TWI805149B - 軟性電路板與其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種軟性電路板與其製作方法。此軟性電路板包含聚醯亞胺基材、介面層、導電高分子層與金屬層。其中，介面層設置於聚醯亞胺基材和導電高分子層之間，且金屬層設置於導電高分子層上。此軟性電路板之製備不須使用鈀金屬觸媒，而可有效降低製作成本。另外，所製得之軟性電路板具有良好之導電性，且其中之金屬層亦具有良好之附著性。

Description

軟性電路板與其製作方法

本發明係有關一種軟性電路板，特別是提供一種不須使用鈀金屬觸媒來形成導電金屬層的軟性電路板與其製作方法。

隨著電子產品之發展越趨輕薄，電子零組件之尺寸係日漸縮小。其中，為了滿足此些發展趨勢，用以導通電流之軟性電路板係日益重要。一般軟性電路板係於聚醯亞胺基材上貼附金屬銅層，惟黏著層之使用無法滿足薄化應用之需求。另一種軟性電路板之製作係以化學電鍍製程於聚醯亞胺基材上形成無電電鍍層，而可進一步藉由電鍍製程來形成金屬層。

習知用以形成金屬層之化學電鍍製程可採用乾式法或濕式法。乾式法係先形成矽氧烷層於聚醯亞胺基材上，再利用電漿，以於矽氧烷之末端基連接上鈀金屬團簇，進而可藉由鈀金屬觸媒之還原反應來形成金屬層。濕式法係先對聚醯亞胺進行開環反應，再使用鈀金屬來進行離子交換反應，而可形成金屬層。故，化學電鍍製程須使用昂貴且稀缺之鈀金屬觸媒，而導致其製作成本無法有效降低。

有鑑於此，亟須提供一種軟性電路板與其製作方法，以改進習知軟性電路板的缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種軟性電路板，其係藉由以特定化合物所製成之介面層來提升導電高分子層與聚醯亞胺基材間之結合性，而可取代化學電鍍所使用之無電電鍍層，故不須使用鈀金屬觸媒。

本發明之另一態樣是在提供一種軟性電路板的製作方法，其係藉由對聚醯亞胺基材進行表面處理，而有助於介面層之形成，進而可使後續所形成之導電高分子層可藉由介面層所提供之共價鍵結，良好地與聚醯亞胺基材結合，故可藉由一般之電鍍製程來形成電鍍金屬層。

根據本發明之一態樣，提出一種軟性電路板。此軟性電路板包含聚醯亞胺基材、介面層、導電高分子層與金屬層。其中，介面層係藉由共價鍵結來設置於聚醯亞胺基材與導電高分子層之第一表面之間，且金屬層係設置於導電高分子層之第二表面上。介面層之材料包含二胺化合物，而導電高分子層之材料係不同於介面層之材料。

依據本發明之一些實施例，前述之二胺化合物包含對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、乙二胺、丙二胺及/或丁二胺。

依據本發明之一些實施例，前述導電高分子層之材料包含具有胺基末端基的化合物。

依據本發明之一些實施例，前述之化合物包含苯胺。

依據本發明之一些實施例，前述之金屬層包含奈米金屬顆粒與電鍍金屬層。其中，奈米金屬顆粒係分布於第二表面上，且電鍍金屬層係設置於第二表面上。

依據本發明之一些實施例，前述電鍍金屬層之金屬材料係藉由配位鍵結與導電高分子層結合。

根據本發明之另一態樣，提出一種軟性電路板的製作方法。此製作方法係先對聚醯亞胺基材之表面進行表面處理製程，以使此表面具有親水性官能基，再對親水性官能基與介面化合物進行反應，以形成介面層。其中，介面層係以第一共價鍵與聚醯亞胺基材結合，且此介面化合物包含二胺化合物。然後，對介面層與化合物進行鏈延長反應，以形成導電高分子層於介面層上。其中，導電高分子層係以第二共價鍵與介面層結合。接著，形成金屬層於導電高分子層上。

依據本發明之一些實施例，前述之表面處理製程包含對聚醯亞胺基材施加鹼性溶液。

依據本發明之一些實施例，前述形成金屬層之操作係先形成複數個奈米金屬顆粒於導電高分子層上，再形成電鍍金屬層於導電高分子層上。其中，此些奈米金屬顆粒係分布於電鍍金屬層與導電高分子層之間。

