104)令該不導電基材接觸一無電鍍金屬鍍液，以形成一導電圖案。

其中，該不導電基材可由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(Acrylonitrile butadiene styrene，簡稱ABS)、聚碳酸酯(Polycarbonate，簡稱PC)、聚苯乙烯(Polystyrene，簡稱PS)或酚甲醛(Phenol formaldehyde，簡稱PF，又稱電木)製成，或以前述材料混合製成(例如：以70%的ABS與30%的PC混合製成)，惟，其材料並不以此為限。

在本發明之一較佳實施例中，係藉鐳射雕刻之方式，在該不導電基材上之至少一局部區域，進行表面處理，其中，鐳射雕刻所使用之光源可為光纖式鐳射、二極體鐳射、二氧化碳鐳射或燈管式鐳射，亦可由上述兩種以上之光源混用使用，以進行鐳射雕刻。在此特別一提者，對該不導電基材進行表面處理之方式並不現於此，實際施作時，亦可藉化學腐蝕或砂紙研磨等方式進行。該不導電基材經表面處理，將會在該局部區域之表面形成複數孔洞，各該孔洞之口徑係介於0.02μm~40μm間，深度亦係介於0.02μm~40μm間。本發明並未限制該等孔洞之具體形狀，意即，該等孔洞可為圓形、方形、不規則形或前述各種形狀之組合；此外，本發明亦不限制該等孔洞之排列方式，舉例而言，該等孔洞可為對稱排列、不規則排列或混合排列等各種排列方式，合先陳明。

請參閱第2圖所示，係實際應用本發明之方法對該不導電基材之該局部區域進行表面處理後所形成之圖案。在本發明之較佳實施例中，待該局部區域上形成該等孔洞後，便將該不導電基材與該界面活性劑混合溶液相接觸，該界面活性劑溶液包括鈀離子(活性離子)、安定劑、鹽酸及膠體粒子載體，且該等膠體粒子載體之粒徑大小與各該孔洞之口徑相匹配。如此，藉由各該膠體粒子載體與各該孔洞之匹配，將能使各該膠體粒子載體及其所攜帶之鈀離子被穩固地嵌卡於各該孔洞中，進而提高鍍層結構之穩定性。

復請參閱第1圖所示，在本發明之主要流程中，當該不導電基材之該局部區域形成該等孔洞後，便將該不導電基材與該界面活性劑混合溶液相接觸，惟，在本發明之其他較佳實施例中，在使該不導電基材與該界面活性劑混合溶液相接觸前，尚會使該不導電基材與一脫脂劑溶液相接觸，以藉該脫脂劑溶液去除殘留於該不導電基材表面之離型劑，進而提高該等膠體粒子載體之附著效果。在本發明之一較佳實施例中，該脫脂劑係包括潤濕劑、聚合型分散劑、防銹劑、陰離子界面活性劑及非離子型界面活性劑之混合溶液。

承上，當該等膠體粒子載體附著於該局部區域後，令該不導電基材接觸該還原劑(包括中和劑及鹽酸)，在該還原劑溶液的催化之下，各該膠體粒子所攜帶之鈀離子會被還原為鈀原子(活性原子)，並穩固地沉積於各該孔洞中，而能於該局部區域形成一活化層；最後，使該不導電基材之該局部區域接觸該無電鍍金屬鍍液，該無電鍍金屬鍍液中的金屬離子，能在該 活化層上析出，並形成該導電圖案。其中，該無電鍍金屬鍍液包括螫合劑、金屬離子、開缸劑及安定劑，當所選用之金屬離子為銅離子時，該無電鍍金屬鍍液尚包括鹹劑及甲醛；當所選用之金屬離子為貴金屬(如：金、銀、鎳、鈀或鈷)離子時，該無電鍍金屬鍍液尚包括酸劑及氨水。

請參閱第3圖所示，係該局部區域經本發明之方法鍍上一銅層後所形成之圖案。由圖面所見可知，藉本發明之方法於該不導電基材之該局部區域形成該導電圖案，其效果十分均勻而良好。此外，藉由本發明之方法於該局部區域形成該銅層後，該局部區域尚能再依續與該界面活性劑混合溶液、還原劑溶液及該無電鍍金屬鍍液相接觸，進而能在形成於該局部區域之金屬層上再繼續進行無電鍍反應，甚至在原有的金屬層上再鍍上不同的金屬層，舉例而言，請參閱第4圖所示，係該銅層再經本發明之方法鍍上鎳層後所形成之圖案。在此特別一提者，當該局部區域上已形成一金屬鍍層，嗣，藉由本發明之方法再進一步執行無電鍍反應時，可毋需再進行表面處理，亦毋需再與該還原劑溶液相接觸，舉例而言，在本發明之另一較佳實施例中，已形成一金屬鍍層之該局部區域僅需再依續與另一界面活性劑混合溶液及該無電鍍金屬鍍液相接觸，便能在金屬層上再進行無電鍍反應，其中，該另一界面活性劑混合溶液包括鈀離子、安定劑、硼酸及鹼劑，此時，該另一界面活性劑混合溶液中的鈀離子，不會在該局部區域以外之處析出，而會直接在該金屬鍍層上析出。前述重複步驟，無論是否使用該還原劑溶液，皆可反覆地被執行。

