金属导体结构及线路结构的制作方法

本发明涉及一种导体结构，特别是涉及一种金属导体结构及线路结构。

背景技术：

在印刷电路板(printed circuit board，PCB)或软性印刷电路板(flexible printed circuit，FPC)的应用中，除了使用传统的铜箔直接与基板贴合的技术外，也发展出利用高分子渗透金属烧结体孔隙的技术来取代贴合铜箔的使用。然而，由于上述导电线路的表面性质不佳，使得焊锡无法全面接触导线导致假焊，甚至无法焊接的情况发生。

为解决此问题，虽改以有采用增加导电线路的厚度，直接阻绝高分子渗透深度，但导电线路厚度变厚会降低基板的可挠性与薄化的特性；此外，还有通过等离子体表面处理去除被覆在导电线路表面的高分子材料，来提高其可焊性，但因高分子材料渗透量并不均匀，所以在实际导入上常导致焊性不稳等制作工艺问题，即使通过表面研磨、粗化处理后依然无法获得有效的改善。

技术实现要素：

本发明一的目的在于提供一种金属导体结构，不仅提升可焊性且焊性稳定，也维持可挠与高可靠度的特性。

本发明另一目的在于提供一种线路结构，具备上述金属导体结构。

为达上述目的，本发明的一种金属导体结构，包括第一金属导体层、第二金属导体层以及第三金属导体层。其中，第一金属导体层由第一高分子材料与第一金属粒子所组成，第二金属导体层覆盖在第一金属导体层上，而第二金属导体层是由第二金属粒子所组成具有孔隙的结构。第三金属导体层覆盖在第二金属导体层上，且第三金属导体层的金属材料填充在第二金属导体层的孔隙中。

本发明的一种线路结构，包括一绝缘基板以及上述金属导体结构，上述 金属导体结构形成在所述绝缘基板上。

在本发明的一实施例中，上述绝缘基板的材料包括陶瓷材料或第二高分子材料。

在本发明的一实施例中，上述陶瓷材料包括氧化铝或玻璃，上述第二高分子材料包括聚亚酰胺(Polyimide)或聚氟化二乙烯(Polyvinylidene fluoride)。

本发明的另一种线路结构，包括一高分子基板以及上述金属导体结构，其中金属导体结构中的第一金属导体层内埋在高分子基板。

在本发明的另一实施例中，上述内埋在高分子基板的第一金属导体层的内埋深度大于5微米(μm)。

在本发明的另一实施例中，上述高分子基板的材料包括聚亚酰胺或聚氟化二乙烯。

在本发明的另一实施例中，上述高分子基板的材料可与金属导体结构中的第一高分子材料相同。

在本发明的各个实施例中，上述第一金属导体层为所述第一金属粒子互相熔接形成连续相且包含孔洞的结构，且所述第一高分子材料分布在这些孔洞的表面。

在本发明的各个实施例中，上述第三金属导体层的金属材料穿过第二金属导体层的孔隙而与第一金属导体层连接。

在本发明的各个实施例中，上述第一金属导体层为该第一金属粒子互相堆叠不相互熔接所形成，堆叠孔隙间由第一高分子材料填充。

在本发明的各个实施例中，上述第一高分子材料包括聚亚酰胺、聚氟化二乙烯、环氧树脂、乙基纤维素或丙烯酸聚合物。

在本发明的各个实施例中，上述第二金属粒子包括银、铜、镍或其合金。

在本发明的各个实施例中，上述第一金属粒子与上述第二金属粒子的材料相同。

在本发明的各个实施例中，上述第三金属导体层的金属材料的熔点低于上述第二金属粒子的熔点。

基于上述，本发明的金属导体结构是通过在第一金属导体层上被覆具有孔隙结构的第二金属导体层，形成焊接缓冲层，使得第三金属导体层的金属材料于熔融态时可填充在第二金属导体层的孔隙中，而获得良好且稳定的焊性，并且由上述金属导体结构所形成的线路结构，仍保有可挠与高可靠度的 特性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的一种金属导体结构的剖面示意图；