依據本發明之一些實施例，前述形成電鍍金屬層之操作不使用鈀金屬觸媒。

應用本發明之軟性電路板與其製作方法，其藉由設置介面層於導電高分子層與聚醯亞胺基材之間，並使介面層同時與導電高分子層與聚醯亞胺基材形成共價鍵結，而可提升導電高分子層與聚醯亞胺基材之結合性，進而可藉由導電高分子層來取代一般化學電鍍之無電電鍍層，故本發明之軟性電路板之製作不須使用鈀金屬觸媒。其次，藉由調整鏈延長反應之反應參數，所形成之導電高分子層可具有良好之平整度，而有助於後續電鍍金屬層之形成。其中，藉由導電高分子層之材料的末端胺基，金屬層之金屬原子亦可藉由配位鍵結與導電高分子層結合，而提升兩者間之結合性。另外，導電高分子層之表面可分布有奈米金屬顆粒，而進一步提升導電高分子層之導電性，進而提升電鍍效能，並提升軟性電路板之性質。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請參照圖1A，其係繪示依照本發明之一些實施例之軟性電路板的側視示意圖。軟性電路板100包含聚醯亞胺基材110、介面層120、導電高分子層130與金屬層140。其中，介面層120係設置於聚醯亞胺基材110和導電高分子層130的表面131之間，且金屬層140設置於導電高分子層130之表面133上。本發明之聚醯亞胺基材110的材料沒有特別之限制，其可為一般用以作為軟性電路板之基材的聚醯亞胺。在一些具體例中，聚醯亞胺基材110可例如為聚醯亞胺薄膜。

介面層120係由二胺化合物所形成，其中二胺化合物係藉由共價鍵來接枝於聚醯亞胺基材110之表面。其結合方式係先對聚醯亞胺基材110進行表面處理製程，以使聚醯亞胺基材110之表面具有親水性官能基，再進一步對此些親水性官能基與二胺化合物進行反應，以形成兩者間之共價鍵。

在一些實施例中，表面處理製程包含將聚醯亞胺薄膜浸泡於鹼性溶液中，以使聚醯亞胺的醯亞胺環開環，而可進一步藉由所添加之酸性溶液進行離子交換，以形成親水性官能基(如：-COOH)。在一些具體例中，鹼性溶液可包含氫氧化鉀、其他適當之鹼性溶液，或上述溶液之任意混合，而酸性溶液沒有特別之限制，其僅須可進行離子交換，且不侵蝕聚醯亞胺薄膜即可。舉例而言，酸性溶液可包含氯化氫及/或其他適當之酸性溶液。在一些具體例中，為降低鹼性溶液對聚醯亞胺薄膜的侵蝕，鹼性溶液之濃度可例如為5M。在此些具體例中，聚醯亞胺薄膜於鹼性溶液之浸泡時間可為大於0分鐘且小於或等於10分鐘，較佳為1分鐘至7分鐘，且更佳可為3分鐘至6分鐘。當聚醯亞胺薄膜之浸泡時間為前述範圍時，表面處理後之聚醯亞胺薄膜的表面可具有適量之親水性官能基，而具有較佳之親水性，薄膜表面不會被鹼性溶液侵蝕。在一些例子中，前述表面處理製程之反應機制可如流程(a)所示。於流程(a)中，Ar代表衍生自四羧酸二酐化合物的四價基團，而R代表衍生自二胺化合物的二價基團，其中四羧酸二酐化合物與二胺化合物係具有通常知識者所熟知之材料。

(a)

於進行表面處理製程後，對親水性官能基與二胺化合物進行反應，以形成兩者間之共價鍵。在一些實施例中，二胺化合物可包含對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、其他適當之二胺化合物，或上述化合物之任意混合。在此些實施中，二胺化合物之一胺基可與親水性官能基反應，而形成共價鍵，而另一胺基未參與反應，且此另一胺基不與另一聚醯亞胺高分子鏈的親水性官能基反應。換言之，每一個二胺化合物之分子結構僅與一聚醯亞胺高分子鏈共價鍵結，且介面層120之表面具有複數個胺基官能基。因此，介面層120之厚度係由一個二胺化合物分子所決定。在一些例子中，前述親水性官能基與二胺化合物之反應機制可如流程(b)所示。

(b)

