TWI445474B - Manufacturing method of plastic metallized three - dimensional line - Google Patents

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Description

塑膠金屬化立體線路製造方法
本發明是有關於一種塑膠金屬化立體線路製造方法，特別是指在三維立體的塑膠本體上形成立體金屬化圖案線路的製造方法。
現今無線通訊技術的快速發展，相關性電子通訊產品越來越重視訊號傳送品質以及滿足輕、薄、短、小的需求。然而，各種行動影像通訊產品(例如平板電腦、手機等)會依照不同的產品外觀及內部結構差異，需配合設計出不同的天線本體結構及其線路形式，以滿足通訊裝置的小型化需求。
在已知技術而言，利用雷射直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)將一些特殊可雷射活化的塑料，射出成型為一預定之本體結構，然後再利用特定波長的雷射，將塑料內摻入的金屬晶粒予以活化，同時定義出線路圖案，最後再進行金屬化製程。該技術常被應用於手機、行動式電腦裝置天線或發光二極體模組以及汽車裝置等產品上。
然而，LDS塑料必須摻雜金屬催化劑，而且須針對不同材質的塑料及材料特性，摻雜不同成分比例的金屬催化劑，造成雷射活化的條件不同，必須重新調整雷射波長與金屬化的控制參數，因此，LDS製程須採取特定波長的雷射設備以及設置不同條件的金屬化設備或控制參數，也使得設備與製造成本較為昂貴。
此外，在雷射建構操作中，因為本體表面溫度升高造成部分本體表面金屬晶粒被移除或破壞，甚至沈積在本體表面的非期望線路區域，降低後續金屬化製程對沈積導體線路結構的選擇性，導致相鄰電子元件間的電路短路問題。為防止短路問題發生，雷射建構的電路路徑間距必須加以控制，避免後續進行金屬化製程中產生任何不良問題。
不過，當解決該問題時，常會導致電路密度不足的缺點；因此，本發明提供一種塑膠金屬化立體線路製造方法，以解決先前技術之不足與缺點。
本發明之主要目的，在於提供一種塑膠金屬化立體線路製造方法，使立體的塑膠本體具有三維立體樣態之電路結構，該電路的金屬線路層可選擇性地成形於塑膠本體的任何立體面，進而達到圖案化線路的電路佈局設計，讓三維電路可應用於天線、LED承載座、電路基板、連接器、電子裝置或方向盤等各種不同造型之立體結構物。
為達到上述目的，本發明塑膠金屬化立體線路製造方法包括以下製造步驟：提供一三維結構的塑膠本體；對上述塑膠本體進行表面前處理，上述表面前處理包含：表面脫脂、粗化、敏化以及活化處理；對上述塑膠本體表面進行低溫濺鍍或塑膠水電鍍的金屬化處理，沈積形成一金屬薄膜層；對上述金屬薄膜層表面以浸塗或噴塗的方式進行光阻塗佈處理，形成一光阻保護層；對上述光阻保護層進行曝光/顯影處理，形成一圖案化光阻保護層，其中，上述 曝光處理係採用單面或雙面曝光的其中一種，利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置直接照射於光阻保護層上，又上述立體曝光線路圖形選自於直接掃瞄圖形；對顯露的金屬薄膜層進行蝕刻處理，形成一圖案化金屬線路層；對上述圖案化光阻保護層進行剝除處理；以及對上述圖案化金屬線路層表面進行化學鍍表層處理，形成一金屬保護層。
其中，上述塑膠本體是利用射出或壓出成型的方法所製成，且塑膠本體係選自聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子聚合物(LCP)、聚醯胺(PA6/6T)、尼龍(Nylon)、共聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、壓合或射出玻璃纖維(Glass-Fiber)的其中一種或一種以上的複合材料所構成。
於一較佳實施例中，上述表面前處理包含：表面脫脂、粗化、敏化以及活化處理；其中，上述表面脫脂係利用酸性或鹼性清潔劑去除上述塑膠本體表面的髒汙、油脂。
上述表面粗化係利用機械刷磨、噴砂、化學蝕刻或電漿的其中一種方式進行相當程度之粗化處理，使改質成為親水性之多孔表面，利於提昇後續上述塑膠本體與金屬鍍層的固著力；於一可行實施例中，上述化學蝕刻係利用鉻酸鹽與硫酸混合溶劑、過硫化物、雙氧水、高錳酸鹽與硫酸系的其中一種粗化藥劑或應用隔膜電解系統所產生的強 氧化劑，進行塑膠本體的表面改質。
上述敏化處理係將氯化亞錫混合酸性溶液中的亞錫離子(Sn2+ )，滲入塑膠本體表面粗化的多孔凹穴內部達到吸附作用。
