TWI503847B - Plastic body with conductive line layer and its making method - Google Patents

Description

具有導電線路層的塑膠體及其製作方法

本發明是有關於一種塑膠體及其製作方法，特別是指一種具有導電線路層的塑膠體及其製作方法。

一般塑膠材質，由於具有不易導電、質輕、化學性安定、耐衝擊、透明耐磨以及易成型著色、成本低等因素，因此廣泛被使用於日常生活用品，甚至工程塑膠亦能以較優異之強化等特性使用於工業界所需，舉凡PET(聚乙烯對苯二甲酸脂)、HDPE(高密度聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)的聚合物等皆屬之，其中最常被使用的是聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)或聚苯乙烯(PS)、ABS、ABS+PC複合之材料等。尤其現今許多電子產品問世，諸如電腦機殼、手機面板等，由於塑膠具有前述的優點，也被廣泛採用為材料的選項，而電子產品由於本身內部設計及功能考量，會在塑膠外殼的表面進行電鍍以形成如電子線路或天線的金屬層。

在塑膠電鍍的流程都會進行表面粗化的步驟，用以增加塑膠表面粗糙度及表面積，使得後來形成的鍍層容易附著於塑膠表面而不易剝離。

然而常見的塑膠表面粗化方法有化學蝕刻法、雷射粗化法、噴砂，及模具咬花等方法。化學蝕刻法適用於ABS、ABS+PC等塑膠，其中以鉻酸進行溶解ABS三元共聚物中的B(丁二烯)以於表面產生倒勾形(undercut)凹洞，除此之外，其他如PP、PE(聚乙烯)、PS、PA(聚醯胺)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)、LCP(液晶高分子)等塑膠也能用化學蝕刻方法進行表面粗化，但因為蝕刻後的表面粗化效果不佳或毒性問題而不常見。雷射粗化法用於各類熱塑性塑膠時，其粗化方法為利用雷射光束在塑膠表面快速移動進行融蝕，以瞬間融化與固化塑料而產生海綿狀的微結構且於表面創造倒勾形(undercut)凹洞。雷射粗化方法是無毒且適用材料較化學蝕刻方法廣，但不適用於雷射能透射的塑膠材料，且過程也較費時及成本相對提高。另外噴砂及模具咬花雖然可以增加塑膠表面的粗糙度，但不能於表面形成倒勾形凹洞，因此當作塑膠電鍍中表面粗化方法效果不佳。

經由上述說明可知，化學蝕刻方法雖然較為經濟，但受限於特定塑膠必須搭配特定化學溶劑才能於表面上產生倒勾形的凹洞，因此無法廣泛應用於其他塑膠材料。然而雷射粗化方法雖然可應用於較多種塑膠材料(不適用於雷射能透射的塑膠材料)，但在大面積的表面融蝕耗時耗能過多造成成本過高，且融蝕過程需精密控制才能於表面形成適當的倒勾形凹洞。因此，如何在不同種類的塑膠基材的表面上形成一粗化結構，使得後來形成的鍍層能藉 由該粗化結構附著於塑膠表面而不易剝離，是一亟待解決的問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有導電線路層的塑膠體的製作方法。

本發明之另一目的，是在提供一種具有導電線路層的塑膠體。

於是，本發明具有導電線路層的塑膠體的製作方法，包含以下步驟：將一塑膠熔體沿著一成型方向依序凝固成型為一塑膠體，上述塑膠體包括一基板，及多數固定肋。基板的表面具有一圖案區，上述固定肋形成於圖案區內並交錯堆疊成多層結構，且固定肋與圖案區的表面所界定的空間相對形成多數凹洞；及於圖案區內形成一導電線路層，上述導電線路層具有多數分別對應於其下方的凹洞的填入部，導電線路層藉由填入部結合相對應的凹洞而不脫離該塑膠體。

本發明具有導電線路層的塑膠體包含：一塑膠體及一導電線路層。

上述塑膠體包括一基板，及多數固定肋，基板的表面具有一圖案區，固定肋形成於該圖案區內並交錯堆疊成多層結構，且固定肋與圖案區的表面所界定的空間相 對形成多數凹洞。

導電線路層，形成於基板的表面該圖案區上，導電線路層具有多數分別對應於其下方凹洞的填入部，導電線路層藉由複數個填入部結合相對應的凹洞而不脫離該塑膠體。

本發明具有導電線路層的塑膠體的製作方法藉由利用熔融沉積成型(FDM)製程製得塑膠體的好處在於適用各種顏色的熱塑性塑膠材料、低環境汙染、無需另外製作模具及後續修模動作，以降低成本及提高產品開發速度，且可製作塑膠體上圖案區內的固定肋，此固定肋可交錯堆疊而成三維結構，這樣的結構是傳統上不利於脫模製成的三維結構。更重要的是，以此方式製作好的塑膠體即已經過初步圖案化並也已粗化，節省了化學藥劑粗化或是雷射粗化與圖案化的過程與成本，也減少化學藥劑有毒物質的產生。