導電高分子層130之材料係不同於介面層120之材料。在一些實施例中，導電高分子層130之材料包含具有胺基末端基之化合物。導電高分子層130之形成係藉由對介面層120表面之胺基與前述之化合物進行鏈延長反應，以使此些化合物聚合為導電高分子，而形成由導電高分子所構成之導電高分子層130。可理解的，導電高分子層130係藉由導電高分子與介面層120之表面胺基間的共價鍵來結合。鏈延長反應之反應時間沒有特別之限制，其僅須可形成導電高分子層130即可。在一些具體例中，具有胺基末端基之化合物可包含苯胺及/或其他適當之化合物。當此化合物為苯胺時，反應形成之導電高分子為聚苯胺，且苯胺與介面層120之表面胺基的反應機制係具有通常知識者所熟知，故在此不另贅述。在此些具體例中，為兼顧後續金屬層140之形成與軟性電路板100之導電性，鏈延長反應之反應時間可為5小時至15小時。

可理解的，由於導電高分子層130之材料係與介面層120之表面胺基形成共價鍵結，而介面層120之表面胺基係於聚醯亞胺基材110之表面整齊排列，故所形成之導電高分子亦可自排列地(self-assembly)以共價鍵結與介面層120之表面胺基結合。

金屬層140之形成係藉由浸泡前述導電高分子層130的表面133於含有金屬離子的溶液中，以利用電鍍之方式來沉積金屬層140於表面133上。在一些實施例中，金屬層140之材料可例如為銅及/或其他適當之金屬材料。在此些實施例中，當前述導電高分子層130之材料係具有胺基末端基之化合物時，此些胺基末端基可與金屬離子形成配位鍵，而有助於提升金屬層140對於導電高分子層130的附著性。

在一些實施例中，為提升電鍍之效能，導電高分子層130之表面133可具有奈米金屬顆粒。如圖1B所示，奈米金屬顆粒141係分布於表面133上，且金屬層140係覆蓋於奈米金屬顆粒141和導電高分子層130上。當導電高分子層130之表面133具有奈米金屬顆粒141時，表面133之導電性可被提升，而有助於金屬材料的鍍覆。另外，奈米金屬顆粒141亦有助於提升軟性電路板100之導電性。在一些具體例中，奈米金屬顆粒141可藉由將表面133浸泡於含有金屬離子之溶液中，以藉由還原反應來形成奈米金屬顆粒141。可理解的，奈米金屬顆粒141之材料係不同於前述金屬層140之材料。奈米金屬顆粒141之材料沒有特別之限制，其僅須可進一步提升導電高分子層130之導電性，且不影響金屬層140之形成即可。在一些實施例中，奈米金屬顆粒141之材料可包含但不限於鉑及/或其他適當之金屬材料。在此些實施例中，金屬鉑離子於溶液中之濃度可為5重量百分比至20重量百分比，且導電高分子層130浸泡於溶液之時間可為25分鐘至40分鐘。較佳地，金屬鉑離子於溶液中之濃度可為8重量百分比至13重量百分比。

於前述形成本發明之金屬層140與奈米金屬顆粒141的操作中，其均不須使用鈀金屬觸媒，故可有效降低軟性電路板100之製作成本。

在一些應用例中，本發明所製得之軟性電路板具有較低的製作成本，且具有良好之導電性。另外，藉由電鍍所形成之金屬層與導電高分子層間具有良好之結合性，而有助於提升軟性電路板的性質。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

製備軟性電路板

製備例1

將聚醯亞胺薄膜先浸泡於乙醇中清洗，再將其浸泡於室溫(如：10℃至35℃)且濃度為5M之氫氧化鉀水溶液中。經過3至6分鐘後，以去離子水清洗，並將聚醯亞胺薄膜浸泡於室溫且濃度為0.2M的氯化氫水溶液中。經過5分鐘後，以去離子水清洗。接著，將200 mL的甲苯、4.32 g的對苯二胺與聚醯亞胺薄膜加入至已置換為氮氣氣氛之反應瓶中，並加熱至100℃，以進行反應。反應6小時後，將聚醯亞胺薄膜浸泡於甲醇中，並進一步進行乾燥操作，即可形成介面層於聚醯亞胺薄膜上。

接著，將濃度為1M之鹽酸水溶液(80 mL)、1.37 mL的苯胺與具有介面層之聚醯亞胺薄膜加入至另一反應瓶中。於0℃至4℃攪拌30分鐘後，加入濃度為1M之鹽酸水溶液(20 mL)與4.1 g的過硫酸銨(APS，苯胺與過硫酸銨的莫耳比為1：1.2)，以進行鏈延長反應。反應5小時後，即可形成導電高分子層(聚苯胺)於介面層上，並使用四點探針，以一般的方法測量導電高分子層的導電性，其結果如第1表所示。

