Studies of Chemical Additives on Chemical Formation and Characterization of Cu Nanoparticles and Cu thin film on Polyimide

Abstract

近年來，隨著電子產品朝向高性能、多功能、小型化、薄型化、攜帶型化等的方向發展，傳統的硬性印刷電路板已經面臨淘汰或與軟性印刷電路板結合的命運。而軟性基材上的目前所遭遇的問題即是佈線接著性的金屬化問題。因為常使用的導線材質為銅金屬，要如何在不導電的聚亞醯胺基材上製作出微米線路，而不會出現銅膜與聚亞醯胺基材的附著力不佳及鬆散的金屬結構等問題，為目前軟性印刷電路板待克服的問題。 本研究利用全濕式的化學法，於聚亞醯胺基材上進行直接表面金屬化，使銅奈米顆粒沉積於聚亞醯胺表面上；再以此銅奈米層為晶種層，進行無電電鍍銅使銅層增厚平坦化。根據實驗結果，經由二甲基胺硼烷還原出的銅奈米顆粒的催化活性並不佳，因此吾人藉由電鍍中所使用的化學添加劑，將添加劑加入還原劑中，使銅奈米顆粒於還原過程中被修飾，銅顆粒大小變得較小且均一，後續無電鍍銅的沉積速率也因而提升，於附著性與導電性測試皆良好；由此可知，這些化學添加劑於化學修飾的聚亞醯胺上，對奈米金屬顆粒的生成具有相當大的影響。上述之系列樣品將以衰減式全反射傅立葉紅外光譜儀分析表面的化學變化，原子力顯微鏡分析銅奈米顆粒還原前後的表面型態變化，場發射掃描式電子顯微鏡分析銅奈米顆粒於聚亞醯胺表面的型態，穿透式電子顯微鏡分析試片截面的金屬分佈型態，能量散佈光譜儀分析表面元素，進而研究其後續應用與開發。誌謝 i 摘要 ii Abstract iii 目次 iv 表目次 vii 圖目次 viii 第一章 緒論 1 第一節 前言 1 第二節 印刷電路板 2 一、 硬板 2 二、 軟板 2 第三節 聚亞醯胺基材簡介 8 第二章 文獻與理論回顧 10 第一節 聚亞醯胺軟性印刷電路板 10 一、 具接著劑型聚亞醯胺軟板(3L-FCCL) 11 二、 無接著劑型聚亞醯胺軟板(2L-FCCL) 12 三、 表面改質型聚亞醯胺軟性基板 15 第二節 表面改質型聚亞醯胺軟性基板 20 一、 聚亞醯胺表面開環處理 20 二、 聚亞醯胺表面奈米金屬化 23 三、 黏著機制 25 第三節 無電鍍 27 一、 無電鍍銅 27 二、 無電鍍銅鍍液的組成與特性 28 三、 無電鍍銅之化學反應式與反應機制 31 第四節 化學添加劑簡介 33 一、 無機添加劑 33 二、 有機添加劑 35 第三章 研究動機 39 第四章 實驗藥品與實驗步驟、裝置 40 第一節 實驗藥品 40 第二節 實驗步驟 41 一、 聚亞醯胺膜表面奈米金屬化 41 二、 無電鍍銅鍍液配置 41 第三節 實驗裝置 44 一、 金相顯微鏡 44 二、 場發射掃描式電子顯微鏡/能量散佈光譜儀 45 三、 穿透式電子顯微鏡 47 四、 衰減式全反射傅立葉紅外光譜儀 49 五、 紫外光/可見光吸收光譜儀 51 六、 原子力顯微鏡 52 七、 X光光電子能譜儀 54 八、 掠角X光繞射儀 56 第五章 實驗結果與討論 58 第一節 聚亞醯胺經由KOH處理的表面開環程度探討 58 一、 ATR-FTIR光譜分析 58 二、 XPS能譜分析 65 第二節 聚亞醯胺表面奈米金屬化探討 68 一、 ATR-FTIR光譜分析 68 二、 XPS能譜分析 70 第三節 聚亞醯胺表面奈米金屬銅之特性分析 73 一、 奈米金屬銅特性分析(UV-vis) 73 二、 奈米金屬銅的SEM與AFM表面型態分析 76 三、 比較不同還原方式進行奈米金屬化之結果分析 81 第四節 化學添加劑對於聚亞醯胺表面奈米金屬銅之特性分析 87 一、 化學添加劑對於表面奈米金屬銅的影響 87 二、 特別的化學添加劑對於表面奈米金屬銅的影響 90 三、 特別的化學添加劑對於表面奈米金屬銅的改質機制探討 94 第五節 聚亞醯胺表面奈米金屬化後無電鍍銅實驗 102 一、 還原劑不加入添加劑進行還原 102 二、 還原劑加入添加劑A進行還原 110 第六章 結論 119 第七章 未來研究項目 121 第八章 參考文獻 123 附錄 JCPDS資料庫 12