本發(fā)明涉及一種導體結構，特別是涉及一種金屬導體結構及線路結構。

背景技術：

在印刷電路板(printed circuit board，PCB)或軟性印刷電路板(flexible printed circuit，F(xiàn)PC)的應用中，除了使用傳統(tǒng)的銅箔直接與基板貼合的技術外，也發(fā)展出利用高分子滲透金屬燒結體孔隙的技術來取代貼合銅箔的使用。然而，由于上述導電線路的表面性質不佳，使得焊錫無法全面接觸導線導致假焊，甚至無法焊接的情況發(fā)生。

為解決此問題，雖改以有采用增加導電線路的厚度，直接阻絕高分子滲透深度，但導電線路厚度變厚會降低基板的可撓性與薄化的特性；此外，還有通過等離子體表面處理去除被覆在導電線路表面的高分子材料，來提高其可焊性，但因高分子材料滲透量并不均勻，所以在實際導入上常導致焊性不穩(wěn)等制作工藝問題，即使通過表面研磨、粗化處理后依然無法獲得有效的改善。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明一的目的在于提供一種金屬導體結構，不僅提升可焊性且焊性穩(wěn)定，也維持可撓與高可靠度的特性。

本發(fā)明另一目的在于提供一種線路結構，具備上述金屬導體結構。

為達上述目的，本發(fā)明的一種金屬導體結構，包括第一金屬導體層、第二金屬導體層以及第三金屬導體層。其中，第一金屬導體層由第一高分子材料與第一金屬粒子所組成，第二金屬導體層覆蓋在第一金屬導體層上，而第二金屬導體層是由第二金屬粒子所組成具有孔隙的結構。第三金屬導體層覆蓋在第二金屬導體層上，且第三金屬導體層的金屬材料填充在第二金屬導體層的孔隙中。

本發(fā)明的一種線路結構，包括一絕緣基板以及上述金屬導體結構，上述 金屬導體結構形成在所述絕緣基板上。

在本發(fā)明的一實施例中，上述絕緣基板的材料包括陶瓷材料或第二高分子材料。

在本發(fā)明的一實施例中，上述陶瓷材料包括氧化鋁或玻璃，上述第二高分子材料包括聚亞酰胺(Polyimide)或聚氟化二乙烯(Polyvinylidene fluoride)。

本發(fā)明的另一種線路結構，包括一高分子基板以及上述金屬導體結構，其中金屬導體結構中的第一金屬導體層內埋在高分子基板。

在本發(fā)明的另一實施例中，上述內埋在高分子基板的第一金屬導體層的內埋深度大于5微米(μm)。

在本發(fā)明的另一實施例中，上述高分子基板的材料包括聚亞酰胺或聚氟化二乙烯。

在本發(fā)明的另一實施例中，上述高分子基板的材料可與金屬導體結構中的第一高分子材料相同。

在本發(fā)明的各個實施例中，上述第一金屬導體層為所述第一金屬粒子互相熔接形成連續(xù)相且包含孔洞的結構，且所述第一高分子材料分布在這些孔洞的表面。

在本發(fā)明的各個實施例中，上述第三金屬導體層的金屬材料穿過第二金屬導體層的孔隙而與第一金屬導體層連接。

在本發(fā)明的各個實施例中，上述第一金屬導體層為該第一金屬粒子互相堆疊不相互熔接所形成，堆疊孔隙間由第一高分子材料填充。

在本發(fā)明的各個實施例中，上述第一高分子材料包括聚亞酰胺、聚氟化二乙烯、環(huán)氧樹脂、乙基纖維素或丙烯酸聚合物。

在本發(fā)明的各個實施例中，上述第二金屬粒子包括銀、銅、鎳或其合金。

在本發(fā)明的各個實施例中，上述第一金屬粒子與上述第二金屬粒子的材料相同。

在本發(fā)明的各個實施例中，上述第三金屬導體層的金屬材料的熔點低于上述第二金屬粒子的熔點。

基于上述，本發(fā)明的金屬導體結構是通過在第一金屬導體層上被覆具有孔隙結構的第二金屬導體層，形成焊接緩沖層，使得第三金屬導體層的金屬材料于熔融態(tài)時可填充在第二金屬導體層的孔隙中，而獲得良好且穩(wěn)定的焊性，并且由上述金屬導體結構所形成的線路結構，仍保有可撓與高可靠度的 特性。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附的附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一實施例的一種金屬導體結構的剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明的另一實施例的一種線路結構的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明的又一實施例的一種線路結構的剖面示意圖；

