TWI550131B - The circuit of the substrate directly forms the system - Google Patents

Description

基板的電路直接形成系統

本發明涉及一種基板的電路形成系統，且特別是有關於一種基板的電路直接形成系統。

目前，大多數印刷電路板為透過微影蝕刻製程所製造，在一般的加工製程中，使用以玻璃纖維或是環氧樹酯組成的複合材料作為基板，接著於基板上覆蓋一層銅材質等的金屬，利用光阻劑覆蓋銅，並利用射線將光罩的圖案投影在負光阻劑上，光阻劑未曝光的部份被顯像出來，之後，曝光的銅被蝕刻，最後移除剩餘的光阻劑而在基板上形成電路。製程過程中會大量使用到光阻劑及金屬材料，然而金屬材料因蝕刻而被移除，相對的在材料上面造成不必要的浪費。

另一種印刷電路板的方法為透過雷射進行圖案化，將覆蓋金屬層的基板透過雷射的熱能，按照預定圖案在基板燒蝕部分厚度的基板材料，進而形成電路圖案。透過雷射方法形成電路可製造出精密的線路及間距，然而在燒蝕過程中，仍會造成基板材料的起泡，或是油墨造成圖案的汙損，仍有其限制在。

本發明提出一種基板的電路直接形成系統，能夠在形成精密電路的同時，還能有效降低成本。

本發明提供一種基板的電路直接形成系統，依序包括：偶聯浴槽、圖案化設備以及金屬沉積設備。其中該圖案化設備中依序包括紫外線曝光設備及臭氧源，該金屬沉積設備中依序包括前驅物浴槽及化學電鍍浴槽，以及本發明之系統在該金屬沉積設備之後包含紅外線設備。

偶聯浴槽，設置有矽烷偶聯劑，用以在基板浸泡於偶聯浴槽中時，使基板上形成由矽烷分子鍵結的矽烷層。圖案化設備，包括紫外線曝光設備，提供紫外線，用以照射矽烷層，以移除矽烷層受該紫外光照射的部分，使未移除部分的矽烷層做為電路圖案；以及臭氧源，提供臭氧與電路圖案的表面反應，使電路圖案的表面形成矽烷醇層。金屬沉設備，包括前驅物浴槽，設置有前驅物的溶液，在形成有矽烷醇層的基板浸泡於前驅物浴槽中時，使矽烷醇層與前驅物鍵結形成；以及化學電鍍浴槽，設置有一化學鍍鎳溶液，在該矽烷醇層與前驅物鍵結的該基板浸泡於該化學電鍍浴槽中時，使該矽烷醇層表面形成該電路層。紅外線設備，提供一紅外線，用以照射形成該電路層的該基板。

因此，本發明之基板的電路直接形成系統可節省大量的光阻劑及金屬材料，因而實現產生極大經濟效益及兼顧綠色環保之的目的。

1‧‧‧基板的電路直接形成系統

10‧‧‧偶聯浴槽

20‧‧‧圖案化設備

30‧‧‧金屬化設備

40‧‧‧紅外線設備

210‧‧‧紫外線曝光設備

220‧‧‧臭氧源

310‧‧‧前驅物浴槽

320‧‧‧化學電鍍浴槽

第1圖顯示本發明一實施例之基板的電路直接形成系統的示意圖。

第2圖顯示第1圖中圖案化設備及金屬沉積設備的示意圖。

以下配合圖示及符號對本發明之實施方式做更詳細的說 明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能夠據以實施。

參閱第1圖，本發明提供一種基板的電路直接形成系統1，依序包括：清潔裝置(圖中未顯示)、偶聯浴槽10，圖案化設備20、金屬沉積設備30，以及紅外線設備40，可在基板上直接形成電路。

在本實施例中，基板的材料根據預定需求，可為液晶聚合物、聚鄰苯二甲醯胺、聚碳酸酯、聚醯亞胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、以及無覆銅玻璃或環氧樹酯的其中之一的材料所構成。其中液晶聚合物、聚鄰苯二甲醯胺、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物適用於模製互連裝置(MID,Molded interconnect Device)基板，環氧樹酯材料適用於剛性電路基板，聚醯亞胺適用於軟性基板。

偶聯浴槽10設置有矽烷偶聯劑溶液。在本實施例中，使用的矽烷偶聯劑的成分包括甲矽烷。此外，根據上述基板材料的不同，使用的矽烷偶聯劑更可包括乙烯基矽烷及氨基矽烷兩者的至少其中之一。其中乙烯基矽烷可為乙烯基三甲氧基矽烷，氨基矽烷可為3-氨基丙基三甲氧基矽烷，且乙烯基矽烷及氨基矽烷的成分占矽烷偶聯劑溶液2%重量比。

