TWI552659B - 金屬圖案製造方法與具金屬圖案之基板結構 - Google Patents

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Description

金屬圖案製造方法與具金屬圖案之基板結構
本發明是有關於一種基板製造方法，也是有關於一種金屬圖案製造方法。
對於行動通訊裝置內所配置的電路板以及天線(antenna)等結構，常使用化學浸鍍(electroless plating)，來沉積金屬圖案於機殼或塑膠基板的表面而製得。不過，塑膠基板本身常伴隨著設置有其他的金屬構件，例如是金屬螺帽(metal nut)或是金屬嵌件(metal insert)等等。在化學浸鍍(簡稱化學鍍)製程中，常會有非預期的金屬鍍層形成在這些金屬構件或者是形成在非預期區域的情況，不但增加短路的風險，而且也造成化學鍍溶液的浪費與成本增加。此外，也會導致外觀不良的問題產生。
目前已有一些防鍍方法被用來嘗試解決上述問題，例如，藉由電極施加正電壓至金屬構件上以排斥金屬離子以預防不必要的化學鍍發生。然而，隨著額外電壓的施加，化學鍍變得不 穩定而且也增加了鍍出(plating out)的風險。另外，此法需搭配使用昂貴的治具才能進行，且金層構件上需有開孔以連接電極。因此，方便又經濟的防鍍方法，成為本領域技術人員亟欲發展的目標。
本發明提供一種具金屬圖案之基板結構的製造方法。其透過金屬防鍍處理方法，在化學鍍製程中局部形成金屬圖案。進而獲得具有精準(邊界分明)的局部金屬圖案的塑膠表面。
本發明提出一種金屬圖案製造方法，適用於具有至少一金屬構件之一塑膠基板或元件之表面，首先針對塑膠基板中之金屬構件的表面進行表面鈍化處理而使其防鍍。後續可利用雷射在塑件上進行選擇性活化，並搭配化學鍍製程，直接於基板表面之預定區域形成金屬圖案。該塑膠基板可以為平板狀、立體狀、曲面或元件。
本發明提供一種金屬圖案的製造方法。先提供具有至少一金屬構件之基板。接著，對於所述基板中的所述金屬構件進行表面鈍化處理。並且，對於所述基板之預定區域進行雷射預先處理而形成活化種子層。後續進行化學鍍製程來處理所述基板，而於所述預定區域內的所述活化種子層上形成金屬圖案。亦可先對金屬構件進行表面鈍化處理後，再置入塑膠基板內，置入方式可以為嵌入射出(insert moding)或熱溶加工(hot melting)或其他習知 的加工方式。
依照本發明實施例，本發明提出一種基板製造方法，可以製造得到一種基板結構，該基板結構包括至少一金屬構件與形成在所述基板上預定區域的金屬圖案。所述金屬構件具有防鍍表面，而所述金屬構件具有的所述防鍍表面是透過將所述基板上的所述金屬構件浸泡至一酸溶液中進行表面鈍化處理而得到。至於所述金屬圖案則是透過後續化學鍍製程所形成，但是，所述防鍍表面在所述化學鍍製程中不上鍍。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
S10、S12、S14、S16‧‧‧步驟
20‧‧‧表面鈍化處理
30‧‧‧雷射步驟
40‧‧‧清潔步驟
100‧‧‧塑膠基板
100a‧‧‧表面
102‧‧‧金屬構件
102a‧‧‧防鍍表面
102P‧‧‧金屬構件暴露部份
200‧‧‧混合物層
200A‧‧‧混合物層未處理的部分
202‧‧‧雷射處理區域
204‧‧‧活化種子層
206‧‧‧金屬圖案
208‧‧‧第一金屬層
210‧‧‧第二金屬層
A‧‧‧預定區域
Sa‧‧‧酸溶液
S‧‧‧開口
圖1為本發明一實施例的金屬圖案的製作步驟流程圖。
圖2A-2F為本發明一實施例基板結構上的金屬圖案製作流程俯視示意圖。
圖3A-3D為本發明一實施例基板結構上的金屬圖案製作流程的剖面示意圖。
本發明提供一種金屬圖案的製造方法。其適用於具有至少一金屬構件之一塑膠基板或元件之表面，透過金屬防鍍處理方 法，將塑膠基板或元件之表面上的至少一金屬構件表面鈍化處理，而後經化學鍍製程於塑膠基板或元件之表面上形成一金屬圖案。而經鈍化處理的至少一金屬構件表面上不會因為化學鍍製程形成額外的金屬層。因此，透過此製造方式，在塑膠基板表面上之預定區域以化學鍍形成出具有精準(邊界分明)的局部金屬圖案。