另外，本發明具有導電線路層的塑膠體藉由交錯堆疊的固定肋的表面與圖案區的表面相配合所形成的空間，供該導電線路層填入附著達到不易剝離該塑膠體的功效。

110‧‧‧塑膠體形成步驟

120‧‧‧導電線路層形成步驟

121‧‧‧金屬媒介層形成步驟

122‧‧‧第一金屬層形成步驟

123‧‧‧圖案化步驟

124‧‧‧第二金屬層形成步驟

125‧‧‧非電鍍區移除步驟

2‧‧‧塑膠體

20‧‧‧空間

21‧‧‧基板

211‧‧‧圖案區

212‧‧‧底面

213‧‧‧圍繞面

22‧‧‧固定肋

3‧‧‧導電線路層

30‧‧‧金屬媒介層

31‧‧‧第一金屬層

311‧‧‧電鍍區

312‧‧‧非電鍍區

32‧‧‧第二金屬層

4‧‧‧擠壓頭

41‧‧‧擠壓噴嘴

5‧‧‧材料

51‧‧‧圖案化薄層

6‧‧‧建構平台

7‧‧‧暫時支撐層

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是本發明具有導電線路層的製作方法的一第一較佳實施例的流程圖； 圖2是一俯視示意圖，說明經由上述第一較佳實施例所形成的一具有一導電線路層的塑膠體；圖3是沿著圖2中的直線III-III所取得的剖視圖；圖4是一示意圖，說明上述第一較佳實施例所使用的熔融沉積成型製程；圖5是一上述第一較佳實施例於該塑膠體形成該導電線路層的流程示意圖，其中，為了使得步驟121~124的各示意圖中的圖案區內線條簡潔，故省略剖面後方的部分投影線；及圖6是為本發明具有導電線路層的製作方法的一第二較佳實施例所形成一具有一導電線路層的塑膠體的剖面圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明具有導電線路層的塑膠體的製作方法的一第一較佳實施例，包含以下步驟：

搭配參閱圖2、圖3及圖4，一塑膠體形成步驟110：利用熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling,FDM)製程，將一塑膠熔體沿著一成型方向依序凝固一體成型為一包括一基板21，及多數固定肋22的塑膠體2(見圖2)。 基板21的表面具有一圖案區211。多數固定肋22形成於圖案區211內並交錯堆疊成多層結構，即多數固定肋22與圖案區211的表面所界定的空間20相對形成多數凹洞。在本第一較佳實施例中，圖案區211具有一底面212及一由此底面212的周緣向上延伸的圍繞面213，底面212與圍繞面213相配合界定出一凹槽。每一層的多數固定肋22以50至500微米的間距平行間隔排列，且分別與上下相鄰兩層的固定肋22以介於15°至95°的交錯角度交錯堆疊。值得一提的是，此多數固定肋22也可與相鄰的固定肋22呈不規則交錯堆疊排列。

詳細地說，成型方向依不同熔融沉積成型機台設計，方向順序可能有所不同，例如，本第一較佳實施例熔融沉積成型製程是利用一經由電腦控制進行水平移動(沿著X軸及Y軸方向)的擠壓頭4(extrusion head)將熱塑性的材料5(包括但不限於ABS樹脂、聚碳酸酯(polycarbonates)、聚己酸內酯(polycaprolactone)、尼龍、蠟等)加熱呈熔融態，於一可垂直昇降(沿著Z軸方向)的建構平台6上，沿著所輸入電腦CAD圖檔(該塑膠體2的三維結構圖檔，且已完成三維結構定向(orienting)及切片(slicing)處理)的每一切片的二維幾何訊息運動軌跡移動，同時擠壓頭4的擠壓噴嘴41(extrusion nozzle)將熔融態的材料5擠壓出來而凝固形成一圖案化薄層51，接著降下該建構平台6而擠壓噴嘴41繼續於此圖案化薄層51上形成另一圖案化薄層51，藉此，於此建構平台6上由下而上堆疊黏結多數 圖案化薄層51而形成上述塑膠體2。較佳地，此圖案化薄層51厚度可薄至40微米。

值得一提的是，在上述圖案化薄層51堆疊過程中，若結構懸空間距或角度較大時，還可藉由一種水溶性材料(如聚乙烯醇，PVA)分別填滿上述圖案化薄層51間的懸空處以形成多數暫時支撐層7，用以防止上述圖案化薄層51騰空的部分由熔融態凝固的過程中受重力而彎曲變形，且完成塑膠體2後將塑膠體2浸置於加熱的氫氧化納溶液以溶解移除上述暫時支撐層7。不過，本較佳實施例的固定肋22之間的距離很短，因此不需採用暫時支撐層7。

