金属结合基底的制作方法

本公开总体涉及一种金属结合基底。更具体地讲，本公开涉及一种显著改善非导电基体基底和与其结合的金属层之间的结合力的金属结合基底。

背景技术：

玻璃由于具有高水平的透光率、优异的热稳定性和优异的机械性能而被用于各种应用中，诸如用于一系列功能容器、车辆和结构材料中，并且被用于诸如智能电话和显示装置的各种电子装置中。在现代工业中，技术密集型领域对适用于特定应用的材料有更大的需求。因此，需要具有上述性能的玻璃的工业领域正在增加。具体地，在诸如触摸屏、显示装置的电子/电气装置和半导体基底材料中，形成精细电路图案的器件之间的电连接是必要的。当在制造这样的电子/电气装置中使用玻璃材料时，在玻璃材料上沉积诸如铜(cu)的金属以形成电路是必要的。

通常，当将玻璃应用于显示器制造工艺时，使用溅射设备在玻璃板上形成用于增加粘合强度的种子层(seedlayer)，随后在种子层上沉积cu。然而，当使用诸如溅射设备的真空沉积设备时，因为这样的设备可能会相对昂贵，设备的操作成本可能会高，设备可能会具有大的体积，并且整个工艺可能会消耗相对大量的时间，所以可能会出现许多问题。具体地，现有技术的设备被设计为主要以二维(2d)方式(即，在单一方向上)沉积cu。因此，为了以三维(3d)方式在所有方向上均匀地沉积cu，必须对设备进行结构上地修改。然而，这会不期望地产生额外的费用并使设备的体积增大。

无电镀镀cu(electrolesscuplating)是通过cu²⁺离子的化学还原使cu沉淀而使介质镀有cu的工艺。因为无电镀镀cu的整个工艺是以溶液为基础执行的，可以电镀所有样品，并且能够批量生产，所以无电镀镀cu用于各种工业领域。然而，由于玻璃基材料与cu的粘合性差，所以需要能够增强它们之间的粘合强度的方法或技术。

现有技术文献

专利文献1：第10-0846318号韩国专利(2008年7月9日)

技术实现要素：

技术问题

本公开的各个方面提供了一种显著改善非导电基体基底和与其结合的金属层之间的结合力的金属结合基底。

技术方案

根据一个方面，金属结合基底包括：基体基底；金属层，设置在基体基底上；自组装单层(sam)，设置在基体基底与金属层之间，sam由将金属层化学连接到基体基底的硅烷形成。硅烷的端基包含包括具有至少一个杂原子的饱和或不饱和的6元环的氨基硅烷。

硅烷可以是从以下化合物组成的候选组中选择的一种或者两种或更多种的组合：3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(aptms)、3-巯基丙基-三甲氧基硅烷(mptms)、三嗪硫醇硅烷(tespa)、三甲氧基硅烷基丙基二亚乙基三胺(aeaptms)和二苯基膦基乙基三乙氧基硅烷(dppetes)。

氨基硅烷可以是从以下化合物组成的候选组中选择的一种或者两种或更多种的组合：三嗪硫醇(nh(ch2)3si(ome)3)、噻嗪硫醇((ch2)2si(ome)3)、三恶烷硫醇(nh(ch2)2si(ome)3)、吡喃硫醇(nh(ch2)2si(ome)3)、噻喃硫醇(nh(ch2)2si(ome)3)、三磷硫醇(nh(ch2)3si(ome)3)、斯塔纳苯(nh(ch2)2si(ome)3)、六嗪(nh(ch2)3si(ome)3)、吡啶(nh(ch2)2si(ome)3)、四嗪(nh(ch2)3si(ome)3)和纵2三嗪硫醇(nh(ch2)3si(ome)3)。

基体基底可以实现为玻璃基底。

金属层可以由铜形成。

技术效果

根据如上所述的本公开，金属结合基底包括位于非导电基体基底和金属层之间的sam，sam由硅烷形成，硅烷的末端基团包含包括具有至少一个杂原子的饱和或不饱和的6元环的氨基硅烷。金属结合基底的基体基底和金属层可以经由sam化学连接，从而获得基体基底和金属层之间优异的结合力。因此，能够克服否则将在现有技术的无电镀工艺中发生的结合力不足的问题。

