TW201601196A - 在聚合物基板上形成金屬圖案的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種在聚合物基板上形成金屬圖案的方法。在聚合物基板表面上形成混合層。混合層包括活性載體媒介物與分散在活性載體媒介物中的奈米粒子。進行雷射步驟來處理部分的混合層，以在聚合物基板的表面上形成導電圖案。進行清洗步驟，以移除未經處理的混合層部分，以暴露出聚合物基板的表面，同時保留導電圖案留在聚合物基板的表面上。接著，對留在聚合物基板上的導電圖案進行電鍍製程，在聚合物基板上的導電圖案上面形成金屬圖案。

Description

在聚合物基板上形成金屬圖案的方法
本發明大體上是關於一種製程，明確地說，是關於一種在聚合物基板上形成金屬圖案的方法。
隨著科技進步，可攜式電子裝置例如智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦等，變得更為輕巧而易於攜帶。為了微型化以及裝置的小巧與效率，可攜式電子裝置多包含複雜的電路以及由雷射直接成型(laser direct structuring，LDS)技術形成的天線。然而，LDS技術所需的特殊的LDS材料與特定的儀器會導致生產成本提高相當多。
因此，本發明提供能夠在聚合物基板上面準確製作金屬圖案的方法，其不但提供高品質產品且所需要的生產成本較低。
本發明提供在聚合物基板上形成金屬圖案的方法。在聚合物基板表面上形成混合層。所述混合層包括活性載體媒介物與 分散在活性載體媒介物中的奈米粒子。進行雷射步驟來處理部分的所述混合層，以在所述聚合物基板的所述表面上形成導電圖案。進行清洗步驟，以移除未經處理的混合層部分，以暴露出所述聚合物基板的所述表面，同時保留導電圖案留在聚合物基板的表面上。接著，對留在聚合物基板上的導電圖案進行電鍍製程，以在聚合物基板上的導電圖案上面形成金屬圖案。
根據本發明的實施例，聚合物基板的材料可包括尼龍、聚碳酸酯(polycarbonates，簡稱PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene，簡稱ABS)、PC/ABS、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，簡稱PET)、聚醚醚酮(polyether ether ketone，簡稱PEEK)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，簡稱PTFE)或液晶聚合物類(liquid crystal polymers，簡稱LCP)。
根據本發明的實施例，奈米粒子的材料可包括氧化銅、銅、銀或金。
根據本發明的實施例，奈米粒子的材料含有氧化銅時。雷射步驟則是藉由使用功率為0.2~0.4W且具80%雷射點覆蓋率的波長為355奈米的UV雷射來進行，所述雷射步驟為雷射活化及剝離步驟(laser ablation& activation process)。導電圖案為銅層。
根據本發明的實施例，電鍍製程包括銅電鍍製程且金屬圖案包括銅圖案。
根據本發明的實施例，奈米粒子的平均尺寸小於100nm。
根據本發明的實施例，相對於混合層的總重量，所述混合層中的奈米粒子的含量為自20wt%至40wt%。
根據本發明的實施例，活性載體媒介物的材料可包括聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)或聚乙烯氧化物(polyethylene oxide，PEO)。
根據本發明的實施例，形成混合層的步驟包括藉由噴灑塗佈(spray)、旋轉塗佈、浸塗(dip coating)、網版印刷(screen printing)、移印(pad printing)或塗抹(smearing)來形成混合層。
根據本發明的實施例，導電圖案的位置對應於金屬圖案的位置。
為讓本發明的上述及其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合圖式詳細說明如下。
30‧‧‧雷射步驟
40‧‧‧清洗步驟
110‧‧‧基板
110a‧‧‧基板表面
120‧‧‧混合層
122‧‧‧奈米粒子
124‧‧‧活性載體媒介物
126‧‧‧導電圖案
127‧‧‧經處理部分
128‧‧‧未經處理的部分
150‧‧‧金屬圖案
附圖旨在提供對於本發明的進一步理解，且附圖併入本說明書中而組成本說明書的部分。圖式說明了本發明的實施例，且與實施方式一同解釋本發明的原理。
圖1至圖5示意性地繪示根據本發明的實施例在聚合物基板上形成金屬圖案的方法。
下列參照本發明的較佳實施例，所述較佳實施例的實際說明可參考附圖。相同元件符號在圖式及描述中可用來表示相同或相似部分。在下文的實施例中，將攜帶型電子裝置的電路導線部件作為實例來描述以便於說明。但本發明不欲以本文所述的例示性實施例來限制所述製造方法或部件結構。
