TWI695029B - 圖案化金屬層及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種圖案化金屬層及其製造方法。圖案化金屬層的製造方法包括以下步驟。提供疏水性的介電基材。以常壓電漿對介電基材的部分表面進行處理，以形成表面具有親水圖案的介電基板。於介電基板上形成排列於親水圖案上的多個微粒，其中微粒具有親水性。於相鄰的兩個微粒之間的親水圖案上形成金屬層。

Description

圖案化金屬層及其製造方法

本發明是有關於一種圖案化金屬層及其製造方法，且特別是有關於一種在疏水性基材表面上形成圖案化金屬的方法。

高分子材料表面金屬化的技術是在高分子材料（例如塑料）表面上形成一層金屬，使其表面能夠具有金屬材料的特性（例如導電性、磁性或導熱性等）以代替金屬製品，如此不僅可降低製造成本，且同時具有高分子材料的特性（例如高韌性、耐熱性或耐蝕性等）。

然而，在對高分子材料表面進行金屬化製程之前，需對高分子材料表面進行酸鹼清洗或雷射蝕刻等前處理步驟，以避免後續形成於其上的金屬層從其表面剝落。但是，上述的酸鹼清洗和雷射蝕刻會產生具有致癌物或高毒性的污染物而不符合綠色環境製程。舉例而言，酸鹼清洗所使用的液體常含有揮發性的致癌物（例如鉻酸鹽），且後續廢液處理困難；雷射蝕刻會對丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（acrylonitrile-butadiene-styrene，ABS）、聚氯乙烯（polyvinylchloride，PVC）等含氯的高分子材料加熱而產生具高毒性的戴奧辛。

本發明提供一種圖案化金屬層及其製造方法，其可以對環境友善的製程來形成具有良好穩定性的圖案化金屬層。

本發明的圖案化金屬層的製造方法包括以下步驟。提供疏水性的介電基材。以常壓電漿對介電基材的部分表面進行處理，以形成表面具有親水圖案的介電基板。於介電基板上形成排列於親水圖案上的多個微粒，其中微粒具有親水性。於相鄰的兩個微粒之間的親水圖案上形成金屬層。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層的製造方法中，形成微粒的步驟包括：於介電基板上塗佈微粒前驅物；以及進行第一烘烤製程，以移除未形成在親水圖案上的微粒前驅物，並於親水圖案上形成微粒。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層的製造方法中，形成金屬層的步驟包括：於介電基板上塗佈微粒前驅物之前，將導體材料混入微粒前驅物中，以在第一烘烤製程後形成金屬層。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層的製造方法中，形成金屬層的步驟包括：在相鄰的兩個微粒之間的親水圖案上塗佈導體溶液；以及對導體溶液進行第二烘烤製程，以形成金屬層。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層的製造方法中，形成金屬層的步驟包括：將介電基板浸入金屬墨水（ink）中，以於相鄰的兩個微粒之間的親水圖案上形成晶種層；以及對晶種層進行無電電鍍，以形成金屬層。

本發明的圖案化金屬層包括介電基板、多個微粒以及金屬層。介電基板的表面具有親水圖案，其中親水圖案包括由常壓電漿生成的親水性官能基。具有親水性的微粒排列於親水圖案上。金屬層設置於相鄰的兩個微粒之間的親水圖案上。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層中，微粒包括具有核-殼結構的高分子微粒。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層中，核-殼結構包括核和環繞核的第一殼，其中核包括玉米蛋白（Zein），且第一殼包括甲基丙烯酸羥基乙酯（HEMA）。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層中，所述核-殼結構更包括第二殼，且第二殼環繞第一殼且包括磷脂。

在本發明的一實施例中，在上述的圖案化金屬層中，介電基板的材料包括疏水性的高分子材料。

基於上述，在本發明所提出之圖案化金屬層及其製造方法中，在具有親水性的多個微粒排列於親水圖案上的情況下，可使得介電基板表面具有圖案化的凹凸微結構，例如微粒可構成凹凸微結構的凸部；而微粒之間的空間可構成凹凸微結構的凹部。如此一來，金屬層可穩定地附著於相鄰的兩個微粒之間的親水圖案上（即凹凸微結構的凹部），使得所形成之圖案化金屬層具有良好的穩定性。

另一方面，上述的親水圖案是藉由常壓電漿形成於介電基板的表面上，在極性分子之間具有相互吸引力的情況下，具有親水性的微粒可附著於親水圖案上，如此可藉由對環境友善的製程來形成上述的凹凸微結構，而不會產生具有致癌物或高毒性的污染物。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。

應當理解，當諸如元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者也可存在中間元件。若當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，則不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接，而「電性連接」或「耦合」可為二元件間存在其它元件。

本文使用的「約」、「近似」或「實質上」包括所提到的值和在所屬技術領域中具有通常知識者能夠確定之特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。再者，本文使用的「約」、「近似」或「實質上」可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

除非另有定義，本文使用的所有術語（包括技術和科學術語）具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。