以下針對本發明之一較佳實施例，說明各步驟之較佳處理條件：首先，以光纖式鐳射，對70%的ABS與30%的PC混合製成的不導電基材進行表面處理，以在該不導電基材之該局部區域形成孔徑及深度約為0.3μm之複數孔洞；在25-65℃的反應條件下，使該局部區域與該脫脂劑溶液接觸3-30分鐘；在25-65℃的反應條件下，使該局部區域與該界面活性劑溶液接觸1-30分鐘；嗣，在25-65℃的反應條件下，使該局部區域與該還原劑溶液接觸1-30分鐘；最後，在25-85℃的反應條件下，使該局部區域與該無電鍍溶液接觸1-180分鐘，以令該無電鍍溶液中的金屬離子能在該局部區域析出，並形成該導電圖案。

由以上說明可知，透過本發明所揭露之方法，相關業者便能以較簡單且低成本的製程，在該不導電基材上形成該導電圖案，以令該導電圖案能做為一天線，該天線不僅毋須佔用裝置內大量的空間，且由於相關業者能依該不導電基材之形狀，在各種曲面上生產該天線，此一方法更大幅拓寬了天線製程的應用範圍；此外，藉由該等孔洞與該界面活性劑混合溶液中膠體粒子載體之匹配，更能大幅提昇所生產之天線與其所依附之表面間的結合力，而能有效提高所生產之天線的生產良率及成品品質之穩定性。

按，以上所述，僅係本發明之若干較佳實施例，惟，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝之人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫本發明所欲主張保護之範疇。

第1圖係本發明之主要流程示意圖；第2圖係以本發明之方法，對不導電基材之局部區域進行表面處理後所形成之圖案；第3圖係該局部區域經本發明之方法鍍上一銅層後所形成之圖案；及第4圖係該銅層再經本發明之方法鍍上鎳層後所形成之圖案。

Claims (18)

1. 一種於不導電基材上形成導電圖案的方法，該方法係對一不導電基材進行下列處理：對該不導電基材上之至少一局部區域，進行表面處理，以使其表面形成複數孔洞，各該孔洞之口徑及深度係介於0.02μm~40μm間；令該不導電基材之該局部區域接觸一界面活性劑混合溶液，以使該界面活性劑溶液中之膠體粒子載體及其所攜帶之活性離子能穩固地嵌卡於各該孔洞中；令該不導電基材之該局部區域接觸一還原劑溶液，以令各該膠體粒子所攜帶之活性離子被還原為活性原子，並穩固地沉積於各該孔洞中，而能於該局部區域形成一活化層；及令該不導電基材之該局部區域接觸一無電鍍金屬鍍液，以令該無電鍍金屬鍍液中的金屬離子，能在該活化層上上析出，並形成一導電圖案。
2. 如請求項1所述之方法，其中該界面活性劑溶液包括鈀離子、安定劑、鹽酸及膠體粒子載體，且該等膠體粒子載體之粒徑大小與各該孔洞之口徑相匹配。
3. 如請求項2所述之方法，尚包括：在令該不導電基材接觸該界面活性劑混合溶液前，先使該不導電基材接觸一脫脂劑溶液，以藉該脫脂劑溶液去除殘留於該不導電基材表面之離型劑。
4. 如請求項3所述之方法，其中該不導電基材之該局部區域係在25-65℃的反應條件下，與該界面活性劑溶液接觸1-30分鐘。
5. 如請求項3所述之方法，其中該不導電基材之該局部區域係在25-65℃的反應條件下，與該脫脂劑溶液接觸3-30分鐘。
6. 如請求項5所述之方法，其中該脫脂劑包括潤濕劑、聚合型分散劑、防銹劑、陰離子界面活性劑及非離子型界面活性劑。
7. 如請求項3所述之方法，其中該不導電基材之該局部區域係在25-65℃的反應條件下，與該還原劑溶液接觸1-30分鐘。
8. 如請求項7所述之方法，其中該還原劑溶液包括中和劑及鹽酸。
9. 如請求項3所述之方法，其中該不導電基材之該局部區域係在25-85℃的反應條件下，與該無電鍍溶液接觸1-180分鐘。
10. 如請求項9所述之方法，其中該無電鍍金屬鍍液包括螫合劑、金屬離子、開缸劑及安定劑。
11. 如請求項10所述之方法，其中該無電鍍金屬鍍液尚包括鹹劑及甲醛，且該金屬離子係銅離子。
12. 如請求項10所述之方法，其中該無電鍍金屬鍍液尚包括酸劑及氨水，且該金屬離子係一貴金屬離子。
13. 如請求項12所述之方法，其中該貴金屬離子係金離子、銀離子、鎳離子、鈀離子或鈷離子。
14. 如請求項3、4、6、8、11或13所述之方法，其中可藉鐳射雕刻、化學腐蝕或砂紙研磨或對該不導電基材進行表面處理，或藉上述兩種以上之方法混合使用，以對該不導電基材進行表 面處理。
15. 如請求項14所述之方法，其中可藉光纖式鐳射、二極體鐳射、二氧化碳鐳射、燈管式鐳射或上述兩種以上之光源混用使用，以進行鐳射雕刻。
16. 如請求項15所述之方法，其中該不導電基材之該局部區域接觸該無電鍍金屬鍍液後，該局部區域尚能再依續與該界面活性劑混合溶液、還原劑溶液及該無電鍍金屬鍍液相接觸，或依續與另一界面活性劑混合溶液及該無電鍍金屬鍍液相接觸。
17. 如請求項16所述之方法，其中該另一界面活性劑混合溶液包括鈀離子、安定劑、硼酸及鹼劑。
18. 如請求項17所述之方法，其中該不導電基材係丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、酚甲醛或前述材料之混合體。