TWI634566B - 電氣導件及製造電氣導件的方法 - Google Patents

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Abstract

一種製造一電氣導件(100)的方法，該方法包含提供一基質層(102)、於該基質層上沈積一表面層(104)，該表面層具有至少部分暴露該基質層之多數孔洞(120)，以及於該等孔洞中形成多數石墨烯沈積物。視情況所需，該等石墨烯沈積物可以只形成於該等孔洞中。該等石墨烯沈積物可以沿著該基質層之該等暴露位置形成。該等石墨烯層也可以進行選擇性沈積，或係沈積以覆蓋一完整層。視情況所需，該等石墨烯沈積物的形成可以包含使用有機化合物前驅物及足夠溫度的加熱，利用一化學氣相沈積程序加工該電氣導件，以促成於包含該基質層之金屬化合物上成長石墨烯。

Description

電氣導件及製造電氣導件的方法
於此之本發明一般而言係與製造電氣導件的方法有關。
電氣導件係具有許多形式，像是接頭、終端、插腳、插槽、針眼插腳、微動插腳、順應插腳、接線、纜線編織帶、導線、襯墊及其他類似形式。這種電氣導件係於各式各樣的產品或裝置中使用，包含電氣連接器、纜線、印刷電路板或其他類似裝置。於該等電氣導件中使用之金屬對於侵蝕、擴散或其他反應係為敏感，這限制了其使用或是需要保護塗層。例如，當使用銅或銅合金電氣導件時，所述導件對侵蝕便為敏感。一般而言對銅金屬應用一金質表面層以做為侵蝕抑制。然而，金質與銅材料係受擴散影響，且一般而言在該銅與金質層之間沈積像是鎳的一種擴散阻隔材料。
基礎金屬的侵蝕情況對於導件介面與訊號完整性有不利影響。目前用來減輕侵蝕的電鍍技術時常形成一多孔隙表面，造成下方表面的氧化與侵蝕。此外，某些表面層面臨與摩擦、附著 與其他接觸力有關的問題，限制了該導件的應用。
對於電氣導件而言，仍存在一種解決與傳統電氣導件有關之前述問題及其他缺點的需要。
在一具體實施例中，提供一種製造電氣導件的方法，該方法包含提供一基質層、於該基質層上沈積一表面層，該表面層具有至少部分暴露該基質層之多數孔洞，以及於該等孔洞中形成多數石墨烯沈積物。視情況所需，該等石墨烯沈積物可以只形成於該等孔洞中。該等石墨烯沈積物可以沿著該基質層任何暴露位置形成。
視情況所需，所形成之石墨烯沈積物可以包含使用有機化合物前驅物及足夠溫度的加熱，利用一化學氣相沈積(CVD)程序處理該電氣導件，以促成於包含該基質層之金屬化合物上成長石墨烯。該化學氣相沈積程序可以於一溫度下使用甲烷，該溫度係可促進石墨烯成長於該暴露基質層上。該石墨烯沈積物的形成可以包含使該電氣導件面臨具有使該石墨烯較偏好成長於該基質層上而非該表面層上的條件。該石墨烯沈積物的形成可以包含於該基質層與跨及該等孔洞之該表面層之間沈積一石墨烯層。
100‧‧‧電氣導件
102‧‧‧基質層
104‧‧‧表面層
105‧‧‧工作部件
106‧‧‧基礎基質層
108‧‧‧阻隔基質層
110‧‧‧孔洞
112‧‧‧底部
114‧‧‧側部
116‧‧‧頂部
120‧‧‧孔洞
122‧‧‧底部
124‧‧‧側部
126‧‧‧頂部
130‧‧‧石墨烯層
132‧‧‧石墨烯層
140‧‧‧石墨烯層
142‧‧‧石墨插塞
150‧‧‧石墨烯層
152‧‧‧石墨烯層
154‧‧‧石墨烯層
200‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
第一圖為根據一示例具體實施例所形成之一電氣導件之一部份的橫斷面圖式。
第二圖為該電氣導件具有石墨烯阻隔層之一部份的橫斷面圖 式。
第三圖為該電氣導件具有石墨烯阻隔層之一部份的橫斷面圖式。
第四圖顯示具有石墨烯阻隔層之該電氣導件。
第五圖顯示具有石墨烯阻隔層之該電氣導件。
第六圖顯示具有石墨烯阻隔層之該電氣導件。
第七圖為製造一電氣導件示例方法的流程圖。