圖1為本發明一實施例基板結構上的金屬圖案的製作步 驟流程圖。圖2A-2F為本發明一實施例基板結構上的金屬圖案製作流程俯視示意圖。
首先，請參照圖1以及圖2A，進行步驟S10，提供具有 至少一金屬構件102之塑膠基板100的表面100a，表面100a具有開口S並暴露出金屬構件102之一部份102P。該塑膠基板可以為平板狀、立體狀、曲面或包含塑料材質的任意元件。
接著進行步驟S12並參照圖2B，針對金屬構件102進行 表面鈍化處理20，主要是將金屬構件102被開口S暴露出的之部份(金屬構件暴露部份)102P進行表面鈍化處理20。所述表面鈍化處理20例如是將包含有金屬構件102之塑膠基板100一同浸泡在一酸溶液Sa中，以便於鈍化金屬構件102的表面而形成一防鍍表面102a。或在將金屬構件102置入塑膠基板100前，先浸泡在一酸溶液Sa中，以形成一防鍍表面102a。所述酸溶液是具氧化性的酸溶液，例如是硫酸雙氧水溶液、硝酸溶液、檸檬酸溶液、磷酸溶液。酸溶液例如可以是4wt%~80wt%的硫酸雙氧水(piranha) 溶液、4wt%~55wt%的硝酸的水溶液，含4wt%~10wt%檸檬酸的水溶液、含5wt%~15wt%磷酸的水溶液。表面鈍化處理包括將金屬構件102在20℃~80℃下浸於所述酸溶液中約30秒至120分鐘，較佳1分鐘至30分鐘，即可完成。步驟S12還可包含超音波清洗過程，及NaOH去油脂及中和酸液流程。
本發明之精神亦不排除圖1中的步驟S10實施順序可與 步驟S12互換。亦即先對特定金屬構件進行前述步驟S12所述之表面鈍化處理20後，再利用嵌入射出(insert moding)、熱溶加工(hot melting)或其他習知的塑料加工方式將金屬構件包覆或置入基板100內，或甚至利用嵌入、對合等方式將金屬構件與塑膠基板組合起來。
塑膠基板100可以是電子裝置基板或外殼，可以是可攜 帶裝置例如手機的機殼或電路板等等，並不限為平板狀，亦可為立體或曲面。金屬構件102可以是設置在基板上的金屬嵌件(metal insert)，鎖固裝置或是其他具有特定功能的裝置。舉例來說，構件102可以是金屬螺帽、金屬片材(metal sheet)等等。圖2中繪示金屬片材為例說明，其可以是具強化結構，防磁，增加物件重量等功用的背板。但本發明不限於此。金屬構件102的材料例如是不銹鋼材料，或含鉻鎳的不銹鋼材料，如SUS430不銹鋼材料或SUS304不銹鋼材料等。
前述表面鈍化處理中，以含鉻鎳的不銹鋼材料為例子，所述表面鈍化處理將金屬構件102浸泡在一酸溶液中，而酸溶液 可溶解不鏽鋼材料表面所含氧化鐵，增加表面鉻含量，並將表面鉻層氧化，進而在其表面形成富含氧化鉻的鈍化層(chromium oxide enriched layer)，而位於金屬構件102表面的此氧化鉻層也就構成防鍍表面102a。此富含氧化鉻的鈍化層(此處亦簡稱氧化鉻層)其氧化鉻含量為鉻含量的至少3倍以上(氧化鉻含量/鉻含量≧3)，較佳為13倍。
根據實驗，以金屬構件的材料是含鉻鎳的不銹鋼材料為 例，將SUS305不銹鋼試片與SUS430不銹鋼試片浸在4wt%~80wt%的硫酸雙氧水(piranha)溶液或含5wt%~55wt%硝酸的水溶液中、在60℃下浸泡約25分鐘左右，則測得此兩種不銹鋼材料在強鹼的起鍍銅藥水中可維持4小時不上鍍。經銅鎳金全製程後，也未有金屬沉積於其上的情況。以物理研磨方式移除表面氧化層後，再經具氧化性酸溶液處理及NaOH鹼洗後，SUS305不銹鋼試片與SUS430不銹鋼試片也同樣保持其在起鍍銅槽液中不上鍍的特性。
因此，表面鈍化處理可確保金屬構件表面被防鍍表面保 護，在後續化學鍍製程中(包括化學鍍銅製程、化學鍍鎳製程或化學鍍金製程)可以保持至少四小時不上鍍，故達到相當良好的防鍍效果。
至此，已經將塑膠基板100表面上的金屬構件102鈍化 處理而被防鍍表面102a保護起來，因此，在後續針對塑膠基板100表面的其它位置要進行化學鍍處理的程序中，由於金屬構件102 受到防鍍表面102a的保護，故不會與化學鍍液產生反應，更不會於其上形成額外的金屬層。
參照圖1以及圖2C，進行步驟S14，對於塑膠基板100之預定區域A進行雷射預先處理而形成一活化種子層204。