圖4為實驗例一所制得的聚亞酰胺薄膜的剖面SEM圖；

圖5為實驗例一所制得的雙層結構的剖面SEM圖；

圖6為實驗例一的金屬導體結構的剖面SEM圖；

圖7為實驗例二的金屬導體結構的剖面SEM圖；

圖8為實驗例與比較實驗例的示意圖。

符號說明

100、204、304：金屬導體結構

102、206、306：第一金屬導體層

104、208、308：第二金屬導體層

106、210、310：第三金屬導體層

108、312：第一高分子材料

110、314：第一金屬粒子

112、316：第二金屬粒子

114、318：孔隙

116、320：孔洞

200、300：線路結構

202：絕緣基板

302：高分子基板

具體實施方式

圖1是依照本發(fā)明的一實施例的一種金屬導體結構的剖面示意圖。

請先參照圖1，本實施例的金屬導體結構100包括第一金屬導體層102、第二金屬導體層104以及第三金屬導體層106。其中，第一金屬導體層102 由第一高分子材料108與第一金屬粒子110所組成，第一高分子材料108例如聚亞酰胺、聚氟化二乙烯、環(huán)氧樹脂、乙基纖維素或丙烯酸聚合物等。第二金屬導體層104覆蓋在第一金屬導體層102上，而第二金屬導體層104是由第二金屬粒子112所組成的具有孔隙114的結構以及第三金屬導體層106覆蓋在第二金屬導體層104上，且第三金屬導體層106的金屬材料加熱熔融后填充在第二金屬導體層104的孔隙114中。上述第二金屬導體層104的第二金屬粒子112例如次微米金屬粒子，且可為銀、銅、鎳或其合金。此外，第一金屬粒子110與第二金屬粒子112的材料雖無限制，但較佳是使用相同的金屬材料。第三金屬導體層106的金屬材料可如本圖所示，穿過第二金屬導體層104的孔隙114而與第一金屬導體層102連接，但本發(fā)明不限于此，所述第三金屬導體層106的金屬材料可填充入第二金屬導體層104的孔隙，但不與第一金屬導體層102連接。另外，第三金屬導體層106的金屬材料熔點比第一與第二金屬粒子110與112低，譬如以錫為主要材料的焊錫或其他金屬焊料，而且能通過制作工藝溫度來控制各層的形成狀態(tài)，又不影響已形成的下層金屬導體層。

在本實施例中，第一金屬導體層102的第一金屬粒子110是互相熔接而具有連續(xù)相，其中包含孔洞116，且第一高分子材料108即分布在這些孔洞116的部分表面、全部表面或將孔洞116填滿；但本發(fā)明并不限于此，第一金屬導體層102也可為第一金屬粒子互相堆疊接觸不相互熔接，且其堆疊孔隙間由第一高分子材料108所填充。

圖2是依照本發(fā)明的另一實施例的一種線路結構的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的線路結構200包括一絕緣基板202以及金屬導體結構204，其中金屬導體結構204是形成在絕緣基板202上。金屬導體結構204包括第一金屬導體層206、第二金屬導體層208以及第三金屬導體層210，均可參照上一實施例中的金屬導體結構。至于絕緣基板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亞酰胺(Polyimide)或聚氟化二乙烯(Polyvinylidene fluoride)，所述陶瓷材料包括但不限于氧化鋁或玻璃等。

圖3是依照本發(fā)明的又一實施例的一種線路結構的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例的線路結構300包括高分子基板302以及金屬導體結構304，其中金屬導體結構304包括第一金屬導體層306、第二金屬導體層308以及 第三金屬導體層310。第一金屬導體層306內埋在高分子基板302，而內埋在高分子基板302的第一金屬導體層306的內埋深度例如大于5μm。由金屬導體結構304的放大圖可以得到與圖1相同的結構，故其材料組成等參數(shù)皆可參照圖1的實施例。

在圖3中，第一金屬導體層306是由第一高分子材料312與第一金屬粒子314所組成，且其中可具有孔洞320。當高分子基板302的材料與金屬導體結構304中的第一高分子材料312相同，則有利于高分子基板302與金屬導體結構304之間的附著，進而能具有可撓性與提升元件的可靠度。上述高分子基板302的材料例如聚亞酰胺或聚氟化二乙烯。關于第一金屬導體層306的詳細制作工藝和參數(shù)，可參考中國臺灣專利公開號第201534185A號。第二金屬導體層308是由第二金屬粒子316所組成的具有孔隙318的結構，第三金屬導體層310則覆蓋在第二金屬導體層308上，且第三金屬導體層的金屬材料填充在孔隙318中。

以下，列舉幾個實驗例與比較實驗例來確認本發(fā)明的功效，但本發(fā)明的范圍并不局限于以下內容。

<實驗例一>

首先，利用有機酸銀(C₁₁H₂₃OOAg)溶解在二甲苯(Xylene)中，再取100納米～300納米球狀金屬銀粉體與上述溶液混練，制備固含量85％、黏度100,000厘泊(cP)的金屬油墨。接著使用325網目(mesh)的網板，將所制備的金屬油墨印刷在一玻璃載板上，之后在300℃的燒結溫度下進行30分鐘的燒結步驟，形成具有孔洞的第一金屬導體層，所述孔洞的尺寸大于0.5微米。