如第2圖所示，圖案化設備20可包括提供選擇性圖案化的紫外線曝光設備210，以及產生臭氧的臭氧源220。在本實施例中，紫外線曝光設備210所使用的光罩係透過具有由電腦輔助設計-電腦輔助(CAD-CAM,computer-aided design and computer-aided manufacturing)製造，具有更精密的線路及間距。金屬沉積設備30可包括設置有氯化鈀的前驅物水溶液的前驅物浴槽310，以及設置有有含鎳的化學電鍍水溶液的化學電鍍浴槽320。在本實施例中，含鎳的化學電鍍水溶液的成分包括硫酸鎳、低磷酸鹽類、羥 基酸、及抗催化劑，其中鎳金屬在水溶液中的濃度為8g/L，羥基酸包括乳酸及蘋果酸以作為螯合劑，抗催化劑包括含錫的複合物。

紅外線設備40提供紅外線進行照射。在本實施例中，紅外線設備40所使用的紅外線係波長範圍為80~150μm，能量範圍為80~150meV之熱遠紅外線(Thermal infrared,TIR)。

以下將配合第1圖與第2圖來說明基板上直接形成電路的製造流程。首先，當基板送入清潔裝置(圖中未顯示)之後，清潔裝置清洗及潤濕基板。

當清洗完的基板浸泡於偶聯浴槽10的矽烷偶聯劑溶液中時，矽烷偶聯劑與基板之間產生偶聯反應，使基板上形成由矽烷分子共價鍵結的矽烷層。在本實施例中所形成的矽烷層厚度約200Å。

在基板上形成矽烷層之後，將基板送入圖案化設備20。首先，紫外線曝光設備210會將紫外線照射基板上的矽烷層，如同正光阻曝光模式，受紫外線照射的矽烷層的矽烷鍵結分解形成自由基鏈，形成自由基鏈的矽烷可輕易、選擇性地被移除，進而留下未移除且形成圖案的矽烷層，作為電路圖案。在本實施例中，基板係水平放置於紫外線曝光設備210，在基板的上方及下方分別設置兩組獨立控制的紫外線光源(圖中未顯示)，並藉由紫外線曝光設備210所使用的光罩，可於基板上形成二維的電路圖案。在另一未繪示的實施例中，對於形成於MID基板上的三維的電路圖案，可進一步在相對於基板水平位置的垂直位置上設置第三組紫外線光源。

在基板上的矽烷層形成電路圖案後，臭氧源20提供波長範圍在184.9nm~253.7nm的紫外線，誘使氧氣形成臭氧，接著臭氧分解成帶有 自由基的活性氧，進一步與形成電路圖案的矽烷層表面反應，使表面的矽烷快速水解成具有羥基之矽烷醇，因而在矽烷層的表面形成矽烷醇層，接著將基板通過淋浴裝置(圖中未顯示)，以去離子水清洗基板表面。

在矽烷層上形成矽烷醇層之後，再將基板送入金屬沉積設備30。首先，將基板浸泡於前驅物浴槽310，矽烷醇上的羥基與氯化鈀形成共價鍵結，在矽烷層上形成矽烷醇層與鈀所組成的前驅物層，以作為化學電鍍的催化劑，接著將基板通過淋浴裝置(圖中未顯示)，以去離子水清洗基板表面。在本實施例中所形成的前驅物層厚度約為100Å。

在矽烷層上形成前驅物層之後，將基板浸泡於化學電鍍浴槽320，透過前驅物的催化，在矽烷醇層的表面上形成由奈米結晶的鈀-鎳金屬組成的電路層，接著將基板通過淋浴裝置(圖中未顯示)，以去離子水清洗基板，以實現在基板上直接形成電路。在本實施例中，電路層中所形成的鈀-鎳結晶尺寸為0.9μm，組成的比例為鈀：鎳=5：95重量%，厚度約為800Å，導電度可達59.0x10⁶S/m；並且透過螯合劑及抗催化劑提供良好的沉積環境，因此可確保電路層形成的過程中不會產生結節或凹痕。