搭配參閱圖5，一導電線路層形成步驟120：於基板21的表面的圖案區211形成一導電線路層3。導電線路層3部分填入固定肋22表面與圖案區21的表面所界定形成的空間20，換句話說，導電線路層3具有多數分別對應於其下方的凹洞的填入部，導電線路層3藉由填入部結合相對應的凹洞而不脫離上述的塑膠體2，藉此大幅提高導電線路層3於塑膠體2表面的附著力而不易剝離。更具體的說上述導電線路層3形成步驟具有以下五個步驟：一金屬媒介層形成步驟121：將塑膠體2浸置在一組成份包括一金屬離子的活性液中，令一金屬離子吸附至塑膠體2的表面以形成一金屬媒介層30；一第一金屬層形成步驟122：再將前述的塑膠體2以無電解電鍍方式，於金屬媒介層30上形成一第一金屬層31；一圖案化步驟123：以雷射同時移除部分塑膠體2表面的第一金屬層31及金屬媒介層30， 將第一金屬層31區分成一電鍍區311及一位於上述電鍍區311外的非電鍍區312，上述雷射包含但不限於紅外光脈衝雷射及綠光脈衝雷射，其功率可介於6.0至13.0W之間，脈衝頻率可介於5.0至30.0kHz之間；一第二金屬層形成步驟124：以電解電鍍的方式，於電鍍區311的第一金屬層31上形成第二金屬層32；一非電鍍區移除步驟125：將位於非電鍍區312的第一金屬層31及位於其下的金屬媒介層30從塑膠體2的表面上移除，所存留的該第一金屬層31的該電鍍區311部分與其上的第二金屬層32及其下的金屬層媒介層30構成導電線路層3。詳細地說，由於塑膠體2的表面對應於第一金屬層31的非電鍍區312部分沒有經過表面粗化，導致該第一金屬層31的非電鍍區312部分與其下的該金屬媒介層30相配合所形成的導電結構層與相對應的塑膠體2表面間的結合力差，因此僅須浸入化學藥劑中經過一短暫時間，即可移除該第一金屬層31的非電鍍區312部分與其下的該金屬媒介層30相配合所形成的導電結構層。

參閱圖6，本發明具有導電線路層的塑膠體的製作方法的一第二較佳實施例，大致上是相同於上述第一較佳實施例，第二較佳實施例不同於第一較佳實施例之處在於：基板21的表面的圖案區211與圖案區211外的部分共平面。

參閱圖2及圖3，本發明具有導電線路層的塑膠體的一第一較佳實施例包含：一塑膠體2及一導電線路層 3。

塑膠體2包括一基板21，及多數固定肋22。基板21的表面具有一圖案區211。多數固定肋22形成於圖案區211並交錯堆疊成多層結構，即多數固定肋22與圖案區211的表面所界定的空間20相對形成多數凹洞。在本第一較佳實施例中，圖案區211具有一底面212及一由底面212的周緣向上延伸的圍繞面213，底面212與圍繞面213相配合界定出一凹槽。每一層的固定肋22以50至500微米間的間距平行間隔排列，且分別與上下相鄰兩層的固定肋22以介於15°至95°的交錯角度交錯堆疊。

導電線路層3形成於該基板21的圖案區211，且部分填入固定肋22的表面與圖案區211的表面所界定形成的空間20，換句話說，導電線路層3具有多數分別對應於其下方的凹洞的填入部，導電線路層3藉由填入部結合相對應的凹洞而不脫離該塑膠體，藉此大幅提高該導電線路層3於塑膠體2的表面的附著力而不剝離。

參閱圖6，本發明具有導電線路層的塑膠體的一第二較佳實施例，大致上是相同於第一較佳實施例，第二較佳實施例不同於第一較佳實施例之處在於：基板21的該圖案區211與圖案區211外的部分共平面。

綜上所述，本發明具有導電線路層的塑膠體的製作方法利用熔融沉積成型(FDM)製程製得塑膠體2的好處，在於適用各種顏色的熱塑性塑膠材料、低環境汙染、無需另外製作模具及後續修模動作，以降低成本及提高開 發速度，且可用於製作出圖案區211上的多數固定肋22交錯堆疊而成的三維結構，這樣的結構是傳統上不利於脫模製成的三維結構。更重要的是，以此方式製作好的塑膠體2即已經過初步圖案化且具有三維結構可增加導電線路層3與塑膠體2的附著力，因此節省了化學藥劑粗化或是雷射粗化與圖案化的過程與成本，也減少化學藥劑有毒物質的產生。