又上述活化處理係將氯化鈀混合酸性溶液中的鈀離子(Pd2+ )繼續植入反應形成一活性金屬微粒，以利後續進行金屬化鍍層金屬沈積作用。
此外，上述金屬化處理係利用低溫濺鍍或塑膠水電鍍的其中一種加工方式，使金屬沈積於上述塑膠本體表面形成一金屬薄膜層；上述沈積金屬選自於鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、錫(Sn)、銅(Cu)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
上述光阻塗佈處理係將感光液態光阻以浸塗或噴塗的方式，對金屬薄膜層的表面塗佈一光阻保護層；上述光阻保護層的感光液態光阻選自於正型或負型光阻的其中一種。
上述曝光處理係採用單面或雙面曝光的其中一種，利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置直接照射於光阻保護層上，又上述立體曝光線路圖形選自於直接掃瞄圖形。
上述顯影處理係採用噴灑顯影劑或浸泡顯影劑的其中一種方式；上述蝕刻處理係採用噴灑蝕刻劑或浸泡蝕刻劑的其中一種方式；而上述剝除處理係採用噴灑剝膜劑或浸泡剝膜劑的其中一種方式。
又上述表層處理係採用化學鍍方式加工形成上述金屬保護層，上述金屬保護層選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)的其中一種或一種以上的複合金屬構成，可選自與上述圖案化線路層相同的金屬材料先行增厚，隨後再選自與上述圖案化線路層相異的金屬材料以形成複合金屬保護層。
經由上述較佳實施例所揭露的塑膠金屬化立體線路製造方法，使得本發明可採用一般塑膠材料作為本體基材，不須採用特殊含有金屬觸媒混合的非一般性材料，因此材料選擇性高且取得成本較低。另外，可彈性製作出複雜的三維立體線路圖案，不會受限於傳統模具幾何機械加工限制或複雜線路結構造成加工時間及成本的提高。
此外，本體與金屬線路圖案屬於依附性整體結構及具有較佳黏結強度，可避免習知塑膠本體與金屬導體片獨立製造後須再組裝的程序，消除組裝失誤或碰撞造成塑膠本體與金屬導體片分離的問題。
茲為便於更進一步對本發明之目的、特徵或方法有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下，然而以下所附之圖式僅供參考與說明用途，並非用來對本發明加以限制者。
首先，請參閱第1圖所示的製造流程圖，並配合參閱第2圖至第6圖所示各個製造方法流程的結構示意圖，本發明三維天線電路的製造方法，其包含以下步驟：
(1)提供一三維結構的塑膠本體10；其中，上述塑膠本體10是利用射出或壓出成型的方法所製成。
於一較佳實施例中，上述塑膠本體10係選自聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子聚合物(LCP)、聚醯胺(PA6/6T)、尼龍(Nylon)、共聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、壓合或射出玻璃纖維(Glass-Fiber)的其中一種或一種以上的複合材料所構成。
如第2圖所示，本發明係以射出成型方式製成一內凹盆狀結構的塑膠本體10，且上述塑膠本體10的內凹處具有多數不規則凸塊、開孔以及曲面等各種不同的三維立體結構。
由於本發明可採用一般性塑膠材料作為本體基材，因此，不須採用特殊含有金屬觸媒混合的非一般性材料，自然材料選擇性高且取得成本較低。另外，可彈性製作出複雜的三維立體線路圖案，不會受限於傳統模具幾何機械加工限制或複雜線路結構造成加工時間及成本的提高。
(2)對上述塑膠本體10進行表面前處理11；其中，上述表面前處理11包含：表面脫脂、表面粗化、敏化以及活化處理。
上述表面脫脂係利用酸性或鹼性清潔劑去除上述 塑膠本體10表面的髒汙、油脂。
上述表面粗化係利用機械刷磨、噴砂、化學蝕刻或電漿的其中一種方式進行相當程度之粗化處理，使改質成為親水性之多孔表面，利於提昇後續上述塑膠本體10與金屬鍍層的固著力。
於一可行實施例中，上述化學蝕刻係利用鉻酸鹽與硫酸混合溶劑、過硫化物、雙氧水、高錳酸鹽與硫酸系的其中一種粗化藥劑或應用隔膜電解系統所產生的強氧化劑，進行塑膠本體10的表面改質。
上述敏化處理係將氯化亞錫混合酸性溶液中的亞錫離子(Sn2+ )，滲入塑膠本體10表面粗化的多孔凹穴內部達到吸附作用。
上述活化處理係將氯化鈀混合酸性溶液中的鈀離子(Pd2+ )繼續植入反應形成一活性金屬微粒，以利後續進行金屬化鍍層金屬沈積作用。
如第2圖所示，本發明於塑膠本體10的內、外側表面依序進行表面脫脂去除髒汙、油脂，表面粗化改質成為親水性之多孔表面、敏化滲入塑膠本體10表面達到吸附作用以及活化植入形成一活性金屬微粒等前處理，方便後續進行金屬化鍍層的金屬沈積作用。
