TW201524760A - 積層板及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種積層板，包括基材、第一金屬層以及第二金屬層。基材的材料為聚亞醯胺或聚醯胺。第一金屬層配置於基材的表面處，第一金屬層包括選自Pd、Ni、Pt及其組合中的金屬與矽烷化合物，金屬粒子的平均粒徑分佈小於15nm。第二金屬層配置於第一金屬層上。亦提供一種積層板的製作方法。使用含金屬離子與矽烷化合物的第一金屬前驅物溶液來浸漬基材，以於基材的表面處形成第一金屬前驅物層。還原第一金屬前驅物層，以於基材的表面處形成第一金屬層。於第一金屬層上形成一第二金屬層。

Description

積層板及其製作方法

本發明是有關於一種基材及其製作方法，且特別是有關於一種積層板及其製作方法。

軟性印刷電路板具可撓、可立體配線以縮減體積以及質輕的特性。其中，聚亞醯胺軟性基材因具有厚度可調、優異之耐熱性、電絕緣性與機械性質，其應用與需求與日俱增。當電子產品需求朝向多功能、高效能、薄形化與輕量化，高密度構裝材料與製程技術關鍵性地影響製程良率、產品的可靠度與使用者的信賴度。

伴隨高密度構裝設計，對於窄線寬間距製程的需求逐漸增加。舉例來說，當線寬間距達20μm以下，諸如銅膜的金屬層厚度必須達5μm以下，三層軟板基材(3L-FCCL)已無法應付需求，因而二層軟板基材(2L-FCCL)成為主流。然而，現今高密度構裝用的2L-FCCL是以濺鍍法生產，其價格較高，且相較於塗佈法 或壓合法，以濺鍍法所形成之金屬層與基材之間的附著力較差。因此，在構裝製程中，二層軟板基材易因其他高溫步驟而影響製程良率與產品可靠度。此外，採用2L-FCCL在製作細線路時僅能使用減去法，導致細線化能力受限。

本發明提供一種積層板，其中基材與金屬層之間具有良好的附著。

本發明另提供一種積層板的製作方法，使得基材與金屬層之間具有良好的附著。

本發明的積層板包括一基材、一第一金屬層以及一第二金屬層。基材的材料為聚亞醯胺或聚醯胺。第一金屬層配置於基材的表面處，第一金屬層包括選自Pd、Ni、Pt及其組合中的金屬與矽烷化合物，金屬粒子的平均粒徑分佈小於15nm。第二金屬層配置於第一金屬層上。

本發明的積層板的製作方法，包括以下步驟。首先，提供一基材，基材的材料為聚亞醯胺或聚醯胺。接著，對基材進行一鹼改質處理。然後，使用一第一金屬前驅物溶液浸漬基材，以於基材的表面處形成一第一金屬前驅物層，其中第一金屬前驅物溶液包括一金屬離子與矽烷化合物，金屬離子的標準還原電位為-0.3~2V。而後，還原第一金屬前驅物層，以於基材的表面處形成一第一金屬層，第一金屬層中的金屬粒子的平均粒徑分佈小於 15nm。繼之，於第一金屬層上形成一第二金屬層。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧積層板

102‧‧‧基材

102a‧‧‧表面

104‧‧‧第一金屬前驅物層

106‧‧‧第一金屬層

106a‧‧‧金屬粒子

108‧‧‧第二金屬層

110‧‧‧第三金屬線路層

圖1A至圖1E是依照本發明的一實施例的一種積層板的製作方法的流程剖面示意圖。

圖2A至圖2C是本發明的實施例及參考例1與2的樣品的穿透式電子顯微圖。

圖3A至圖3C是本發明的實施例及參考例1與2的樣品的穿透式電子顯微圖。

圖1A至圖1E是依照本發明的一實施例的一種積層板的製作方法的流程剖面示意圖。請參照圖1A，首先，提供一基材102。在本實施例中，基材102可為聚亞醯胺基材或聚醯胺基材。