進一步地，在基板上直接形成電路後，將基板送入紅外線設備40，對形成電路的基板照射近距離照射紅外線。前驅物層吸收遠紅外線後，矽烷醇中未反應的羥基與鈀金屬反應，脫去一個水分子後形成共價鍵結，可進一步確保電路層與矽烷層之間的接著力。進一步來說，由於本實施例之紅外線設備40可採用熱遠紅外線，其穿透的厚度為5μm的範圍，可使前驅物層有效吸收熱遠紅外線之能量產生進一步地共價鍵結，可確保電路層與矽烷層之間的接著力，因此本實施例之電路的剝離接著強度(90度角) 可大於1kg/cm，伸長強度可大於1kg/mm²。

在本發明的另一實施方式中，化學電鍍浴槽320中可將含鎳的化學電鍍溶液置換成含銅的化學電鍍溶液，並在前驅物層上沉積一層金屬銅，作為電路層。

上述本發明各實施例之基板的電路直接形成系統，其特點在於設置有矽烷偶聯劑溶液的偶聯浴槽，將基板浸泡於偶聯浴槽中，透過化學反應使基板與矽烷偶聯劑產生共價鍵鍵結，並形成矽烷層；以及包含紫外線曝光設備及臭氧源的圖案化設備，紫外線設備透過CAD-CAM所製成的光罩使矽烷層受紫外線照射，進一步圖案化形成電路圖案。相較於雷射電路形成系統，可在提供更精密的電路圖案及間距的同時，亦可避免雷射製程因熱源而對電路圖案造成起泡或汙損等缺點。

本發明之基板的電路直接形成系統另一特點在於利用正光阻曝光模式，圖案化的矽烷層形成電路結構之一部分，可減少光阻劑的使用量；透過矽烷醇與鈀前驅物的共價鍵結形成前驅物層，以及在前驅物層上進行化學電鍍沉積，亦可減少鈀前驅物及電鍍金屬的使用量，因此在經濟效益上可大幅減少上述圖案化所需的昂貴材料。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

1‧‧‧電路直接形成系統

10‧‧‧偶聯浴槽

20‧‧‧圖案化設備

30‧‧‧金屬化設備

40‧‧‧紅外線設備

210‧‧‧紫外線曝光設備

220‧‧‧臭氧源

310‧‧‧前驅物浴槽

320‧‧‧化學電鍍浴槽

Claims (8)

1. 一種基板的電路直接形成系統，依序包括：一偶聯浴槽，設置有矽烷偶聯劑，用以在該基板浸泡於該偶聯浴槽中時，使該基板上形成由矽烷分子鍵結的一矽烷層；一圖案化設備，用以選擇性地圖案化該矽烷層，使該矽烷層形成一電路圖案，且該圖案化設備包括一臭氧源，提供臭氧與該電路圖案的表面反應，使該電路圖案的表面形成一矽烷醇層；一金屬沉積設備，用以讓該矽烷醇層與一前驅物鍵結形成一前驅物層，並於該前驅物層上進行金屬沉積，以使該前驅物層表面直接形成一電路層；以及一紅外線設備，提供一紅外線，用以照射形成該電路層的該基板。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之基板的電路直接形成系統，其中該基板係由液晶聚合物、聚鄰苯二甲醯胺、聚碳酸酯、聚醯亞胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、無覆銅玻璃及環氧樹酯的其中之一的材料構成。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之基板的電路直接形成系統，其中該矽烷偶聯劑包括甲矽烷。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之基板的電路直接形成系統，其中該矽烷偶聯劑更包括乙烯基矽烷及氨基矽烷兩者中的至少一種。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之基板的電路直接形成系統，其中該圖案化設備包括一紫外線曝光設備，提供一紫外線，用以照射該矽烷層，以移除 該矽烷層受該紫外光照射的部分，使未移除部分的該矽烷層做為該電路圖案。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之基板的電路直接形成系統，其中該金屬沉積設備包括一前驅物浴槽，設置有該前驅物的溶液，在形成有該矽烷醇層的該基板浸泡於該前驅物浴槽中時，使該矽烷醇層與該前驅物鍵結形成該前驅物層，其中該前驅物係包含氯化鈀的催化劑。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之基板的電路直接形成系統，其中該金屬沉積設備包括一化學電鍍浴槽，設置有一含鎳的化學電鍍溶液，在形成該前驅物層的該基板浸泡於該化學電鍍浴槽中時，使該前驅物層表面形成該電路層，其中該電路層含有鈀-鎳奈米結晶，該化學電鍍溶液包含硫酸鎳、低磷酸鹽、羥基酸、以及含錫複合物之抗催化劑。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之基板的電路直接形成系統，其中該化學電鍍溶液的鎳金屬濃度為8g/L，該羥基酸包含乳酸及蘋果酸的至少其中一種。