根據本案實施例，雷射預先處理可以包括利用雷射直接成型(laser direct structuring，LDS)技術來處理塑膠基板100之預定區域A。以下藉由雷射直接成型技術作為實例來解釋其詳細機制，請參見圖3A-3D的剖面示意圖。參見圖3A，在塑膠基板100之預定區域A之表面100a上形成混合物層200。所謂預定區域A可以是塑膠基板100之邊緣區域，可以是金屬構件設置區域以外的任意區域。所述混合物層200例如是藉由使用LDS專用塑料(含LDS催化劑)所形成，或者，所述混合物層200包含其它雷射可活化物質如金屬奈米粒子或金屬性奈米粒子等。參見圖3A右方區域可知，塑膠基板100表面上的金屬構件102因被鈍化處理而具防鍍表面102a，故對於此區域，因屬於非預期參與後續化學鍍程序之區域，故無須雷射預先處理，此處僅繪示出來作為比對之用。參見圖3B，進行雷射步驟30以處理混合物層200的一部分來形成活化種子層(seed layer)204。活化種子層204的分佈範圍(亦即，被雷射所處理的部分202的位置)對應於待於後續製程中形成的金屬圖案的位置，對應地，混合物層未被雷射處理的部分(混合物層未處理的部分)標為200A。雷射步驟中所使用的雷射為波長1064奈米的紅外線(IR)雷射。
在雷射照射過程中，混合物層200中的可活化物質在雷射步驟30期間融合且轉變為活化種子層204，且活化種子層204緊密附著於表面100a。分佈於雷射處理區域202中的活化種子層204可充當後續化學鍍製程的晶種圖案。因為活化種子層204的形成由雷射活化而得，所以可精確地控制圖案的位置及形狀。
參見圖3C，在雷射步驟30後，可進行清潔步驟40以移除混合物層的殘餘部份(混合物層未處理的部分)200A露出塑膠基板100的表面100a，而活化種子層204留在塑膠基板100的表面100a上。清潔製程中所使用的溶劑可例如為水、丙酮或適當的醇。
同時參見圖1、圖2D與圖3D，進行步驟S16，進行化學鍍製程來進一步處理塑膠基板100。參見圖2D &圖3D，對於塑膠基板100進行第一化學鍍製程，因塑膠基板100之預定區域A已進行雷射預先處理處形成有活化種子層204，化學鍍製程中會透過保留於塑膠基板100的表面100a上的活化種子層204，在塑膠基板100之預定區域A內表面100a上形成金屬圖案206。以此實施例而言，此第一化學鍍製程因為活化種子層204充當化學鍍的晶種圖案，所以金屬圖案206準確地形成於活化種子層204的分佈區域上。
圖3D之製程步驟等同於圖2D之第一化學鍍製程。以此第一化學鍍製程為化學鍍銅製程為例，所形成的金屬圖案206例如為具有不超過20微米的厚度銅圖案。針對被防鍍表面102a保 護起來的部份(如圖3D右方所示)，未發生化學鍍反應。活化種子層204可輕易在化學鍍製程期間併入至金屬圖案206中，且活化種子層204與金屬圖案206兩者可被視為一個整體(integral body)金屬圖案206可由連續圖案或不連續圖案構成。
藉由使用雷射，所獲得的金屬性圖案可具有極精確的圖 案輪廓。且由於雷射掃瞄可因應於基板的外型或結構，所以金屬性圖案可準確地形成於平坦表面上或非平坦物件上方。
繼續參見圖2E-2F，分別進行第二化學鍍製程與第三化學 鍍製程，在塑膠基板100之預定區域A內所形成的金屬圖案206上依序形成第一金屬層208與第二金屬層210。以此第一化學鍍製程為化學鍍銅製程為例，第二化學製程與第三化學鍍製程分別為化學鍍鎳製程與化學鍍金製程，而所形成的第一金屬層208例如為鎳圖案；所形成的第二金屬層210例如為金圖案。
前述實施例的金屬圖案製造方法也可以是一種基板製造 方法，可以製造得到一種基板結構，該基板結構包括至少一金屬構件與形成在所述基板上預定區域的金屬圖案。所述基板具有至少一開口S，其中所述金屬構件102會經由所述開口暴露出來。所述金屬構件具有防鍍表面，而所述金屬構件具有的所述防鍍表面是透過將所述基板中的所述金屬構件浸泡至一酸溶液中進行表面鈍化處理而得到。至於所述金屬圖案則是透過後續化學鍍製程所形成，但是，所述防鍍表面在所述化學鍍製程中不上鍍。