(3)對上述塑膠本體10表面進行金屬化處理，沈積形成一金屬薄膜層12；其中，上述金屬化處理係利用低溫濺鍍或塑膠水電鍍的其中一種加工方式，使金屬沈積於上述塑膠本體10表面形成一金屬薄膜層12。
於一較佳實施例中，上述沈積金屬選自於鎳(Ni)、鈷(C0)、鈀(Pd)、錫(Sn)、銅(Cu)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
如第3圖所示，本發明塑膠本體10是針對步驟(2)表面前處理11的範圍進行金屬沉積，使上述不規則凸塊、開孔以及曲面等位置皆形成上述金屬薄膜層12，並透過上述開孔可使得塑膠本體10內、外側表面的金屬薄膜層12得以相互導通。
(4)對上述金屬薄膜層12表面進行光阻塗佈處理，形成一光阻保護層13；其中上述光阻塗佈處理係將感光液態光阻以浸塗或噴塗的方式，對上述金屬薄膜層12的表面塗佈一光阻保護層13。
於一較佳實施例中，上述光阻保護層13的感光液態光阻選自於正型或負型光阻的其中一種。
如第3圖所示，本發明塑膠本體10是針對步驟(3)金屬化處理的範圍(同上述不規則凸塊、開孔以及曲面等位置)，進行光阻塗佈材料的覆蓋形成一光阻保護層13。
(5)對上述光阻保護層13進行曝光/顯影處理17，形成一圖案化光阻保護層14；其中，上述曝光處理係採用單面或雙面曝光的其中一種，而上述顯影處理係採用噴灑顯影劑或浸泡顯影劑的其中一種方式。
於一較佳實施例中，上述曝光處理是利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置直接照 射於光阻保護層上，又上述立體曝光線路圖形選自於直接掃瞄圖形。如第4圖所示，本發明塑膠本體10係採用雙面曝光，分別於塑膠本體10的上方形成一第一曝光圖形171，另於塑膠本體10的下方形成一第二曝光圖形172，再利用顯影劑將局部區域的光阻結構溶解除去，以形成圖案化光阻保護層14。
(6)對顯露的金屬薄膜層12進行蝕刻處理，形成一圖案化金屬線路層15；其中，上述蝕刻處理係採用噴灑蝕刻劑或浸泡蝕刻劑的其中一種方式。
如第5圖所示，上述受到圖案化光阻保護層14保護區域下的金屬薄膜層12將不會被蝕刻液溶蝕去除，直接形成一對應圖案化光阻保護層14的圖案化金屬線路層15。
(7)對上述圖案化光阻保護層14進行剝除處理；其中，上述剝除處理係採用噴灑剝膜劑或浸泡剝膜劑的其中一種方式。
如第5圖所示，將覆蓋於上述圖案化金屬線路層15上方的圖案化光阻保護層14使用剝膜劑完全去除，使得上述圖案化金屬線路層15外露。
(8)對上述圖案化金屬線路層15表面進行表層處理，形成一金屬保護層16，其中，上述表層處理係採用化學鍍(無電鍍)方式來加工，形成上述金屬保護層16。
於一較佳實施例中，上述金屬保護層16選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻 (Cr)的其中一種或一種以上的複合金屬構成，可選自與上述圖案化線路層相同的金屬材料先行增厚，隨後再選自與上述圖案化線路層相異的金屬材料以形成複合金屬保護層。
如第6圖所示，本發明最後於塑膠本體10內、外側表面的圖案化金屬線路層15進行化學鍍，使得線路層增厚形成上述金屬保護層16，進一步提高金屬線路層表面抗氧化及焊接性。
綜上所述，本發明塑膠金屬化立體線路製造方法使立體的塑膠本體具有三維立體樣態之電路結構，該電路的金屬線路層可選擇性地成形於塑膠本體的任何立體面，進而達到圖案化線路的電路佈局設計，讓三維電路可應用於天線、LED承載座、電路基板、連接器、電子裝置或方向盤等各種不同造型之立體結構物，進而無須在本體內部額外設置一電路載體，進而縮小本體體積來滿足輕、薄、短、小的需求。
以上所舉實施例，僅用為方便說明本發明並非加以限制，在不離本發明精神範疇，熟悉此一行業技藝人士依本發明申請專利範圍及發明說明所作之各種簡易變形與修飾，均仍應含括於以下申請專利範圍中。
10‧‧‧塑膠本體
11‧‧‧表面前處理
12‧‧‧金屬薄膜層
13‧‧‧光阻保護層
14‧‧‧圖案化光阻保護層
15‧‧‧圖案化金屬線路層
16‧‧‧金屬保護層
17‧‧‧曝光/顯影處理
171‧‧‧第一曝光圖形
172‧‧‧第二曝光圖形
第1圖係本發明塑膠金屬化立體線路製造方法的流程圖；第2圖為本發明提供塑膠本體進行表面前處理之結構 示意圖；第3圖為本發明塑膠本體進行金屬化處理及塗佈處理之結構示意圖；第4圖係本發明塑膠本體進行曝光/顯影處理之結構示意圖；第5圖係本發明塑膠本體進行蝕刻及剝除之結構示意圖；以及第6圖係本發明塑膠本體進行表層處理形成金屬保護層之結構示意圖。