图2为本发明的另一实施例的一种线路结构的剖面示意图；

图3为本发明的又一实施例的一种线路结构的剖面示意图；

图4为实验例一所制得的聚亚酰胺薄膜的剖面SEM图；

图5为实验例一所制得的双层结构的剖面SEM图；

图6为实验例一的金属导体结构的剖面SEM图；

图7为实验例二的金属导体结构的剖面SEM图；

图8为实验例与比较实验例的示意图。

符号说明

100、204、304：金属导体结构

102、206、306：第一金属导体层

104、208、308：第二金属导体层

106、210、310：第三金属导体层

108、312：第一高分子材料

110、314：第一金属粒子

112、316：第二金属粒子

114、318：孔隙

116、320：孔洞

200、300：线路结构

202：绝缘基板

302：高分子基板

具体实施方式

图1是依照本发明的一实施例的一种金属导体结构的剖面示意图。

请先参照图1，本实施例的金属导体结构100包括第一金属导体层102、第二金属导体层104以及第三金属导体层106。其中，第一金属导体层102 由第一高分子材料108与第一金属粒子110所组成，第一高分子材料108例如聚亚酰胺、聚氟化二乙烯、环氧树脂、乙基纤维素或丙烯酸聚合物等。第二金属导体层104覆盖在第一金属导体层102上，而第二金属导体层104是由第二金属粒子112所组成的具有孔隙114的结构以及第三金属导体层106覆盖在第二金属导体层104上，且第三金属导体层106的金属材料加热熔融后填充在第二金属导体层104的孔隙114中。上述第二金属导体层104的第二金属粒子112例如次微米金属粒子，且可为银、铜、镍或其合金。此外，第一金属粒子110与第二金属粒子112的材料虽无限制，但较佳是使用相同的金属材料。第三金属导体层106的金属材料可如本图所示，穿过第二金属导体层104的孔隙114而与第一金属导体层102连接，但本发明不限于此，所述第三金属导体层106的金属材料可填充入第二金属导体层104的孔隙，但不与第一金属导体层102连接。另外，第三金属导体层106的金属材料熔点比第一与第二金属粒子110与112低，譬如以锡为主要材料的焊锡或其他金属焊料，而且能通过制作工艺温度来控制各层的形成状态，又不影响已形成的下层金属导体层。

在本实施例中，第一金属导体层102的第一金属粒子110是互相熔接而具有连续相，其中包含孔洞116，且第一高分子材料108即分布在这些孔洞116的部分表面、全部表面或将孔洞116填满；但本发明并不限于此，第一金属导体层102也可为第一金属粒子互相堆叠接触不相互熔接，且其堆叠孔隙间由第一高分子材料108所填充。

图2是依照本发明的另一实施例的一种线路结构的剖面示意图。请参照图2，本实施例的线路结构200包括一绝缘基板202以及金属导体结构204，其中金属导体结构204是形成在绝缘基板202上。金属导体结构204包括第一金属导体层206、第二金属导体层208以及第三金属导体层210，均可参照上一实施例中的金属导体结构。至于绝缘基板202的材料包括陶瓷材料或第二高分子材料，所述第二高分子材料包括但不限于聚亚酰胺(Polyimide)或聚氟化二乙烯(Polyvinylidene fluoride)，所述陶瓷材料包括但不限于氧化铝或玻璃等。

图3是依照本发明的又一实施例的一种线路结构的剖面示意图。请参照图3，本实施例的线路结构300包括高分子基板302以及金属导体结构304，其中金属导体结构304包括第一金属导体层306、第二金属导体层308以及 第三金属导体层310。第一金属导体层306内埋在高分子基板302，而内埋在高分子基板302的第一金属导体层306的内埋深度例如大于5μm。由金属导体结构304的放大图可以得到与图1相同的结构，故其材料组成等参数皆可参照图1的实施例。

在图3中，第一金属导体层306是由第一高分子材料312与第一金属粒子314所组成，且其中可具有孔洞320。当高分子基板302的材料与金属导体结构304中的第一高分子材料312相同，则有利于高分子基板302与金属导体结构304之间的附着，进而能具有可挠性与提升元件的可靠度。上述高分子基板302的材料例如聚亚酰胺或聚氟化二乙烯。关于第一金属导体层306的详细制作工艺和参数，可参考中国台湾专利公开号第201534185A号。第二金属导体层308是由第二金属粒子316所组成的具有孔隙318的结构，第三金属导体层310则覆盖在第二金属导体层308上，且第三金属导体层的金属材料填充在孔隙318中。

以下，列举几个实验例与比较实验例来确认本发明的功效，但本发明的范围并不局限于以下内容。

<实验例一>

首先，利用有机酸银(C₁₁H₂₃OOAg)溶解在二甲苯(Xylene)中，再取100纳米～300纳米球状金属银粉体与上述溶液混练，制备固含量85％、黏度100,000厘泊(cP)的金属油墨。接着使用325网目(mesh)的网板，将所制备的金属油墨印刷在一玻璃载板上，之后在300℃的烧结温度下进行30分钟的烧结步骤，形成具有孔洞的第一金属导体层，所述孔洞的尺寸大于0.5微米。

