轉印金屬圖案技術

1.Chitosan 當黏著層

圖 21 利用化學鍵結轉印金屬圖案

實驗流程如圖 21 所示，首先我們須先製作一個 PMMA 圖案，作法 是利用軟微影印章 PDMS 熱壓 PMMA 於 PET 上，再用濺鍍機(Sputter) 將 PMMA 濺鍍上 20 奈米的金層。PDMS 的製作是將主劑與硬化劑以重 量比10：1 混合均勻後，倒入矽母模，先抽真空兩小時，再加熱 70℃，

待其固化脫模即可。PMMA 預先溶於甲苯中，將 PMMA 旋轉塗佈於 PDMS 上，於 PET 基材上 130℃熱壓成形，降溫後再脫模。接著，我們 欲使凸面的金能夠被黏著層移除，而保留凹槽的金於凹槽內。我們選用 的黏著層為幾丁聚醣(Chitosan)，化學式如下：

配製1 wt％幾丁聚醣於 1 wt％醋酸水溶液，旋轉塗佈於矽晶片上，

矽晶片前處理為浸泡 piranha(H₂O₂：H₂SO₄體積比 3：7)90℃2 小時。之 後，如圖 21，將鍍有金的 PMMA 圖案與幾丁聚醣同時處理氧電漿，使 其表面活化，處理完電漿後使兩者緊密貼合，接著如圖21 將上述貼合的 物件送入滾輪機，並設定溫度為105℃，使 PMMA 凸面的金層能夠轉印 至幾丁聚醣表面。分離兩者後，將得到圖21 所示的兩樣物件，一個即是 PMMA 複合金線路基板，同時，我們也會得到一個轉印的金圖案於幾丁 聚醣基材上，這個金圖案可以應用於電路上，而留在PMMA 凹槽內的金 圖案即是我們的塑膠混合模具，同時，由於PET 基材的可撓曲性，此方 法也可以應用於可撓曲電路的製作上，我們將此試片用 SEM 分析其結 果。

2. PMMA 當黏著層

圖 22 利用 PMMA 物理吸附轉印金圖案

利用升溫，使 PMMA 達到表面玻璃轉化溫度(Surface Tg)，一般表面 Tg 都低於高分子整體的玻璃轉化溫度(Bulk Tg)，此時 PMMA 薄膜表面 將具有黏性，但還不至於流動，將可以用來轉印金圖案。

流程圖如圖 22 所示，先準備一塊具有圖案的 PDMS，利用濺鍍機在 其上濺鍍10 nm 的金。另外，將 10 wt% PMMA/ chlorobezene 旋轉塗佈 於矽基材上，然後置於烤盤上。將鍍有金的PDMS 放於其上，轉印溫度 固定為80℃，靜置十分鐘，分離二者，觀察金轉印情形。重複上述實驗，

變更轉印溫度為90℃、100℃，觀察轉印溫度對金轉印之情形。

3. UV 膠當黏著層

圖 23 利用 UV 阻劑轉印金屬圖案

流程圖如圖23 所示，從前幾次實驗中，我們發現轉印用的模具具備

PDMS 當模具，由於金與 PDMS 楊氏系數相差太多，導致金在其上容易 產生裂痕。但若使用PMMA 當作金屬轉印的模具，則能夠避免金層在其 上產生裂痕。但是製作PMMA 模具過於耗時，我們欲發展低溫壓印的光 固化阻劑製作金層轉印模具，可以減少製程時間，並能避免金層在圖案 上的斷裂。我們選用的光固化阻劑組成為：20 wt%起始劑、40 wt%單體、

40 wt%寡聚體，起始劑配方為 BP/ tertiary amine (1：3 volume ratio)，單 體為IBOA，IBOA 因其結構上具有環，而對於基材能有較佳的附著性，