第一圖為根據一示例具體實施例所形成之一電氣導件100之一部份的橫斷面圖式。該電氣導件100可為任何形式之電氣導件，像是接頭、終端、插腳、插槽、針眼插腳、微動插腳(micro-action pin)、順應插腳、接線、纜線編織帶、導線、襯墊及其他類似形式。該電氣導件100可形成一電氣連接器、纜線、印刷電路板或其他類似裝置的部分。
在一示例具體實施例中，該電氣導件100係為一多層結構，其具有一基質層102與一表面層104，該等層一起界定一工作部件105。該工作部件105經加工以於該工作部件105之選擇層上及/或選擇位置處形成石墨烯(graphene)，以強化該電氣導件的效能。該表面層104於該基質層102上提供一抗侵蝕電氣傳導層。例如，該表面層104可以包含像是金、銀、鈦、鈀、鎳、鎳化鈀、鉑與其他類似金屬的的金屬化合物。該表面層104一般而言係為薄層。該表面層104可以任何已知程序沈積於該基質層102上，像是以電鍍方式。視情況所需，該表面層104可以直接沈積於該下方基 質層102上。替代的，可以於該表面層104與該基質層102之間提供一或多個其他層，像是提供一石墨烯層。
該基質層102可以是一種多層結構。在所述具體實施例中，該基質層102包含一基礎基質層106與沈積於該基礎基質層106上之一阻隔基質層108。視情況所需，該基礎基質層106及/或該阻隔基質層108可以係一種多層結構。該表面層104與該基質層102一起定義一層狀疊層。該石墨烯可以於該疊層之該等層之間之任何或所有介面處及/或在選擇位置處提供，以強化該電氣導件效能。
在一示例具體實施例中，該基礎基質層106係具有電傳導性並包含一金屬化合物，像是銅或銅合金。用於該基礎基質層106之其他金屬化合物可以包含鎳、鎳合金、鋼、鋼合金、鋁、鋁合金、鎳化鈀、鈦、鈦合金、鈷、碳、石墨、石墨烯、碳基礎纖維或任何其他傳導材料。該阻隔基質層108係具有電傳導性並包含一金屬化合物，像是鎳或鎳合金。用於該阻隔基質層108之其他金屬化合物可以包含其他的金屬或傳導性材料，像是銅、金、銀、鈷、鎢、鉑、鈀或所述金屬之合金。該阻隔基質層108於該基礎基質層106與該表面層104之間提供擴散阻隔，像是當所述層係為銅及金或具有擴散問題之金屬化合物。該阻隔基質層108提供該表面層104機械支撐，該表面層104相對較薄，以改善其抗蝕能力。該阻隔基質層108減少該表面層104中存在之孔洞的影響。該阻隔基質層108可以利用任何已知程序沈積於該基礎基質層106上，像是電鍍方式。視情況所需，該阻隔基質層108可以直接層基於該下方基礎基質層106上。替代的，可以於該阻隔基質層108與該基礎基質 層106之間提供一或多個其他層，像是提供石墨烯層。
該阻隔基質層108可以包含多數孔洞110，其使該基礎基質層106暴露。該等孔洞110係於沈積程序期間所形成。例如，該等孔洞110可能於該基礎基質層106之三相點處或晶格邊界處形成。該等孔洞110使該基礎基質層106暴露，如果保持其暴露情況可能導致該基礎基質層106發生侵蝕。該等孔洞110具有暴露該基礎基質層106之一底部112，以及從該底部112延伸至該阻隔基質層108之一頂部116的多數側邊114(用詞底部與頂部係相對於該電氣導件的方向，且更一般而言其分別構成內部與外部)。該等側部114係暴露於該等孔洞110之中。雖然於第一圖中所示之該等孔洞110係為矩形，但相信該等孔洞110可能具有任何形狀。例如，該等側邊114可以為非平面且其形狀不規則。
該表面層104可以包含多數孔洞120，使該基質層102暴露。該等孔洞120係於沈積程序期間所形成。例如，該等孔洞120可於該等孔洞110處形成。該等孔洞120使該基質層102暴露，如果保持其暴露情況可能導致該基質層102發生侵蝕。該等孔洞120沿著該表面層104與該基質層102之間之介面具有一開放底部122。該等孔洞120具有從該底部122延伸至該表面層104之一頂部126之多數側部124。該等側部124係暴露於該等孔洞120之中。