然後，將CuSO ₄‧5H ₂O (145 g/L)與H ₂SO ₄所製備之硫酸銅水溶液與電鍍用添加劑(如氯化鈉、聚乙二醇(PEG)與/或聚二硫二丙烷磺酸鈉(SPS)等)添加至哈林試驗槽(Haring cell)中，並將銅磷陽極與具有聚苯胺和介面層之聚醯亞胺薄膜插入槽中，以進行電鍍製程，其中鍍面(即聚苯胺表面)係相對於銅磷陽極。電鍍製程所使用之直流電電源供應器係輸入0.219 A之定電流。進行150分鐘後，即可形成電鍍銅層於導電高分子層上。接著，將聚醯亞胺薄膜浸泡於抗氧化劑(BTA-Cl)中，並進一步乾燥，即可製得製備例1之軟性電路板。

製備例2至製備例4

製備例2至製備例4係使用與製備例1之軟性電路板的製作方法相同之製備方法，不同之處在於製備例2之鏈延長反應係進行15小時；製備例3係以濃度為2.5M之鹽酸水溶液進行鏈延長反應；而製備例4係以濃度為2.5M之鹽酸水溶液進行鏈延長反應，並進行15小時。製備例2至製備例4所製得之導電高分子層的導電性如第1表所示。

製備例5

製備例5係使用與製備例1之軟性電路板的製作方法相同之製備方法，不同之處在於製備例5於形成導電高分子層後，將聚醯亞胺薄膜放置於含有H ₂PtCl ₆之甲酸水溶液中，並浸泡25分鐘，即可還原形成鉑金屬奈米顆粒於聚苯胺之表面，其中H ₂PtCl ₆之濃度為5 wt%。因此，製備例5所製得之軟性電路板具有鉑金屬奈米顆粒，且此些鉑金屬奈米顆粒係分布於聚苯胺和電鍍銅層之間。製備例5所製得之分布有鉑金屬奈米顆粒之導電高分子層的導電性如第1表所示。

製備例6與製備例7

製備例6與製備例7係使用與製備例5之軟性電路板的製作方法相同之製備方法，不同之處在於製備例6之H ₂PtCl ₆的濃度為10 wt%，且聚醯亞胺薄膜浸泡於含有H ₂PtCl ₆之甲酸水溶液的時間為30分鐘；而製備例7之H ₂PtCl ₆的濃度為20 wt%，且聚醯亞胺薄膜浸泡於含有H ₂PtCl ₆之甲酸水溶液的時間為40分鐘。製備例6與製備例7所製得之導電高分子層的導電性如第1表所示。

請參照圖2A至圖2E，其分別係顯示本案之製備例1、製備例3與製備例5至製備例7之導電高分子層的掃描式電子顯微鏡照片，且比例尺規代表100 nm。隨著鹽酸水溶液之濃度的降低，導電高分子層之表面粗糙度係隨之降低。其次，根據製備例1(圖2A)與製備例2(未顯示)的比較可知，隨著鏈延長反應之反應時間的增長，導電高分子層之表面粗糙度係隨之降低。另外，於製備例5(圖2C)至製備例7(圖2E)中，鉑金屬奈米顆粒係分布於聚苯胺之表面。

請參照第1表。隨著氯化氫濃度的提升，導電高分子層之導電率係隨之提升，而隨著鏈延長反應之時間增長，導電高分子層之導電率係隨之降低。於製備例4中，由於過久之反應時間導致所形成之導電高分子(即聚苯胺)聚集，而形成不連續之表面形貌，進而降低其導電率。故，相較於氯化氫之濃度，鏈延長反應之反應時間對於導電性具有較大之影響。另外，由於製備例5至製備例7之導電高分子層的表面具有鉑金屬奈米顆粒，故其可具有更高之導電性。

請參照圖3A至圖3E，其分別係顯示本案之製備例1、製備例3與製備例5至製備例7之金屬層的光學顯微鏡照片，且比例尺規代表100 nm。受到導電高分子層之粗糙度的影響，電鍍銅層之沉積亦有所影響。其中，粗糙度越高時，導電高分子層表面的電流密度易分布不均，而導致電鍍銅層之粗糙度增加。另外，藉由鉑金屬奈米顆粒之分布，導電高分子層具有更高之導電性，故電鍍銅層之粗糙度係降低。