結構式如下：

寡聚體為PU。阻劑的調配過程與操作時需要阻絕光線，固化時則須盡可 能的阻絕氧氣，氧氣會攻擊自由基，導致聚合率下降。

準備有圖案的 PDMS，壓印上述阻劑於 PET 基材上，曝照全波段 UV 光25 秒，脫模 PDMS，得到一個 PU 為主體的圖案，此時，將圖案四周 多出的PET 基材用剪刀切除，將平整的 PU 圖案利用濺鍍機鍍金 10 nm。

上述PDMS 可以重複使用於低溫壓印 UV 阻劑，若有沒有完全固化的阻 劑殘留，可以丙酮沖洗PDMS，再以酒精潤洗，再放入烘箱 60℃烘烤 10 分鐘，將殘留的溶劑去除，便可以重複使用。

黏著層的選擇也是光固化阻劑，組成是5 wt%起始劑、45 wt%單體、50 wt%寡聚體，起始劑成分是 Igcure 184& 365 (1：1 weight ratio)，單體是 Glycidyl methacrylate(GMA)。其環氧基對金有較強的吸附力，結構式如 下：

寡聚體是PU。玻璃基材沖洗酒精後以氮氣吹乾，將配好的 UV 阻劑旋轉 塗佈於剛洗淨的玻璃基材上(第一段：500 r.p.m. 10 sec；第二段：2000 r.p.m.

20 sec)，馬上用一平坦且薄的 PDMS 伏貼於其上。若不趕快做此動作，

UV 阻劑會因內聚力聚集，將蓋有 PDMS 的 UV 阻劑曝照全波段 UV 光 25 秒，將 PDMS 移除，便可以得到一平坦的 GMA/ PU 黏著層。上述 PDMS 也是能重複使用，但需要經丙酮沖洗，除去殘餘溶劑後方可使用。

將鍍有金層的IBOA/ PU 圖案接觸黏著層 GMA/ PU，以滾輪使兩者 緊密接觸(Conformal contacting)，將兩者加熱至 50~130℃，並在 50 克的 荷重下10 分鐘，降溫移除壓力，分離兩者。成功的結果將會得到共軛金 圖案，也就是一個為正圖案(轉移至黏著層)，另一個為負圖案(留在塑膠 模具凹槽)，而負圖案即為混合塑膠模具，也可用於可撓曲電路製作。結 果以光學顯微鏡分析。

3.4.1.2.3.2 金屬顆粒轉印技術

1.單次轉印金顆粒

圖 24 金屬顆粒轉印流程圖

流程圖如圖24 所示，將金屬顆粒濺鍍在平面 PDMS 上，利用另一 個光固化的圖案與PDMS 輕輕接觸，而後將其分離，部分的金屬顆粒就 會從PDMS 上轉移至光固化模具的凸面。此時，我們就會得到二組共軛 的圖案，也就是一個為正圖案(轉移至光固化模具)，另一個為負圖案(留 在PDMS 上)，而正圖案即為混合塑膠模具，也可用於可撓曲電路製作。

光固化模具的配方是光起始劑20 wt%、單體 40 wt%、寡聚體 40 wt%，

起始劑配方為BP/ tertiary amine (1：3 volume ratio)，單體為 IBOA，寡聚 體為PU。我們利用一個具有圖案的 PDMS 低溫壓印 UV 阻劑於 PET 上，

曝照全波段UV 光 25 秒，使圖形完全固化後脫模。

有別於前面轉印金屬層，這裡發展金屬顆粒轉印，金屬顆粒的製作

BP/ tertiary amine (1：3 volume

ratio)，單體為 IBOA，寡聚體為 PU。將光固化模具轉印鍍有金顆粒的 PDMS，此使 PDMS 上的金粒子會被光固化模具的凸面所黏走，此為第 一層轉印金奈米粒子。將此光固化模具多次黏著PDMS 上的奈米金粒 子，比較黏著次數的影響。試片的退火條件為加壓下，加溫到150℃並持 溫2 小時，比較退火前後對金奈米層的影響。