第二圖為該電氣導件100具有石墨烯阻隔層130之一部份的橫斷面圖式，該石墨烯阻隔層130係用以抑制侵蝕。該石墨烯阻隔層130可具有電傳導性。該石墨烯阻隔層130係沈積於該基質層102上。在所述具體實施例中，該石墨烯阻隔層130係提供於該基礎基質層106上，以抑制該基礎基質層106(例如，銅層)的 侵蝕。在一示例具體實施例中，該石墨烯阻隔層130係於該基礎基質層106暴露部分上成長。例如，該電氣導件100係經加工以在選擇位置(例如，於該暴露基礎基質層106上)中成長該石墨烯阻隔層130。該石墨烯阻隔層130構成多數石墨烯沈積物，其一般而言以參考數字132指示。該等石墨烯沈積物132塞住該等孔洞110、120。該等石墨烯沈積物132覆蓋該等孔洞120下方該等孔洞110之底部112。該等石墨烯沈積物132可以構成該等孔洞之多數插塞，並於之後稱為插塞132。
在一示例具體實施例中，該石墨烯阻隔層130可於有機化合物存在及高溫的環境中，於一化學氣相沈積(CVD)程序期間形成，該有機化合物則像是氣相甲烷，而該高溫則像是大約800℃。沈積機制也可以包含在蒸氣環境中的電子束、微波或其他程序。可以用於沈積該石墨烯阻隔層130的其他程序則像是雷射沈積法、電漿沈積法與其他技術或加工。視情況所需，該石墨烯阻隔層130可以於該基礎基質層106上具有1原子層的厚度。替代的，該石墨烯阻隔層130可以較厚。該石墨烯阻隔層130提供侵蝕抵抗。
該石墨烯阻隔層130可以只沈積於該基礎基質層106之該等暴露部分上。例如，該基礎基質層106之金屬化合物可做為CVD程序(或其他程序)期間的觸媒，以促進該石墨烯於該基礎基質層106的介面處成長，而非其他層處，像是成長於該阻隔基質層108或該表面層104。視情況所需，該CVD程序可經控制以促進石墨烯成長於所述介面處，而非與其他金屬化合物之間的介面處。例如，該有機化合物或所使用氣相前驅物的形式、所使用氣相前驅物的壓力、該氣相前驅物的流率、該程序的溫度或其他的因 素，係可以促進該石墨烯成長於一金屬上，而非成長於其他金屬上。因此，相對於完全覆蓋該完整的電氣導件100，該石墨烯阻隔層130可經選擇而沈積在該電氣導件100上，或沈積於該電氣導件100的特定層上。
在替代具體實施例中，該CVD程序可經控制以促進該石墨烯成長於多於一種金屬形式上，而非其他金屬形式上。例如，該CVD程序可經控制以促進該石墨烯於銅與鎳上的成長，而非於金上，因此該等孔洞之中之該阻隔基質層108與該基礎基質層106的暴露部分便由石墨烯所覆蓋，但該表面層104並不由石墨烯所覆蓋。所述具體實施例係於第三圖中更詳細說明。
第三圖為該電氣導件100具有石墨烯阻隔層140之一部份的橫斷面圖式，該石墨烯阻隔層140係用以抑制侵蝕。該石墨烯阻隔層140可具有電傳導性。該石墨烯阻隔層140係沈積於該基質層102上。在所述具體實施例中，該石墨烯阻隔層140係提供於該基礎基質層106及/或該阻隔基質層108上，以抑制侵蝕。該石墨烯阻隔層140可成長於該基礎基質層106與該阻隔基質層108之暴露部分上。例如，該石墨烯阻隔層140可沿著該阻隔基質層108成長於該等孔洞110之側部114與該等孔洞120之底部122，以於選擇位置中成長該石墨烯阻隔層140。該石墨烯阻隔層140構成多數石墨烯沈積物，其一般而言以參考數字142指示。該等石墨烯沈積物142塞住該等孔洞110。該等石墨烯沈積物142覆蓋該等孔洞110之底部112。該等石墨烯沈積物142可以與該等石墨烯沈積物132的相同方式形成(於第二圖圖示)。視情況所需，該等石墨烯沈積物142可以完全填充該等孔洞110及/或120。該等石墨烯沈積 物142構成該等孔洞之多數插塞，並於之後稱為插塞142。