根据本公开，能够省去现有技术的无电镀工艺，从而降低加工成本。

附图说明

图1是示意性地示出根据示例性实施例的金属结合基底的剖视图；

图2至图6是表示sam的各种类型的硅烷的结构的分子结构图，其中：

图2是表示aptms结构的分子结构图；

图3是表示mptms结构的分子结构图；

图4是表示tespa结构的分子结构图；

图5是表示aeaptms结构的分子结构图；

图6是表示dppetes结构的分子结构图；

图7至图16是表示硅烷的端基的结构的分子结构图，其中：

图7是表示噻嗪的结构的分子结构图；

图8是表示三恶烷的结构的分子结构图；

图9是表示吡喃的结构的分子结构图；

图10是表示噻喃的结构的分子结构图；

图11是表示三磷的结构的分子结构图；

图12是表示斯塔纳苯的结构的分子结构图；

图13是表示六嗪的结构的分子结构图；

图14是表示吡啶的结构的分子结构图；

图15是表示纵2三嗪硫醇的结构的分子结构图；

图16是表示四嗪的结构的分子结构图；

图17是比较地表示结合能根据sam是否形成在基体基底和金属层之间的差异的分子结构图。

具体实施方式

现在将详细参照根据本公开的金属结合基底，在附图中示出本公开的实施例并在下面描述本公开的实施例，使得本公开涉及的领域的技术人员可以容易地实施本公开。

在整个文件中，应该参照附图，其中，在不同的附图中将使用相同的附图标号和符号来表示相同的或同样的组件。在下面的描述中，在本公开的主题由于包括对包含于此的已知功能和组件的详细描述而不清楚的情况下，将省略对包含于此的已知功能和组件的详细描述。

如图1中所示，根据示例性实施例的金属结合基底100可以应用于诸如触摸屏和显示器的电子装置或者半导体基底等。金属结合基底100在保护内部组件免受外部环境的影响的同时被图案化，以向内部组件提供电路。金属结合基底100包括基体基底110、金属层120和自组装单层(self-assembledmonolayer，sam)130。

金属层120经由sam130结合到基体基底110。也就是说，基体基底110和金属层120化学连接到sam130的底部和顶部(参照图1)，从而形成结合结构。

根据本实施例，基体基底110可以由非导电材料形成。例如，基体基底110可以由诸如钠钙玻璃或无碱玻璃的玻璃材料形成。然而，这仅是为了说明的目的，基体基底110可以由特性与玻璃材料的特性相似或相同的各种材料形成。

金属层120设置在基体基底110的顶部上。根据本实施例，金属层120可以由铜(cu)形成。通常，通过对玻璃执行无电镀镀cu来在玻璃的表面上形成cu层。玻璃上镀cu的反应表示为cu²⁺+2e^-->cu⁰。这表明所镀的cu简单地沉积在玻璃表面上而不具有任何化学键。因此，cu和玻璃具有低水平的结合力。根据本实施例，基体基底110和金属层120经由sam130彼此结合，从而显着地改善基体基底110和金属层120之间的结合力。将在下文中对此进行更详细地描述。

sam130设置在基体基底110和金属层120之间。根据本实施例的sam130由硅烷形成。硅烷使其分子规则地排列在由玻璃形成的基体基底110上，从而有利于单层的形成。

当以这种方式由硅烷形成sam130时，硅烷的硅烷醇基与由玻璃形成的基体基底110的表面形成共价键。在高ph或低ph溶液中，硅烷的端基被脱氢，从而用作亲核体。因此，硅烷的端基与由cu形成的金属层120形成共价键。

当使用能够增加对cu的化学亲和力的包含氮、硫或氧等的各种杂环化合物端基时，能够增强由硅烷形成的sam130和金属层120之间的结合力。另外，利用化学键合到金属表面的π共轭分子的特性能够增强sam130和金属层120之间的结合力。

因此，根据本实施例的sam130的硅烷的端基可以包含包括具有至少一个杂原子的饱和或不饱和的6元环的氨基硅烷，其中，上述两个特征组合。

如上所述，当sam130由包含包括具有至少一个杂原子的饱和或不饱和的6元环的氨基硅烷的端基形成的硅烷形成时，sam130的两侧可以化学键合到基体基底110和金属层120，从而可以显着改善经由sam130连接的基体基底110和金属层120之间的结合力。