圖1A至圖4B是本發明一實施例的圖案化金屬層的製造方法的示意圖。圖5是本發明另一實施例的圖案化金屬層的剖面示意圖。

請同時參照圖1A和圖1B，提供疏水性的介電基材DBM。介電基材DBM的材料可為疏水性的高分子材料，例如鐵氟龍（Teflon）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）、聚氯乙烯（polyvinylchloride，PVC）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、丙烯腈-丁二烯-苯二烯共聚物（acrylonitrile butadiene styrene，ABS）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）或聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）等塑膠材料。

請同時參照圖1A、圖1B和圖2，以常壓電漿AP對介電基材DBM的部分表面進行處理，以形成表面具有親水圖案HP的介電基板DS。在本實施例中，可藉由以下步驟形成表面具有親水圖案HP的介電基板DS。首先，於介電基材DBM上覆蓋圖案化罩幕MS，其暴露出欲進行電漿處理之介電基材DBM的部分表面（如圖1A所示的E字型）。接著，以常壓電漿AP對圖案化罩幕MS所暴露出的介電基材DBM的部分表面進行處理，以形成表面具有親水圖案HP的介電基板DS。在本實施例中，親水圖案HP包括由常壓電漿生成的親水性官能基，例如羥基。在本實施例中，親水圖案HP是以E字型的圖案為例進行說明，但本發明不以此為限。在其他實施例中，親水圖案HP的圖案可依據設計進行調整。

請同時參照圖3A和圖3B，於介電基板DS上形成排列於親水圖案HP上的多個微粒MP，使得介電基板DS的表面可具有圖案化的凹凸微結構。舉例而言，微粒MP可構成凹凸微結構的凸部；而微粒MP之間的空間可構成凹凸微結構的凹部。如此一來，後續形成於其上的金屬層可穩定地附著於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案HP上（即凹凸微結構的凹部），使得所形成之圖案化金屬層具有良好的穩定性。在本實施例中，微粒MP具有親水性，因此，在極性分子之間具有相互吸引力的情況下，具有親水性的微粒MP可附著於親水圖案HP上，如此可藉由對環境友善的製程來形成上述的凹凸微結構，而不會產生具有致癌物或高毒性的污染物。在圖3B中，親水圖案HP是以一層很薄的膜層來表示生成於介電基板DS的部分表面上的親水性官能基，其並非用以限定經常壓電漿處理的介電基板DS的表面上會形成一層膜層。

在本實施例中，微粒MP可為具有核-殼結構（core-shell）的高分子微粒。舉例而言，上述的核-殼結構可包括核（core）和環繞所述核的第一殼（shell），其中核可包括玉米蛋白（Zein）；而第一殼可包括甲基丙烯酸羥基乙酯（HEMA）。

在一些實施例中，核-殼結構可選擇性地包括另一環繞於第一殼的第二殼，且第二殼可包括磷脂（phospholipid），如此可藉由其兩性分子的特性（具有親水端和疏水端）來調控微粒MP的親水性。

在一些實施例中，微粒MP可通過以下步驟形成並排列於介電基板DS的親水圖案HP上。首先，於介電基板DS上塗佈微粒前驅物（未繪示）。接著，進行第一烘烤製程，以移除未形成在親水圖案HP上的微粒前驅物，並於親水圖案上形成微粒MP。在本實施例中，第一烘烤製程的溫度可為40℃~60℃。

請同時參照圖4A和圖4B，於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案HP上形成金屬層ML，以形成圖案化金屬層100。基於金屬層ML可穩定地附著於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案HP上（即凹凸微結構的凹部），故所形成之圖案化金屬層100具有良好的穩定性。在一些實施例中，如圖5所示，金屬層ML可選擇性地覆蓋微粒MP。金屬層ML的材料可為金屬、金屬合金或其組合。舉例來說，金屬與金屬合金可為銅（Cu）、銀（Ag）、鋁（Al）、鈦（Ti）、鉭（Ta）、鎢（W）、鈀（Pd）、鉑（Pt）、鉻（Cr）、鉬（Mo）或其合金。

在一些實施例中，金屬層ML可藉由以下步驟形成於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案上HP。首先，將介電基板DS浸入金屬墨水（例如鈀墨水）中。由於金屬墨水易附著於由微粒MP所構成之凹凸微結構中，而不易附著於介電基板DS中未形成有凹凸微結構的表面上，故可於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案HP上形成晶種層（未繪示）。接著，對晶種層進行無電電鍍，以形成金屬層ML。

在另一些實施例中，金屬層ML可藉由以下步驟形成於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案上HP。首先，在介電基板DS上塗佈微粒前驅物之前，將導體材料混入微粒前驅物中。舉例來說，可以適當的比例將奈米銀線混入微粒前驅物中。接著，進行第一烘烤製程，以於親水圖案HP上同時形成微粒MP和金屬層ML。在本實施例中，微粒前驅物可作為導體材料的分散劑，以使其均勻地分佈於溶液中。

在其他實施例中，金屬層ML可藉由以下步驟形成於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案上HP。首先，在相鄰的兩個微粒之間的親水圖案HP上塗佈導體溶液（例如奈米線溶液）。接著，對所述導體溶液進行第二烘烤製程，以形成金屬層ML。