在替代具體實施例中，除了具有該等石墨烯沈積物132或142以外，或替代於該等石墨烯沈積物132或142，該電氣導件100可以包含多數石墨烯層，其覆蓋一或多層之完全表面。第四圖所顯示之該電氣導件100具有一石墨烯層150，該石墨烯層150沈積於該基礎基質層106上，介於該基礎基質層106與該阻隔基質層108之間。第五圖所顯示之該電氣導件100具有一石墨烯層152，該石墨烯層152沈積於該阻隔基質層108上，介於該阻隔基質層108與該表面層104之間。第六圖所顯示之該電氣導件100具有一石墨烯層154，該石墨烯層152沈積於該表面層104上。該等石墨烯層150、152、154定義石墨烯阻隔層。視情況所需，該電氣導件100可以包含多於一層的石墨烯層，像是包含該石墨烯層150及152、包含該石墨烯層150及154、包含該石墨烯層152及154或包含該石墨烯層150、152及154。
在一示例具體實施例中，該等石墨烯層150、152、154分別完全覆蓋該基礎基質層106、該阻隔基質層108與該表面層104的頂部表面。於該阻隔基質層108中之該等孔洞110使該石墨烯層150暴露。於該表面層104中之該等孔洞120使該石墨烯層150及/或152暴露。該石墨烯層154覆蓋該等孔洞120及/或110。藉由在該基礎基質層106與該環境之間提供一阻隔層的方式，該等石墨烯層的暴露部分成為該電氣導件100之一侵蝕阻隔層，以抑制氧原子與該基礎基質層106之金屬化合物交互作用。
在一示例具體實施例中，該等石墨烯層150、152做為擴散阻隔層以抑制該基礎基質層106與該表面層104之間的擴 散。視情況所需，該石墨烯層150可以取代該阻隔基質層108，做為該基礎基質層106與該表面層104之間的擴散阻隔層。
在一示例具體實施例中，該石墨烯層154係為該電氣導件100的最外層。該石墨烯層154可降低該電氣導件100最外側表面上的摩擦，這可使該電氣導件100更容易匹配。該石墨烯層154可以降低該表面層的附著。附著降低可允許該電氣導件100於先前具有附著及/或冷焊問題之電氣導件100所不適合應用之領域裝置中使用，像是具有最外層係為金質層的電氣導件。例如，在微機電系統(MEMS)切換器中，附著係為當金質層係為該電氣導件最外層時的問題。利用該石墨烯層154塗佈該表面層104可降低該電氣導件100的附著，使該電氣導件適合用於MEMS切換器中。
該石墨烯層152、154分別覆蓋該等孔洞110、120。視情況所需，該等石墨烯層152、154可以至少部分填充該等孔洞110及/或120。該等石墨烯層152、154可以定義至少部分塞住該等孔洞110及/或120的石墨烯沈積物。
第七圖為製造一電氣導件示例方法的流程圖，像是製造該電氣導件100。該方法包含於步驟200中提供一基礎基質層，像是提供該基礎基質層106。該基礎基質層可以為銅或銅合金層。
視情況所需，該方法包含於步驟202中於該基礎基質層上形成一石墨烯層，像是該石墨烯層150。該石墨烯層可以CVD程序或其他程序形成。該石墨烯層可以完全覆蓋該基礎基質層或可以選擇性覆蓋該基礎基質層的部分。該石墨烯層可利用在該基礎基質層成長或沈積一或多層石墨烯層的方式形成。該基礎基質層可以作為一觸媒，以促進石墨烯選擇性成長於其上。
該方法包含於步驟204中於該基礎基質層上沈積一阻隔基質層，像是沈積該阻隔基質層108。該阻隔基質層可以直接沈積於該基礎基質層上。替代的，可以在該阻隔基質層與該基礎基質層之間形成一或多層其他層，像是形成該石墨烯層。該阻隔基質層可以利用電鍍或其他將該阻隔基質層塗佈於該基礎基質層上的已知程序進行沈積。
視情況所需，該方法可以包含於步驟206中於該阻隔基質層上形成一石墨烯層，像是形成該石墨烯層152。該石墨烯層可以由CVD程序或其他程序形成。該石墨烯層可以完全覆蓋該阻隔基質層，或可以選擇性覆蓋該阻隔基質層的部分。該石墨烯層可以覆蓋該阻隔基質層中的任何孔洞。該石墨烯層可以至少部分填充該阻隔基質層中的任何孔洞。該石墨烯層係以成長或沈積一或多層石墨烯層於該阻隔基質層上的方式形成。該阻隔基質層上可以作為一觸媒，以促進石墨烯成長於其上。
該方法包含於步驟208中沈積一表面層於該阻隔基質層上上，像是沈積該表面層104。該表面層可以直接沈積於該阻隔基質層上。替代的，可以於該阻隔基質層與該表面層之間形成一或多層其他層，像是形成該石墨烯層152。該表面層可以利用電鍍或其他將該表面層塗佈於該阻隔基質層上的已知程序進行沈積。