在本實施例中，可透過化學鍍(electroless plating)於塑 膠基板上形成金屬圖案。本實施例的金屬圖案例如是包括多層導電層的天線。先於基板上形成具有良好導電性的銅(層)圖案，接著，於銅層圖案上形成具有良好抗刮性的鎳層，再於鎳層上形成金層以減少鎳層的氧化。但本發明不限於前述實施例。金屬圖案也可以是只包括單層導電層。金屬圖案可作為天線、接點或其他金屬構件，而其材料包括銅、鎳、金、銀或上述之任意組合。
具體而言，可將塑膠基板100浸至化學鍍液中進行化學 鍍以形成金屬圖案。此時，由於塑膠基板100上原有之金屬構件102具有防鍍表面102a，可防止金屬材料形成於其上，因此金屬材料不會鍍在金屬構件102之防鍍表面102a上而達到防鍍的功能。因此，不會浪費化學鍍液的用量，可以進一步節省成本，並避免因非預期金屬層之形成造成功能或外觀上的不良影響。也因鈍化處理之緣故，可以確保化學鍍製程中金屬圖案形成在預定位置，確保產品成功率，更具有經濟效益。
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。
S10、S12、S14、S16‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種金屬圖案的製造方法，包括：提供一具有至少一金屬構件之基板，所述基板具有至少一開口暴露出所述金屬構件之至少一部分；對於所述金屬構件進行表面鈍化處理；對於所述基板之一預定區域進行雷射預先處理而形成活化種子層，其中所述預定區域為所述基板中所述金屬構件的設置區域以外的區域；以及進行化學鍍製程以處理所述基板之所述預定區域內的所述活化種子層上形成金屬圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的金屬圖案的製造方法，其中所述表面鈍化處理包括：將所所述金屬構件浸泡至一酸溶液中，而在所述金屬構件上形成防鍍表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的金屬圖案的製造方法，其中所述酸溶液可能是含4wt%~55wt%硝酸的水溶液，含4wt%~10wt%檸檬酸的水溶液、含5wt%~15wt%磷酸的水溶液，所述表面鈍化處理包括將所述金屬構件在20℃~80℃下浸於所述酸溶液中30秒至120分鐘。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的金屬圖案的製造方法，其中所述酸溶液可能是4wt%~80wt%的硫酸雙氧水溶液，含4wt%~10wt%檸檬酸的水溶液、含5wt%~15wt%磷酸的水溶液，所述表面 鈍化處理包括將所述金屬構件在20℃~80℃下浸於所述酸溶液中30秒至120分鐘。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的金屬圖案的製造方法，其中所述防鍍表面為含有氧化鉻的鈍化層，而其所含氧化鉻含量至少為鉻含量的3倍以上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的金屬圖案的製造方法，其中所述化學鍍製程為化學鍍銅，所述金屬圖案為銅圖案。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的金屬圖案的製造方法，其中所述化學鍍製程包括化學鍍銅製程、化學鍍鎳製程與化學鍍金製程，所述金屬圖案為具有鎳與金層覆蓋的銅圖案。
  8. 一種基板結構，包括：一基板，具有至少一開口；至少一金屬構件，位於所述基板中，其中所述金屬構件具有至少一暴露部分經由所述開口暴露出來，所述金屬構件暴露部份具有一防鍍表面，所述防鍍表面的氧化鉻含量至少為鉻含量的3倍以上；以及一金屬圖案，位於所述基板上的一預定區域內，其中所述預定區域為所述基板中所述金屬構件的設置區域以外的區域。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的基板結構，其中所述金屬圖案為銅圖案。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的基板結構，其中所述金屬圖案為具有鎳與金層覆蓋的銅圖案。
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