根据本实施例的形成sam130的硅烷可以是从以下化合物组成的候选组中选择的一种或者两种或更多种的组合：3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(3-aminopropyl-trimethoxysilane，aptms)、3-巯基丙基-三甲氧基硅烷(3-mercaptopropyl-trimethoxysilane，mptms)、三嗪硫醇硅烷(triazinethiolsilane，tespa)、三甲氧基硅烷基丙基二亚乙基三胺(trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine，aeaptms)和二苯基膦基乙基三乙氧基硅烷(diphenylphosphino-ethyltriethoxysilane，dppetes)。

如图2至图6中所示，当aptms用作硅烷时，硅烷与由cu(在图上的网格上排列的颗粒)形成的金属层的结合能ebinding测量为-2.85ev。当mptms用作硅烷时，硅烷与金属层的结合能ebinding测量为-3.31ev。当tespa用作硅烷时，硅烷与金属层的结合能ebinding测量为-4.78ev。当aeaptms用作硅烷时，硅烷与金属层的结合能ebinding测量为-4.89ev。当dppetes用作硅烷时，硅烷与金属层的结合能ebinding测量为-4.50ev。结合能的水平越低表示硅烷和金属层之间的结合力的程度越大。此外，结合能不表示在硅烷形成在玻璃基底和cu之间的情况下硅烷与cu之间的结合能，而是表示在不包括玻璃基底的情况下在硅烷本身与cu之间的结合能。

另外，如图7至图16中所示，硅烷的端基可以是从以下化合物组成的候选组中选择的一种或者两种或更多种的组合：三嗪硫醇(triazinethiol；nh(ch2)3si(ome)3)、噻嗪硫醇(thiazinethiol；(ch2)2si(ome)3)、三恶烷硫醇(trioxanethiol；nh(ch2)2si(ome)3)、吡喃硫醇(pyranthiol；nh(ch2)2si(ome)3)、噻喃硫醇(thiopyranthiol；nh(ch2)2si(ome)3)、三磷硫醇(triphosphorthiol；nh(ch2)3si(ome)3)、斯塔纳苯(stanabenzene；nh(ch2)2si(ome)3)、六嗪(hexazine；nh(ch2)3si(ome)3)、吡啶(pyridine；nh(ch2)2si(ome)3)、四嗪(tetrazine；nh(ch2)3si(ome)3)和纵2三嗪硫醇(2triazinethiol-vertical；nh(ch2)3si(ome)3)。

图17是比较地表示结合能根据自组装单层是否形成在基体基底和金属层之间的差异的分子结构图。分子结构图的左侧部分表示cu直接形成在玻璃基底上的结构。在这种情况下，玻璃基底与cu之间的结合能ebinding为-2.8ev。相比之下，分子结构图的右侧部分表示根据本发明的实施例的硅烷(即，具有图7至图16中示出的端基中的一种的tespa)形成在玻璃基底和cu之间的结构。在这种情况下，tespa和cu之间的结合能ebinding为-8.145ev。以这种方式，当玻璃基底和cu经由硅烷连接时，结合能ebinding增加，更具体地，近似为三倍。这表明玻璃基底和cu之间的结合力通过硅烷显著地增加。

因为与cu直接连接到玻璃基底的情况相比，包含包括具有至少一个杂原子的饱和或不饱和的6元环的氨基硅烷的硅烷的端基使cu与硅烷键合的键合位增加，所以玻璃基底和cu经由硅烷连接时的结合能增加到大于cu直接形成在玻璃基底上时的结合能。

当硅烷形成在玻璃基底和cu之间的情况下硅烷和cu之间的结合能ebinding与如图2至图6中所示的硅烷本身和cu之间的结合能ebinding进行比较时，理解的是，玻璃-硅烷-cu结构中的硅烷与cu之间的结合能ebinding增加为显著地大于硅烷-cu结构中硅烷与cu之间的结合能ebinding。

如上所述，金属结合基底100包括位于非导电基体基底110和金属层120之间的sam130，sam130由硅烷形成，硅烷的端基包含包括具有至少一个杂原子的饱和或不饱和的6元环的氨基硅烷。由于这种结构，金属结合基底100的基体基底110和金属层120可以化学连接，从而获得基体基底110和金属层120之间优异的结合力。

已经参照附图给出了本公开的具体示例性实施例的前述描述。它们不意图是穷举的或将本公开限制于所公开的精确形式，明显地，对于本领域普通技术人员，根据上面的教导，许多修改和变化是可能的。

因此，意图的是，本公开的范围不限于前述的实施例，而是由所附权利要求和它们的等同物所限定。

[附图标号的说明]

100：金属结合基底，110：基体基底

120：金属层，130：自组装单层