接著，對基材102進行一鹼改質處理。在本實施例中，鹼改質處理例如是對基材102中的聚亞醯胺或聚醯胺進行開環活化。鹼改質處理例如是使用以氫氧化鉀、氫氧化鈉等無機氫氧化物鹽或以氫氧化四甲基銨等有機氫氧化物鹽為有效成分的溶液。其中，所使用的鹼化合物的濃度例如是0.1至10mol/L，其溫度例 如是室溫至100℃。再者，鹼改質處理的時間例如是5秒至30分鐘。若前述鹼改質處理的時間過長，則基材表面過度活化，將使基材強度減弱，且金屬層沈積過於深入基材表面，容易造成蝕刻殘留。若前述鹼改質處理的時間過短，則使基材親水性不足，金屬不易沈積。在一實施例中，金屬層沈積深入基材表面的厚度例如是約小於50nm。在一實施例中，為了提高鹼改質處理的效率，可以在所使用的鹼溶液中添加諸如甲醇、乙醇、丙醇等醇類或單乙醇胺等胺類。

請參照圖1B，然後，使用一第一金屬前驅物溶液浸漬基材102，以於基材102的表面102a處形成一第一金屬前驅物層104，其中第一金屬前驅物溶液包括一金屬離子與矽烷化合物，金屬離子的標準還原電位為-0.3~2V。由於金屬離子是作為觸媒金屬離子，因此此步驟實質上為賦與催化金屬離子步驟。在本實施例中，金屬離子例如是選自Pd²⁺、Ni²⁺、Pt²⁺及其組合。第一金屬前驅物溶液例如是包括金屬鹽類溶液與矽烷化合物，其中金屬鹽類可為PdCl₂、NiSO₄、PtCl₄，矽烷化合物例如是環氧烴矽烷化合物、鏈烷烴矽烷化合物，又例如是不含胺基的矽烷化合物，且存在於第一金屬前驅物溶液中的矽烷化合物可以是單一種矽烷化合物或包含至少二種矽烷化合物的混合物。第一金屬前驅物溶液中的矽烷化合物的濃度例如是介於0.1至1v/v%。矽烷化合物的濃度若太高，則對於進一步提升附著力的能力有限，如此一來反而造成成本的不必要增加。相反地，矽烷化合物的濃度若太低，則無法達 到提升附著力的目的。在此步驟中，將基材102浸漬於第一金屬前驅物溶液中，使得諸如Pd²⁺等金屬離子吸附於基材102的表面上。特別說明的是，實際上部分的第一金屬前驅物溶液會滲入至基材102中，因此有部分的第一金屬前驅物層104會位於基材102中，也就是部分的第一金屬前驅物層104位於基材102的表面102a。

請參照圖1C，而後，還原第一金屬前驅物層104，以於基材102表面處形成一第一金屬層106，第一金屬層106中的金屬粒子106a的平均粒徑分佈小於15nm。此步驟為還原步驟，使得第一金屬前驅物層104中的觸媒金屬離子被還原成金屬。在本實施例中，還原第一金屬前驅物層104的方法例如是將基材102浸漬於還原溶液中，使得第一金屬前驅物層104中的金屬離子被還原成金屬。還原溶液例如是二甲基胺硼烷、氫硼化鈉、次磷酸鈉等溶液，金屬例如是Pd金屬。其中，矽烷化合物使得金屬離子在還原後更緊密地結合於基材的有機碳鏈上，進而大幅提升第一金屬層106與基材102之間的附著力。第一金屬層106在基材102的表面102a上的厚度例如是小於100nm，又例如是小於50nm。在基材102中，矽烷化合物例如是僅位於鄰近基材102的表面102a處。

請參照圖1D，繼之，於第一金屬層106上形成一第二金屬層108。在本實施例中，第二金屬層108的形成方法例如是無電鍍製程，諸如化學鍍製程。第二金屬層108的材料例如是選自Ni、 Cu、Co及其組合。