圖1至圖5示意性地說明根據本發明的實施例的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法。請參照圖1，提供聚合物基板110。所述聚合物基板110外型不限於平板或曲面，可以是聚合物膜、外殼主體或甚至是電路板，且所述聚合物基板110可藉由射出成型技術(injection molding technology)來由聚合物材料製成。所述聚合物材料可以是尼龍、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、PC/ABS、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、液晶聚合物類(LCP)，或任何其他合適的塑性材料。聚合物基板110不需要由LDS特定聚合物(即專為雷射直接成型(LDS)製程設計的聚合物材料)製成。聚合物基板110可以是電子裝置的一個或多個部分，且所述電子裝置可例如為智慧型手機或平板電腦，且金屬圖案可以是電子裝置中的天線部分或三維電路。
接著，請參照圖2，混合層120例如是藉由噴灑塗佈、旋轉塗佈、浸塗、網版印刷、移印或塗抹而在聚合物基板110的表面110a上形成。混合層120至少包括奈米粒子122以及活性載體媒介物124。奈米粒子122可例如是由氧化銅製成的金屬奈米粒子 (metallic nanoparticle)，或由銅、銀或金所製成的金屬奈米粒子。較佳的，奈米粒子122可例如是氧化銅奈米粒子。奈米粒子的平均尺寸可例如是小於100nm。相對於混合層120的總重量，混合層120的奈米粒子122的含量可為至少20重量百分比(wt%)，較佳為20wt%~40wt%。活性載體媒介物124的材料可以是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯氧化物(PEO)及其類似物。大致來說，活性載體媒介物124可例如在接續製程中由溶劑清洗及雷射處理來移除。
請參照圖3，進行雷射步驟30來處理部分的混合層120，以形成導電圖案126。導電圖案126的位置對應於在後續製程中將形成金屬圖案的位置。雷射步驟中使用的雷射類型取決於混合層120中的奈米粒子122的類型與尺寸。對於處理氧化銅的奈米粒子而言，雷射步驟30中使用的雷射可例如是功率為0.2~0.4W且80%雷射點覆蓋率(overlapping of laser spot)的波長為355nm的UV雷射，亦可使用功率>3W、50%~80%雷射點覆蓋率、波長1064nm的紅光雷射。對於銀奈米粒子的處理而言，雷射步驟30中使用的雷射可例如是波長為532nm的綠光雷射。基本上，由於奈米粒子的高表面積並透過表面電漿共振效應吸收，雷射強度可相對較低。雷射步驟30例如是雷射活化及剝離步驟。
在雷射光照射時，奈米粒子(特別是金屬或金屬性奈米粒子)有效率地產生熱(釋出熱)且所釋出的熱從奈米粒子轉移至周圍的基質或媒介物。在表面電漿共振效應下或在雷射頻率與 奈米粒子的整體諧振(collective resonance)相符時，奈米粒子的熱效應(heating effect)大為增強。
利用在電漿共振效應下增強的熱效應，在雷射步驟30期間，混合層120的經處理部分127中的奈米粒子122融合在一起且轉變成導電圖案126，而導電圖案126緊緊地附著於表面110a。由於是藉由雷射來活化形成導電圖案126，因此可精準地控制所形成圖案的位置與形狀。導電圖案126可以是連續圖案或不連續圖案的極薄導電層(金屬層或金屬性層)。導電圖案126的厚度可非常薄且小於1微米，只要其仍保留導電性即可。以由氧化銅製成的奈米粒子為例，導電圖案126可為非常薄的銅層。導電圖案126可做為用於後續電鍍製程的導電種子層。
請參照圖4，在雷射步驟30後，進行清洗步驟40以移除混合層120的未經處理的部分128(見圖3)，以暴露聚合物基板110的表面110a，同時保留導電圖案126留在聚合物基板110的表面110a上。清洗步驟中使用的溶劑可例如是水、丙酮或合適的醇類。
請參照圖5，進一步以電鍍製程來處理聚合物基板110與保留在聚合物基板110的表面110a上的導電圖案126，以形成金屬圖案150。由於導電圖案126做為用於電鍍的導電種子層，因此金屬圖案150可精準地形成在導電圖案126上。而未被導電圖案126佔據的區域(也就是因移除未經處理的部分128而暴露出的聚合物表面110a)不具導電性故不會使電鍍發生。導電圖案126僅 僅為非常薄的金屬層，在電鍍製程期間，導電圖案126可輕易地併入金屬圖案150中，且導電圖案126與金屬圖案150兩者可視為一個整體(integral body)。舉例來說，電鍍製程可以是銅電鍍製程，導電圖案126可以是非常薄的銅層，且金屬圖案150可以是銅圖案。金屬圖案150的厚度可例如是不超過20微米。由於導電圖案126的位置對應於金屬圖案150的位置，因此金屬圖案150可以由連續圖案或不連續圖案組成。另外，由於可精準地控制導電圖案126的位置與形狀，因此金屬圖案150的圖案精確度很高。藉由使用雷射，所獲得的金屬圖案可具有非常精確的圖案輪廓。並且，由於雷射掃描可因應於基板的外型或結構，因此可準確地在平坦表面上或在不平坦物件上面形成金屬圖案。