Claims (12)

  1. 一種塑膠金屬化立體線路製造方法，包括以下步驟：(1)提供一三維結構的塑膠本體；(2)對上述塑膠本體進行表面前處理，其中，上述表面前處理包含：表面脫脂、粗化、敏化以及活化處理；(3)對上述塑膠本體表面進行低溫濺鍍或塑膠水電鍍的金屬化處理，沈積形成一金屬薄膜層；(4)對上述金屬薄膜層表面以浸塗或噴塗的方式，進行光阻塗佈處理，形成一光阻保護層；(5)對上述光阻保護層進行曝光/顯影處理，形成一圖案化光阻保護層，其中，上述曝光處理係採用單面或雙面曝光的其中一種，利用雷射或紫外光源，依特定立體曝光線路圖形的區域或位置直接照射於光阻保護層上，又上述立體曝光線路圖形選自於直接掃瞄圖形；(6)對顯露的金屬薄膜層進行蝕刻處理，形成一圖案化金屬線路層；(7)對上述圖案化光阻保護層進行剝除處理；以及(8)對上述圖案化金屬線路層表面進行化學鍍表層處理，形成一金屬保護層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述塑膠本體係選自聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚對苯二 甲酸丁二酯(PBT)、液晶高分子聚合物(LCP)、聚醯胺(PA6/6T)、尼龍(Nylon)、共聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、壓合或射出玻璃纖維(Glass-Fiber)的其中一種或一種以上的複合材料所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述塑膠本體是利用射出成型或壓出成型的方法所製成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述表面脫脂係利用酸性或鹼性清潔劑去除上述塑膠本體表面的髒汙、油脂。
  5. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述表面粗化係利用機械刷磨、噴砂、化學蝕刻或電漿的其中一種方式進行相當程度之粗化處理，使改質成為親水性之多孔表面，利於提昇後續上述塑膠本體與金屬鍍層的固著力。
  6. 如申請專利範圍第5項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述化學蝕刻係利用鉻酸鹽與硫酸混合溶劑、過硫化物、雙氧水、高錳酸鹽與硫酸系的其中一種粗化藥劑或應用隔膜電解系統所產生的強氧化劑，進行塑膠本體的表面改質。
  7. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述敏化處理係將氯化亞錫混合酸性溶液中的亞錫離子(Sn2+ )，滲入塑膠本體表面粗化的多孔凹穴內部達到吸附作用。
  8. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述活化處理係將氯化鈀混合酸性溶液中的鈀離子(Pd2+ )繼續植入反應形成一活性金屬微粒，以利後續進行金屬化鍍層金屬沈積作用。
  9. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述金屬化處理使金屬沈積於上述塑膠本體表面形成一金屬薄膜層；上述沈積金屬選自於鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、錫(Sn)、銅(Cu)的其中一種或以上複合金屬的其中一種。
  10. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述光阻保護層的感光液態光阻選自於正型或負型光阻的其中一種。
  11. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中，上述顯影處理係採用噴灑顯影劑或浸泡顯影劑的其中一種方式；上述蝕刻處理係採用噴灑蝕刻劑或浸泡蝕刻劑的其中一種方式；而上述剝除處理係採用噴灑剝膜劑或浸泡剝膜劑的其中一種方式。
  12. 如申請專利範圍第1項所述塑膠金屬化立體線路製造方法，其中上述金屬保護層選自於鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)的其中一種或可與上述圖案化線路層為相同的金屬材料先行增厚，隨後再選自與上述圖案化線路層相異的金屬材料以形成複合金屬保護層。
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