在本實施例中，在形成第二金屬層108後，可更包括對第二金屬層108進行一熱處理。熱處理的溫度例如是介於150至200℃，以及處理時間例如是10至60分鐘。

請參照圖1E，在本實施例中，接著，更包括於第二金屬層108上形成一第三金屬線路層110。在本實施例中，第三金屬線路層110的形成方法例如是直接在第二金屬層108上以電鍍製程等濕式製程形成整面的金屬層，再利用減去法製作線路。在另一實施例中，第三金屬線路層110也可以是利用加成法或半加成法直接於第二金屬層108上製作線寬間距較小的線路。第三金屬線路層110的材料例如是包括Cu或其他適合的金屬。在一實施例中，在形第三金屬線路層110後，可更包括對第三金屬線路層110進行一熱處理。熱處理的溫度例如是介於150至200℃，以及處理時間例如是10至60分鐘。前述熱處理的溫度若太高，則銅容易氧化。熱處理的溫度若太低，則對附著力增加無幫助。前述熱處理的時間若太長，則使銅容易氧化，且晶相結構發生變化。熱處理的時間若太短，則對附著力增加無幫助。在本實施例中，第一金屬層106與第二金屬層108及第三金屬線路層110對基材102之間的界面結合力例如是大於0.8Kgf/cm。

在本實施例中，如圖1E所示，積層板100包括基材102、第一金屬層106以及第二金屬層108。基材102的材料為聚亞醯胺或聚醯胺。第一金屬層106配置於基材102表面處。在本實施例 中，第一金屬層106包括選自Pd、Ni、Pt及其組合中的金屬與矽烷化合物，金屬粒子106a-的平均粒徑分佈小於15nm。第二金屬層108配置於第一金屬層106上。在本實施例中，積層板100更包括第三金屬線路層110，配置於第二金屬層108上。特別說明的是，雖然在本實施例中，是以前述的流程來製作圖1D或圖1E所示的積層板100，但本發明不以此為限。換言之，在其他實施例中，也可以其他製程來製作如圖1D或圖1E所示的積層板100。

在本實施例中，在形成第二金屬層108之前，使用第一金屬前驅物溶液對基材102進行前處理，以在基材102表面處形成作為觸媒金屬層的第一金屬層106。其中，第一金屬前驅物溶液中的矽烷化合物使得金屬離子在還原後緊密地結合於基材的有機碳鏈上，且形成平均粒徑分佈小於15nm的金屬粒子106a。因此，第一金屬層106與基材102之間具有良好的附著力，進而提升第二金屬層108與基材102之間的附著。如此一來，積層板100具有較佳的製程良率與可靠度。

另一方面，第一金屬層106使得第二金屬層108與基材102之間具有良好的結合力，因此形成於第二金屬層108上的第三金屬線路層110與基材102之間亦具有良好的結合力。如此一來，第三金屬線路層110可具有良好的細線化能力與細線化良率。舉例來說，可以應用成本較濺鍍法低的濕式製程來製作第三金屬線路層110。此外，可輕易地調整第三金屬線路層110的厚度以達到客製化目的，以及可製作高密度堆疊的積層板100。因此，採用積 層板100的軟性電路基板具有較佳的良率與可靠度以及較低的製作成本。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例作詳細說明如下：實施例與參考例中之鹼改質、催化劑附與、催化劑還原及無電鍍鎳所使用之溶液及其條件如下所述。

<鹼改質處理>

使用溶液：1mol/L氫氧化鉀

處理溫度：40℃

處理時間：5分鐘

<催化劑附與>

使用溶液：0.4g/L氯化鈀

處理溫度：室溫

處理時間：2分鐘

<催化劑還原>

使用溶液：0.2mol/L次亞磷酸鈉

處理溫度：室溫

處理時間：2分鐘

<無電鍍鎳>

使用溶液：SlotoNIP-30

處理溫度：80℃

處理時間：0.5分鐘

實施例

提供市售的杜邦聚亞醯胺基材(Kapton PI film)。接著，使用KOH溶液對聚亞醯胺基材進行鹼改質處理。然後，將基材浸漬於包括濃度為0.5v/v%的矽烷化合物的PdCl₂水溶液中，以進行催化劑附與。而後，對基材進行催化劑還原處理，以於基材的表面處形成Pd層。之後，於Pd層上形成Ni金屬層。

