利用微觸印刷(Microcontact Printing; μCP)的方式製作導線的圖案，此技術是以圖章(Stamp)沾附活化液後轉印到基板上，之後再以無電鍍(Electroless Plating)的方式在預定活化點位置鋪設金屬導電層。這個方式的優點是導線的特性接近銅箔，與傳統製程比較，不需要每一工件使用到光阻及黃光微影，也沒有後續蝕刻作業的污染；與一般印刷電子相較，一方面保有Bottom-up的減廢優勢，另一方面既不需考慮奈米粒子的合成及分散，也不需要經由升溫燒結烘烤來保障導電度。
多數的研究使用聚二甲基矽氧烷(PDMS)作為圖章的材料，PDMS由於質地柔軟，彈性模數僅約1~3 MPa，圖案複製與解析性能優異，表面能相當低（約21 mN/m），因此非常適合作為捐方(Donor)轉印油墨(Ink)的圖章材料。但是由於表面疏水(Hydrophobic)的特性，無法以PDMS圖章直接轉移帶有極性(Polar)的觸媒金屬。於是未經親水性(Hydrophilic)表面修飾的PDMS，只能先轉移非極性(Apolar)的矽氧烷(Silane)形成自組裝單層(Self Assembly Monolayer; SAM)，再以吸附的方式來定義出金屬所在的圖案，如圖一所示。
圖一、使用微觸印刷法進行圖案金屬化的流程示意
PDMS圖章的親水性表面修飾
如果圖章可以攜帶極性的溶液及觸媒，以上圖案不全或缺陷的問題即可獲得紓解。亦即直接在基板上定義活性區，再接續觸發金屬的沉積即可。PDMS的親水性的表面修飾大致可歸納為以下幾種做法。
3. 電漿活化接枝法
電漿活化接枝法(Plasma Activated Grafting)也稱為電漿活化固定法(Plasma Activated Immobilization)。其乃是透過化學接枝將親水性的化合物接上去，由於多了化學鍵結，效果通常較前兩種方法穩定且持久。使用電漿先將表面活化使其富含自由基(Free Radical)，再轉移浸泡到要接上去的化合物溶液中：例如聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇矽氧烷(PEG Silane)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、甲基丙烯酸2-羥基乙酯(HEMA)、或甚至乙腈(Acetonitrile)等長鏈分子，如圖二所示。
4. 化學氣相沉積法
化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition; CVD)與前節的表面啟動聚合反應法(SIP)相當類似，液相的反應改由氣相沉積的方式，過程也多加入電漿來輔助增強效果(Plasma Enhanced)，預期可建立更加穩定持久的化學鍵結。使用的起始化合物(Precursor)也大多類似：諸如聚環氧乙烷(Polyethylene Oxide; PEO)、烯丙基胺(Allylamine)及丙烯酸等，由於多由電漿觸發聚合反應的發生，也稱之為電漿聚合法(Plasma Polymerization)。
平版式圖章的微觸印刷
上文中的電漿活化接枝法、化學氣相沉積法及離子束輻射法均可透過遮罩達成選擇性區域改質的目的，這對圖案金屬化的實施上開了一扇方便門，既能賦與PDMS局部帶墨的能力，就可以免去製作凹凸起伏的形貌(Topographical)來定義油墨的接觸點，也就是說可以免去雕刻精密模具(Master Mold)在時間及金錢上的耗費，使得微觸印刷工業化的進展，又向前推了一大步。
使用凹凸起伏的形貌來定義油墨的接觸點有很多的缺點。首先PDMS柔軟的特性構成與基板密合接觸(Conformal Contact)的要件，然而柔軟也容易造成圖章①屈曲(Buckling)或偏移(Shifting)；②塌陷(Roof Collapse)；③Void位置溶劑的擴散(Diffusion)等狀況，如圖八的示意，因此對挑戰Sub 100 nm的解析度轉印形成困難。解決這個問題最直截了當的做法就是…....以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、PDMS機械強度不足造成圖案再現性的問題(a)Buckling；(b)Collapse；(c)Diffusion
作者：謝宏元 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」370期，更多資料請見下方附檔。