金屬轉印技術

2000 年，Kim 等人利用金屬冷焊接技術(Cold welding)製作有機電激 發光元件Organic light-emitting device (OLED) [39]。金屬冷焊接是指在室 溫下，用極高的壓力讓兩層金屬結合。首先，將矽模仁與高分子基材皆 預先鍍上一層金屬，在室溫下利用極高的壓力(>100 MPa)讓兩者接觸，

壓力使得平面基材變形，造成下層金屬層從模仁邊緣斷裂，而從高分子 基材上轉移(Lift-off)至模仁凸面，轉印圖案可達 12 微米，流程如圖 12 所 示。金屬冷焊接技術後來發展出另一種形式，流程如圖13 所示，先將金 層鍍在已脫模處理的模仁上，利用同種金屬蒸鍍於基材上，在高應力下 將模仁與基材對壓，讓模仁上的金層因應力集中於邊緣而斷裂，進而從 模仁凸面轉印到基版上 [40]。此技術只能採用同種類金屬層對壓，並且 需要極高的壓力，故造成其應用有限。

圖 13 利用冷焊接技術轉印金屬圖案流程圖 [40]

2002年，Rogers發展利用化學鍵結的方式，可以成功轉印微米級圖案 於基材上 [41]。步驟如圖14所示，首先在矽晶片上親水化處理，使表面 露出－OH鍵，再鍵結接上3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS)，將 預轉印的10 nm金層熱蒸鍍在PDMS模具上(1.0 nm/s; ~10^-7 Torr)，PDMS模 具其垂直側壁之傾斜角度小於～5°。將模具與基材接觸，金會與MPTMS 上的硫醇產生硫金鍵結，而將PDMS凸面的金屬轉印至基材上。此方法可 以適用於Polyethylene terephthalate(簡稱PET)基材上，但是PET基材需要 預先處理Organosilsesquioxane，才能夠產生－OH鍵以鍵結MPTMS。此轉 印反應時間只需幾秒鐘，就會產生硫金鍵結，使得金圖案在基材上非常 穩固。此方法要注意金層在PDMS上不能是連續層，否則可能會造成整層 金層的轉印，此外，SAM接著的良率絕對影響金的轉印。2008年，Xue

等人利用類似的方法成功轉印印章凸面的金層與側壁金 [42]。

圖 14 利用 SAM 與金屬轉印技術將金轉印至矽晶片上 [41]

2003 年，中國的 Han 利用物理吸附的方式轉印金層，藉的是高分子 在溫度高於Tg 時所表現的黏性 [43]，或使用溶劑使高分子膨潤來增加與 金的黏著力 [44]。2007 年，Lee 利用紅外光輔助加熱方式，使矽基材表 面產生熔融現象而轉移模仁上的金屬層 [45]。在金圖案轉印動力學上，

Rogers 的研究裡有以下結論：轉印金圖案時，要相當注意緊密接觸 (Conformal contact)，並且讓金屬與黏著層接觸的時候要緩慢；分離金層 與黏著層時順著模具圖案，會有利於圖案完整性，並且分離兩者速度要 快(典型為約～10 cm s^-1 或更快) [46]。

本研究中製作塑膠混合模具時需要藉助金屬轉印技術。參考前人工 作，在化學鍵結法轉印金方法方面，我們於材料上選用chitosan，利用 chitosan上的胺基可以與金產生鍵結。Han利用PMMA在溫度高於Tg時所 展現的黏度黏著金，在本文研究中則發現PMMA存在著表面Tg可以用來

達到表面Tg時其表面物理狀態。此外，利用UV固化阻劑轉印金圖案可以 得到不錯的效果，與PMMA同樣是藉由物理性吸附轉印金層，但UV阻劑 具備的優點是其不會因加熱而流動導致轉印失敗。最後，研究中發現金 屬顆粒也可以被轉印而形成圖案，藉由多次轉印可以增加圖案中金顆粒 的密度。