參考例1

提供經二氧化矽(silica)改質之混成聚亞醯胺基材。接著，使用KOH溶液對混成聚亞醯胺基材進行鹼改質處理。然後，將基材浸漬於不含矽烷化合物的PdCl₂水溶液中，以進行催化劑附與。而後，對基材進行催化劑還原處理，以於基材的表面處形成Pd層。之後，於Pd層上形成Ni金屬層。

參考例2

在參考例2中，對基材的處理方式與實施例相同，其不同處僅在於PdCl₂水溶液中不包含矽烷化合物。

在依照實施例及參考例1與2所述步驟處理基材以獲得樣品後，使用穿透式電子顯微鏡觀察實施例及參考例1與2的各樣品，以及觀察Pd金屬粒子在各樣品中的分布情形，結果分別如圖2A至圖2C以及圖3A至圖3C所示。

請同時參照圖2A至圖2C及圖3A至圖3C，在參考例1(圖2A)中，在PI基材的表面上的Ni金屬層的厚度約為60nm，而滲入基材內的Ni金屬層的厚度約為435nm。在參考例2(圖2B)中， 在PI基材的表面上的Ni金屬層的厚度約為70nm，而滲入基材內的Ni金屬層的厚度約為35nm。在實施例(圖2C)中，在PI基材的表面上的Ni金屬層的厚度約為65nm，而滲入基材內的Ni金屬層的厚度約為40nm。由上述結果可知，參考例1的Pd金屬粒子滲入PI基材中的深度受鹼處理的影響較大，而參考例2與實施例的Pd金屬粒子滲入PI基材中的深度受鹼處理的影響較小。

此外，在參考例1(圖3A)與參考例2(圖3B)中，Pd金屬粒子會團聚而形成較大顆粒。然而，在實施例(圖3C)中，Pd金屬粒子幾乎不會團聚且均勻分布於基材表面處，其中Pd金屬粒子的平均顆粒粒徑小於15nm。因此，可減少鈀的使用量，降低成本。另一方面，參考例1滲入基材內的Ni金屬層的厚度很深，將使Pd/Ni易殘留於PI基板中，影響積層板的電性。而實施例的Pd/Ni因則滲入基材內的Ni金屬層的厚度淺，將不易殘留於PI基板中。由此可知，在金屬前驅物溶液中添加矽烷化合物可以使得金屬離子在還原後能均勻地分布於基材上且具有較小的平均顆粒粒徑，且金屬粒子較不易殘留於基材中。

接著，測試實施例與參考例2的樣品中Ni金屬層與PI基材之間的界面結合力。詳細地說，以拉伸試驗機台測試實施例與參考例2的樣品分別在未經處理、經熱處理以及經老化處理條件下的Ni金屬層與PI基材之間的界面結合力。其中，熱處理是在180℃下烘烤1小時。老化處理是在150℃下處理168小時。以下表1顯示在各條件下處理後的樣品中Ni金屬層與PI基材之間 的界面結合力。

由表1可知，相較於未添加矽烷的參考例2，在添加矽烷的實施例中，Ni金屬層與PI基材之間的界面結合力較大。此外，即使經老化處理，添加矽烷的實施例中的Ni金屬層與PI基材之間仍具有均勻的界面結合力。由上述結果可知，在金屬前驅物溶液中添加矽烷可以提升基材與觸媒金屬層之間的界面結合力。

綜上所述，本發明使用含有矽烷化合物的金屬前驅物溶液對基材進行前處理，以在基材的表面處形成作為觸媒金屬層的第一金屬層。其中，矽烷化合物使得金屬離子在還原後更緊密地結合於基材的有機碳鏈上，且金屬粒子具有小於15nm的平均粒徑 分佈，因此基材與第一金屬層之間具有良好的結合力，進而提升基材與第二金屬層之間的附著性。