視情況所需，該方法包含於步驟210中形成一石墨烯層於該表面層上，像是形成該石墨烯層154。該石墨烯層可以由CVD程序或其他程序形成。該石墨烯層可以完全覆蓋該表面層，或可以選擇性覆蓋該表面層的部分。該石墨烯層可以覆蓋該表面層中的任何孔洞。該石墨烯層可以至少部分填充該表面層中的任何孔 洞。該石墨烯層係以成長或沈積一或多層石墨烯層於該表面層上的方式形成。該表面層上可以作為一觸媒，以促進石墨烯成長於其上。
該方法包含於步驟212中形成多數石墨烯沈積物於該阻隔基質層中該等孔洞及/或該表面層中該等孔洞之中，像是形成該等石墨烯沈積物132及/或142。該等石墨烯沈積物可以由CVD程序或其他程序形成。例如，由該電氣導件各種層所定義之該工作部件係經加工，以於選擇區域中形成該石墨烯。該等石墨烯沈積物可形成於該阻隔基質層的暴露金屬及/或該阻隔基質層中該等孔洞之中的該基礎基質層上。該等石墨烯沈積物可以完全覆蓋基礎基質層之暴露部分及/或該阻隔基質層中該等孔洞之側部。該等石墨烯沈積物可以至少部分填充該阻隔基質層中的任何孔洞。該等石墨烯沈積物係以在該(等)基質層之暴露金屬上成長一或多層石墨烯層的方式形成。該暴露金屬可以作為一觸媒，以促進石墨烯成長於其上，而非於該表面層之暴露金屬上。
在一示例具體實施例中，該等石墨烯層或該等石墨烯沈積物係於有機化合物存在及高溫的環境中，於一CVD程序期間形成，該有機化合物則像是氣相甲烷，而該高溫則像是大約800℃。該石墨烯成長的位置係經控制，像是使用特定金屬做為觸媒以促進所述金屬暴露處的石墨烯成長。例如，在該等孔洞中暴露的金屬係做為觸媒，以促進石墨烯於所述介面處成長，而非成長於不具有所述暴露金屬的其他層處。該有機化合物或所使用氣相前驅物的形式、所使用氣相前驅物的壓力、該氣相前驅物的流率、該程序的溫度或其他的因素，係可以促進該石墨烯成長於一金屬上，而非成長於其他金屬上。

Claims (4)

  1. 一種製造一電氣導件(100)的方法，該方法包含：提供一具多層結構的基質層(102)；於部份的該基質層上沈積一表面層(104)；以及於該基質層上且該表面層(104)下方沈積一石墨烯層(132)；其中當該表面層(104)沈積於該基質層(102)上時，該表面層係具有多數孔洞(120)，該石墨烯層(132)係於在該基質層上沈積該表面層(104)之後，沈積於該基質層上之該等孔洞中。
  2. 一種製造一電氣導件(100)的方法，該方法包含：提供一具多層結構的基質層(102)；於部份的該基質層上沈積一表面層(104)；以及於該基質層上且該表面層(104)下方沈積一石墨烯層(140)；其中該基質層(102)包含一基礎基質層(106)與沈積於該基礎基質層上之一阻隔基質層(108)，該表面層(104)係沈積於該阻隔基質層上，該石墨烯層(140)係於該表面層沈積於該阻隔基質層上之後，直接沈積於該阻隔基質層與該基礎基質層之至少之一上。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中所述沈積一石墨烯層(140)係包含藉由一利用一有機化合物前驅物及足夠溫度的加熱之化學氣相沈積程序處理該電氣導件(100)，將石墨烯插塞(142)沈積於該表面層(104)之多數孔洞(120)中，以促成於包含該基質層(102)之金屬化合物上成長石墨烯。
  4. 一種製造一電氣導件(100)的方法，該方法包含：提供一具多層結構的基質層(102)；於部份的該基質層上沈積一表面層(104)；以及於該基質層上且該表面層(104)下方沈積一石墨烯層(150或152)；其中該基質層(102)包含一基礎基質層(106)與沈積於該基礎基質層上之一阻隔基質層(108)，該表面層(104)係沈積於該阻隔基質層上，該等層形成一疊層，該石墨烯層(150、152)係沈積於該疊層之該等層之間之任何或所有介面處。
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