然后，將固含量約20％的聚亞酰胺(PI)溶液利用300μm刮刀涂布成膜并填入金屬導體的孔洞中，再以210℃、60分鐘的固化條件進行固化，以獲得透明的聚亞酰胺薄膜。

圖4是實驗例一所制得的聚亞酰胺薄膜的剖面SEM圖，淺灰部分為第一金屬導體層的材料，在本實驗例中為銀金屬。由本圖可以發(fā)現(xiàn)第一金屬導體層的金屬結構為連續(xù)相，是在300℃的燒結過程中由第一金屬粒子相互熔接所形成的，且在此第一金屬導體層中具有孔洞，第一高分子材料經由孔洞滲透入第一金屬導體層內部，如圖中深灰色部分。因此在第一金屬導體層表面同時也有第一高分子材料存在，在本實驗例中的第一高分子材料為聚亞酰胺。

接著，利用簡單機械切割，即可將內埋第一金屬導體層的聚亞酰胺薄膜完整從玻璃載板取下。

接著以相同的印刷方式在第一金屬導體層上，再網印一層金屬油墨，并以200℃的燒結溫度進行30分鐘的燒結步驟，使得第二層金屬油墨中的第二金屬粒子之間相互熔接，而形成具有孔隙的第二金屬導體層，如圖5所示，所述孔隙的尺寸大于0.5μm。在本實驗例中，由于使用相同的金屬油墨，因此第一與第二金屬導體層內的金屬粒子同為銀金屬粒子。

在圖5中標示有第一金屬導體層和第二金屬導體層的交界，其中由于第一金屬粒子是以300℃進行燒結，所以金屬粒子之間的熔接相較于第二金屬粒子顯著，但本發(fā)明并不以此為限，可通過調整制作工藝參數(shù)改變金屬粒子之間的熔接程度。

最后，在第二金屬導體層上涂布焊錫(solder)與加熱后，而形成第三金屬導體層，且第三金屬導體層的金屬材料會填充于第二金屬導體層的孔隙中，如圖6所示。在本實驗例中的焊錫是錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)、回焊溫度為280℃。

<比較實驗例>

按照<實驗例一>相同的制作金屬導線結構，但省略第二金屬導體層的制作，而直接在第一金屬導體層上鍍焊錫。

<實驗例二>

使用商用低溫固化銀膠，用325網目的網板，將此商用低溫銀膠印刷在基板上，經過130℃烘烤，形成第一金屬導體層。

然后，按照<實驗例一>中的制作第二和第三金屬導體層的步驟，完成金屬導線結構，如圖7所示。

<特性分析>

將上述的實驗例一～二與比較實驗例分別進行剝離試驗(peel test)。測試條件是每組各取10件樣品，以剝離強度≧0.6kg/cm為標準，判斷焊錫測試的良率，結果比較實驗例的良率只有10％，而實驗例一～二的良率均為100％。

因此，實驗例一與實驗例二相較于比較實驗例一均表現(xiàn)出優(yōu)異的焊接特性。

詳細而言可參照圖8，圖8是實驗例(含實驗例一與實驗例二)與比較實驗例的示意圖，在比較實驗例中，焊錫無法平鋪在沒有覆蓋第二金屬導體層的第一金屬導體層上，反觀實驗例的圖示，無論是實驗例一或實驗例二，由 于都在第一金屬導體層覆蓋有第二金屬導體層作為緩沖層，在鍍上焊錫后，焊錫(即第三金屬導體層)可平鋪在第二金屬導體層上，表示附著性良好，容易進行焊接。

此外，實驗例一與實驗例二在形成第二金屬導體層之后即進行撓曲測試(撓曲半徑0.38厘米，撓曲次數(shù)1,000次)，結果顯示其第二金屬導體層均完好無損，因此可知，本發(fā)明的線路結構還兼具可撓與高可靠度。

綜上所述，本發(fā)明通過在包含第一高分子材料的第一金屬導體層上形成具有孔隙的第二金屬導體層使得在其上形成另一金屬導體層時，熔融的金屬材料會填充在第二金屬導體層的孔隙中，甚至穿過孔隙與第一金屬導體層連接，因此可獲得良好且穩(wěn)定的焊性，并且由上述金屬導體結構所形成的線路結構，仍保有可撓與高可靠度的特性。此外，本發(fā)明還可同步達成一種新型軟性基板導體電路結構，應用于超薄高分子基板應用與電路形成功能，達到整體集成薄化等特性，故可有效應用于軟性發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode，LED)封裝基板、觸控面板、顯示器等軟性顯示器應用，另可作為高功率電子芯片接著、薄化封裝及電子電路相關應用。

雖然結合以上實施例公開了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍應當以附上的權利要求所界定的為準。