如此一來，當在第二金屬層上製作第三金屬線路層時，基材與金屬導線之間亦有良好的結合力，使得第三金屬線路層可具有良好的細線化能力與細線化良率。此外，積層板中基材與觸媒金屬層之間的界面結合力不易受到高溫影響，因此積層板不易因後續製程中的高溫步驟而受到破壞。因此，積層板具有較佳的製程良率與可靠度以及具有較低的製作成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧積層板

102‧‧‧基材

102a‧‧‧表面

106‧‧‧第一金屬層

106a‧‧‧金屬粒子

108‧‧‧第二金屬層

110‧‧‧第三金屬線路層

Claims (23)

1. 一種積層板，包括：一基材，其材料為聚亞醯胺或聚醯胺；一第一金屬層，配置於該基材的表面處，該第一金屬層包括選自Pd、Ni、Pt及其組合中的金屬與矽烷化合物，金屬粒子的平均粒徑分佈小於15nm；以及一第二金屬層，配置於該第一金屬層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的積層板，其中該基材與該第二金屬層之間的界面結合力大於0.8Kgf/cm。
3. 如申請專利範圍第1項所述的積層板，其中該第一金屬層的厚度小於100nm。
4. 如申請專利範圍第3項所述的積層板，其中該第一金屬層的厚度小於50nm。
5. 如申請專利範圍第1項所述的積層板，其中該第二金屬層的材料選自Ni、Cu、Co及其組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述的積層板，更包括一第三金屬線路層，配置於該第二金屬層上。
7. 如申請專利範圍第6項所述的積層板，其中該第三金屬線路層的材料包括Cu。
8. 一種積層板的製作方法，包括：提供一基材，其材料為聚亞醯胺或聚醯胺；對該基材進行一鹼改質處理；使用一第一金屬前驅物溶液浸漬該基材，以於該基材的表面處形成一第一金屬前驅物層，其中該第一金屬前驅物溶液包括一金屬離子與矽烷化合物，該金屬離子的標準還原電位為-0.3~2V；還原該第一金屬前驅物層，以於該基材的表面處形成一第一金屬層，其中該第一金屬層中的金屬粒子的平均粒徑分佈小於 15nm；以及於該第一金屬層上形成一第二金屬層。
9. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中該金屬離子選自Pd²⁺、Ni²⁺、Pt²⁺及其組合。
10. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中該基材與該第一金屬層之間的界面結合力大於0.8Kgf/cm。
11. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中該鹼改質處理的時間為5秒至30分鐘。
12. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中該第一金屬前驅物溶液的矽烷化合物為單一種矽烷化合物或包含至少二種矽烷化合物的混合物。
13. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中該第一金屬前驅物溶液的矽烷化合物為選自環氧烴矽烷化合物與鏈烷烴矽烷化合物所形成的群組中至少一種。
14. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中該第一金屬前驅物溶液的矽烷化合物為不含胺基的矽烷化合物。
15. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中該第一金屬前驅物溶液的矽烷化合物的濃度介於0.1~1v/v%。
16. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中在形成該第二金屬層後，更包括進行一熱處理。
17. 如申請專利範圍第16項所述的積層板的製作方法，其中該熱處理的溫度介於150至200℃，以及處理時間為10至60分鐘。
18. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中形成該第二金屬層的方法包括一無電鍍製程。
19. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，其中 該第二金屬層的材料選自Ni、Cu、Co及其組合。
20. 如申請專利範圍第8項所述的積層板的製作方法，更包括於該第二金屬層上一第三金屬線路層。
21. 如申請專利範圍第20項所述的積層板的製作方法，其中形成該第三金屬線路層後，更包括進行一熱處理。
22. 如申請專利範圍第21項所述的積層板的製作方法，其中該熱處理的溫度介於150至200℃，以及處理時間為10至60分鐘。
23. 如申請專利範圍第20項所述的積層板的製作方法，其中該第三金屬線路層的形成方法包括電鍍製程。