另外，本發明具有該導電線路層3的塑膠體2藉由交錯堆疊的固定肋22的表面與圖案區211的表面相配合所形成的空間20，即固定肋22與圖案區211的表面所界定的空間20相對形成多數凹洞，此能達到類似於基板表面形成多數倒勾形凹洞的粗化效果，更佳的是空間20是多數錯綜交雜的通道組合，藉此部分填入該空間20的導電線路層3相較於部分填入該些倒勾形凹洞的導電線路層3更不容易剝離該塑膠體2，附著力更佳，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

110‧‧‧塑膠體形成步驟

120‧‧‧導電線路層形成步驟

121‧‧‧金屬媒介層形成步驟

122‧‧‧第一金屬層形成步驟

123‧‧‧圖案化步驟

124‧‧‧第二金屬層形成步驟

125‧‧‧非電鍍區移除步驟

Claims (12)

1. 一種具有導電線路層的塑膠體的製作方法，包含以下步驟：將一塑膠熔體沿著一成型方向依序凝固成型為一塑膠體，該塑膠體包括一基板，及多數固定肋，該基板的表面具有一圖案區，該等固定肋形成於該圖案區內並交錯堆疊成多層結構，且該等固定肋與該圖案區的表面所界定的空間相對形成多數凹洞；及於該圖案區內形成一導電線路層，該導電線路層具有多數分別對應於其下方的該等凹洞的填入部，該導電線路層藉由該等填入部結合相對應的該等凹洞而不脫離該塑膠體。
2. 如請求項1所述之具有導電線路層的塑膠體的製作方法，其中，該圖案區具有一底面及一由該底面的周緣向上延伸的圍繞面，該底面與該圍繞面相配合界定成一凹槽。
3. 如請求項1所述之具有導電線路層的塑膠體的製作方法，其中，該基板的該圖案區與該圖案區外的部分共平面。
4. 如請求項1所述之具有導電線路層的塑膠體的製作方法，其中，該等固定肋分別與相鄰的該些固定肋呈不規則交錯堆疊。
5. 如請求項1所述之具有導電線路層的塑膠體的製作方法，其中，每一層的該些固定肋平行間隔排列，且分 別與上下相鄰的該些固定肋呈交錯堆疊。
6. 如請求項1所述之具有導電線路層的塑膠體的製作方法，其中，該導電線路層形成步驟具有以下步驟；一金屬媒介層形成步驟：將該塑膠體浸置在一組成份包括一金屬離子的活性液中，令該一金屬離子吸附至該塑膠體的表面以形成該金屬媒介層；一第一金屬層形成步驟：再將前述的該塑膠體以無電解電鍍方式，於該金屬媒介層上形成一第一金屬層；一圖案化步驟：以雷射同時移除部分該塑膠體表面的該第一金屬層及該金屬媒介層，將該第一金屬層區分成一電鍍區及一位於該電鍍區外的非電鍍區；一第二金屬層形成步驟：以電解電鍍的方式，於該電鍍區的該第一金屬層上形成該第二金屬層；一非電鍍區移除步驟：將位於該非電鍍區的該第一金屬層及位於其下的該金屬媒介層從該塑膠體的該表面上移除，所存留的該第一金屬層的該電鍍區部分與其上的該第二金屬層及其下的該金屬層媒介層構成該導電線路層。
7. 一種具有導電線路層的塑膠體，包含：一塑膠體，包括一基板，及多數固定肋，該基板的表面具有一圖案區，該等固定肋形成於該圖案區內並交錯堆疊成多層結構，且該等固定肋與該圖案區的表面所界定的空間相對形成多數凹洞；及一導電線路層，形成於該基板的表面的該圖案區上，且該導電線路層具有多數分別對應於其下方的該 等凹洞的填入部，該導電線路層藉由該等填入部結合相對應的該等凹洞而不脫離該塑膠體。
8. 如請求項7所述之具有導電線路層的塑膠體，其中，該圖案區具有一底面及一由該底面的周緣向上延伸的圍繞面，該底面與該圍繞面相配合界定成一凹槽。
9. 如請求項7所述之具有導電線路層的塑膠體，其中，該圖案區與該圖案區外的部分共平面。
10. 如請求項7所述之具有導電線路層的塑膠體的製作方法，其中，該等固定肋分別與相鄰的該些固定肋呈不規則交錯堆疊。
11. 如請求項7所述之具有導電線路層的塑膠體，其中，每一層的該些固定肋平行間隔排列，且分別與上下相鄰的該些固定肋呈交錯堆疊。
12. 如請求項7所述之具有導電線路層的塑膠體，其中，該基板與該等固定肋為一體成型。