另外，製備例1至製備例7所製得之軟性電路板係進一步以拉力測試機量測導電高分子層(聚苯胺)與電鍍銅層之間的拉力強度。依據量測結果，剝離介面係於聚苯胺之內部，而聚苯胺之導電性影響沉積銅之黏著力，故可理解聚苯胺之緻密度與導電性將影響兩者間之黏著度。其中，根據製備例3之拉力測試結果，相較於聚苯胺之粗糙度與緻密度，導電性對於黏著度有較大之影響。

據此，本發明之軟性電路板與其製作方法可藉由介面層之設置，而利用介面層之共價鍵結，使導電高分子層良好地形成於聚醯亞胺基材上，進而可排除化學電鍍製程之進行，故本發明之製作方法不須使用鈀觸媒。其次，藉由導電高分子層之聚合單體的胺基末端基，電鍍金屬層之金屬原子更可藉由配位鍵結與胺基末端基結合，進而提升金屬層與導電高分子層間之結合性。再者，導電高分子層之表面可具有奈米金屬顆粒，而進一步導電高分子層之導電性，進而有助於提升電鍍之效能與所製得之軟性電路板的性質。另外，本發明軟性電路板中之各層均具有良好之結合性，故具有良好之拉力強度。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:軟性電路板 110:聚醯亞胺基材 120:介面層 130:導電高分子層 131,133:表面 140:金屬層 141:奈米金屬顆粒 A:區域

為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下： 圖1A係繪示依照本發明之一些實施例之軟性電路板的側視示意圖。 圖1B係繪示圖1A之區域A的放大圖。 圖2A至圖2E分別係顯示本案之製備例1、製備例3與製備例5至製備例7之導電高分子層的掃描式電子顯微鏡照片。 圖3A至圖3E分別係顯示本案之製備例1、製備例3與製備例5至製備例7之金屬層的光學顯微鏡照片。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:軟性電路板

110:聚醯亞胺基材

120:介面層

130:導電高分子層

131,133:表面

140:金屬層

A:區域

Claims (10)

1. 一種軟性電路板，包含： 一聚醯亞胺基材； 一介面層，其中該介面層之一材料包含二胺化合物； 一導電高分子層，其中該介面層係藉由共價鍵結來設置於該聚醯亞胺基材與該導電高分子層之一第一表面之間，且該導電高分子層之一材料係不同於該介面層之該材料；以及 一金屬層，設置於該導電高分子層之一第二表面上。
2. 如請求項1所述之軟性電路板，其中該二胺化合物包含對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、乙二胺、丙二胺及/或丁二胺。
3. 如請求項1所述之軟性電路板，其中該導電高分子層之該材料包含具有胺基末端基之一化合物。
4. 如請求項3所述之軟性電路板，其中該化合物包含苯胺。
5. 如請求項1所述之軟性電路板，其中該金屬層包含： 一奈米金屬顆粒，分布於該第二表面上；以及 一電鍍金屬層，設置於該第二表面上。
6. 如請求項5所述之軟性電路板，其中該電鍍金屬層之一金屬材料係藉由一配位鍵結與該導電高分子層結合。
7. 一種軟性電路板的製作方法，包含： 對一聚醯亞胺基材之一表面進行一表面處理製程，以使該表面具有親水性官能基； 對該親水性官能基與一介面化合物進行一反應，以形成一介面層，其中該介面層係以一第一共價鍵與該聚醯亞胺基材結合，且該介面化合物包含二胺化合物； 對該介面層與一化合物進行一鏈延長反應，以形成一導電高分子層於該介面層上，其中該導電高分子層係以一第二共價鍵與該介面層結合；以及 形成一金屬層於該導電高分子層上。
8. 如請求項7所述之軟性電路板的製作方法，其中該表面處理製程包含對該聚醯亞胺基材施加鹼性溶液。
9. 如請求項7所述之軟性電路板的製作方法，其中該形成該金屬層之操作包含： 形成複數個奈米金屬顆粒於該導電高分子層上；以及 形成一電鍍金屬層於該導電高分子層上，其中該些奈米金屬顆粒分布於該電鍍金屬層與該導電高分子層之間。
10. 如請求項9所述之軟性電路板的製作方法，其中該形成該電鍍金屬層之操作不使用鈀金屬觸媒。

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