聚合物基板110可以是電子裝置的一部分或多個部分，所述電子裝置例如智慧型手機或平板電腦，且金屬圖案150可以是包含於電子裝置中的天線部分或三維電路。聚合物基板與形成於其上的金屬圖案可例如是具有積體電子電路導線的射出成型熱塑性部分。可應用本發明的製作方法於製作消費性電子產品、電信、汽車及/或醫療儀器的領域中生產模塑互連元件(molded interconnect device，MID)或電子產品的部分(例如手機天線或立體電路迴路)。
與習知雷射直接成型(LDS)技術相比，本發明的製作方法可應用於任何合適的聚合物基板以形成金屬圖案，且不需要使用較昂貴且色彩依賴度高的LDS特定聚合物材料。
藉由使用本發明的製作方法，可使用較低成本的奈米粒子(例如氧化銅奈米粒子)。此外，需要合理量的奈米粒子以形成最小厚度的導電圖案。藉由使用雷射，所得的金屬圖案可具有非常精準的圖案輪廓，且可形成在平坦表面上或不平坦的結構上面。
藉由使用本發明的製作方法，生產成本可降低且製程的彈性較高，因為有更多基板材料的選擇。另，可藉由提供具有高圖案精確度的產品以及較小色彩依賴度的基板，來製作高品質產品。
實施例中所描述的製作方法皆可用於形成可攜式電子裝置的電路、導線或金屬部分。
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，當可進行些許的更動與潤飾，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。
110‧‧‧基板
110a‧‧‧表面
150‧‧‧金屬圖案

Claims (12)

  1. 一種在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，包括：提供一聚合物基板；在所述聚合物基板的表面上形成一混合層，其中所述混合層包括活性載體媒介物與分散於所述活性載體媒介物中的奈米粒子；進行雷射步驟以處理部分的所述混合層，以在所述聚合物基板的所述表面上形成導電圖案；進行清洗步驟，以移除未經處理的所述混合層的部分，以暴露出所述聚合物基板的所述表面，同時保留所述導電圖案留在所述聚合物基板的所述表面上；以及對留在所述聚合物基板上的所述導電圖案進行電鍍製程，以在所述導電圖案上形成金屬圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述聚合物基板的材料包括尼龍、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯或液晶聚合物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述奈米粒子的材料包括氧化銅、銅、銀或金。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述奈米粒子的材料包括氧化銅。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的在聚合物基板上形成金屬圖 案的方法，其中所述雷射步驟是藉由使用功率為0.2~4W且具20%~80%雷射點覆蓋率、波長為355~1064奈米的雷射來進行。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述導電圖案為銅層。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述電鍍製程包括銅電鍍製程且所述金屬圖案包括銅圖案。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述奈米粒子的平均尺寸小於100奈米。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中相對於所述混合層的總重量，所述混合層中的所述奈米粒子的含量為自20重量%至40重量%。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述活性載體媒介物的材料包括聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯氧化物。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中形成所述混合層包括藉由噴灑塗佈、旋轉塗佈、浸塗、網版印刷、移印或塗抹來形成所述混合層。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的在聚合物基板上形成金屬圖案的方法，其中所述導電圖案的位置對應於所述金屬圖案的位置。
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