然后，将固含量约20％的聚亚酰胺(PI)溶液利用300μm刮刀涂布成膜并填入金属导体的孔洞中，再以210℃、60分钟的固化条件进行固化，以获得透明的聚亚酰胺薄膜。

图4是实验例一所制得的聚亚酰胺薄膜的剖面SEM图，浅灰部分为第一金属导体层的材料，在本实验例中为银金属。由本图可以发现第一金属导体层的金属结构为连续相，是在300℃的烧结过程中由第一金属粒子相互熔接所形成的，且在此第一金属导体层中具有孔洞，第一高分子材料经由孔洞渗透入第一金属导体层内部，如图中深灰色部分。因此在第一金属导体层表面同时也有第一高分子材料存在，在本实验例中的第一高分子材料为聚亚酰胺。

接着，利用简单机械切割，即可将内埋第一金属导体层的聚亚酰胺薄膜完整从玻璃载板取下。

接着以相同的印刷方式在第一金属导体层上，再网印一层金属油墨，并以200℃的烧结温度进行30分钟的烧结步骤，使得第二层金属油墨中的第二金属粒子之间相互熔接，而形成具有孔隙的第二金属导体层，如图5所示，所述孔隙的尺寸大于0.5μm。在本实验例中，由于使用相同的金属油墨，因此第一与第二金属导体层内的金属粒子同为银金属粒子。

在图5中标示有第一金属导体层和第二金属导体层的交界，其中由于第一金属粒子是以300℃进行烧结，所以金属粒子之间的熔接相较于第二金属粒子显著，但本发明并不以此为限，可通过调整制作工艺参数改变金属粒子之间的熔接程度。

最后，在第二金属导体层上涂布焊锡(solder)与加热后，而形成第三金属导体层，且第三金属导体层的金属材料会填充于第二金属导体层的孔隙中，如图6所示。在本实验例中的焊锡是锡-银-铜(Sn-Ag-Cu)、回焊温度为280℃。

<比较实验例>

按照<实验例一>相同的制作金属导线结构，但省略第二金属导体层的制作，而直接在第一金属导体层上镀焊锡。

<实验例二>

使用商用低温固化银胶，用325网目的网板，将此商用低温银胶印刷在基板上，经过130℃烘烤，形成第一金属导体层。

然后，按照<实验例一>中的制作第二和第三金属导体层的步骤，完成金属导线结构，如图7所示。

<特性分析>

将上述的实验例一～二与比较实验例分别进行剥离试验(peel test)。测试条件是每组各取10件样品，以剥离强度≧0.6kg/cm为标准，判断焊锡测试的良率，结果比较实验例的良率只有10％，而实验例一～二的良率均为100％。

因此，实验例一与实验例二相较于比较实验例一均表现出优异的焊接特性。

详细而言可参照图8，图8是实验例(含实验例一与实验例二)与比较实验例的示意图，在比较实验例中，焊锡无法平铺在没有覆盖第二金属导体层的第一金属导体层上，反观实验例的图示，无论是实验例一或实验例二，由 于都在第一金属导体层覆盖有第二金属导体层作为缓冲层，在镀上焊锡后，焊锡(即第三金属导体层)可平铺在第二金属导体层上，表示附着性良好，容易进行焊接。

此外，实验例一与实验例二在形成第二金属导体层之后即进行挠曲测试(挠曲半径0.38厘米，挠曲次数1,000次)，结果显示其第二金属导体层均完好无损，因此可知，本发明的线路结构还兼具可挠与高可靠度。

综上所述，本发明通过在包含第一高分子材料的第一金属导体层上形成具有孔隙的第二金属导体层使得在其上形成另一金属导体层时，熔融的金属材料会填充在第二金属导体层的孔隙中，甚至穿过孔隙与第一金属导体层连接，因此可获得良好且稳定的焊性，并且由上述金属导体结构所形成的线路结构，仍保有可挠与高可靠度的特性。此外，本发明还可同步达成一种新型软性基板导体电路结构，应用于超薄高分子基板应用与电路形成功能，达到整体集成薄化等特性，故可有效应用于软性发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)封装基板、触控面板、显示器等软性显示器应用，另可作为高功率电子芯片接着、薄化封装及电子电路相关应用。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。