以下，將藉由圖4A和圖4B來說明本實施例的圖案化金屬層。本實施例的圖案化金屬層雖然是以上述製造方法為例進行說明，但並不以此為限。

請繼續參照圖4A和圖4B，圖案化金屬層100包括介電基板DS、多個微粒MP和金屬層ML。介電基板DS的表面具有親水圖案HP，其中親水圖案HP包括由常壓電漿生成的親水性官能基。具有親水性的微粒MP排列於親水圖案HP上。金屬層ML設置於相鄰的兩個微粒MP之間的親水圖案HP上。在本實施例中，微粒MP可包括具有核-殼結構的高分子微粒。上述的核-殼結構可包括核和環繞核的第一殼，其中核可包括玉米蛋白（Zein）；而第一殼可包括甲基丙烯酸羥基乙酯（HEMA）。在一些實施例中，上述的核-殼結構可選擇性地包括環繞所述第一殼的第二殼，其中第二殼可包括鄰脂。

綜上所述，在上述實施例所提出之圖案化金屬層及其製造方法中，在具有親水性的多個微粒排列於親水圖案上的情況下，可使得介電基板表面具有圖案化的凹凸微結構，例如微粒可構成凹凸微結構的凸部；而微粒之間的空間可構成凹凸微結構的凹部。如此一來，金屬層可穩定地附著於相鄰的兩個微粒之間的親水圖案上（即凹凸微結構的凹部），使得所形成之圖案化金屬層具有良好的穩定性。

另一方面，上述的親水圖案是藉由常壓電漿形成於介電基板的表面上，在極性分子之間具有相互吸引力的情況下，具有親水性的微粒可附著於親水圖案上，如此可藉由對環境友善的製程來形成上述的凹凸微結構，而不會產生具有致癌物或高毒性的污染物。

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。

100:圖案化金屬層 DBM:介電基材 DS:介電基板 AP:常壓電漿 HP:親水圖案 MS:圖案化罩幕 MP:微粒 ML:金屬層

圖1A至圖4B是本發明一實施例的圖案化金屬層的製造方法的示意圖。 圖1B是圖1A沿剖線A-A’的剖面示意圖。 圖3B是圖3A沿剖線A-A’的剖面示意圖。 圖4B是圖4A沿剖線A-A’的剖面示意圖。 圖5是本發明另一實施例的圖案化金屬層的剖面示意圖。

DS:介電基板

HP:親水圖案

MP:微粒

ML:金屬層

Claims (10)

1. 一種圖案化金屬層的製造方法，包括： 提供疏水性的介電基材； 以常壓電漿對所述介電基材的部分表面進行處理，以形成表面具有親水圖案的介電基板； 於所述介電基板上形成排列於所述親水圖案上的多個微粒，其中所述微粒具有親水性；以及 於相鄰的兩個微粒之間的所述親水圖案上形成金屬層。
2. 如申請專利範圍第1項所述的圖案化金屬層的製造方法，其中形成所述微粒的步驟包括： 於所述介電基板上塗佈微粒前驅物；以及 進行第一烘烤製程，以移除未形成在所述親水圖案上的所述微粒前驅物，並於所述親水圖案上形成所述微粒。
3. 如申請專利範圍第2項所述的圖案化金屬層的製造方法，其中形成所述金屬層的步驟包括： 於所述介電基板上塗佈所述微粒前驅物之前，將導體材料混入所述微粒前驅物中，以在所述第一烘烤製程後形成所述金屬層。
4. 如申請專利範圍第2項所述的圖案化金屬層的製造方法，其中形成所述金屬層的步驟包括： 在相鄰的兩個微粒之間的所述親水圖案上塗佈導體溶液；以及 對所述導體溶液進行第二烘烤製程，以形成所述金屬層。
5. 如申請專利範圍第1項所述的圖案化金屬層的製造方法，其中形成所述金屬層的步驟包括： 將所述介電基板浸入金屬墨水（ink）中，以於相鄰的兩個微粒之間的所述親水圖案上形成晶種層；以及 對所述晶種層進行無電電鍍，以形成所述金屬層。
6. 一種圖案化金屬層，包括： 介電基板，其表面具有親水圖案，其中所述親水圖案包括由常壓電漿生成的親水性官能基； 多個微粒，排列於所述親水圖案上，其中所述微粒具有親水性；以及 金屬層，設置於相鄰的兩個微粒之間的所述親水圖案上。
7. 如申請專利範圍第6項所述的圖案化金屬層，其中所述微粒包括具有核-殼結構的高分子微粒。
8. 如申請專利範圍第7項所述的圖案化金屬層，其中所述核-殼結構包括核和環繞所述核的第一殼，所述核包括玉米蛋白（Zein），所述第一殼包括甲基丙烯酸羥基乙酯（HEMA）。
9. 如申請專利範圍第8項所述的圖案化金屬層，其中所述核-殼結構更包括第二殼，所述第二殼環繞所述第一殼且包括磷脂。
10. 如申請專利範圍第6項所述的圖案化金屬層，其中所述介電基板的材料包括疏水性的高分子材料。

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