隨著電子產品朝向輕、薄、短、小及多功的發展，晶片及封裝功能也日益增多，所以高密度基板的需求將無可避免，而其中線寬線距的縮小已成為一大挑戰。根據ITRS Roadmap 預估，2016年後增層基板的線寬線距需求將縮小至6μm 以下，而日本PCB 的Roadmap 規劃在2016年要達到5μm。傳統基板細線化金屬製程綜合整理如圖一(a)所示，首先以濺鍍或化學電鍍方法在非導體的高分子基板上製作導電Seed Layer ，然後以黃光微影方式定義出金屬線路圖案，接著以電鍍方式製作金屬線路，最後再以化學蝕刻方式將其他區域的Seed Layer 去除。整體流程步驟繁多，所使用的化學藥劑多是具危害性的酸、鹼、氧化劑及重金屬鍍液，使基板製造成為高污染且耗水耗電的產業。

近幾年因全球暖化及資源日益缺乏（如能源及水）的問題，於是興起綠色製造的概念，利用簡化或創新製程來兼顧節能及降低環境污染，又能維持成本優勢。在金屬線路製作方面，其中一個想法就是直寫式金屬線路製程，如以網印或噴印方式直接在高分子基板上進行金屬線路製作。網印或噴印的製作流程如圖一(b)，與前述傳統製程比較，製程步驟減少，且所耗用的材料也較少，整體而言是符合前述的綠色製程。

細線化噴印技術
近年因軟性電子及Roll-to-Roll 製程的興起，噴印製程成為許多研究者的興趣。現有商用機台最小噴印液滴量約為pL (10^-12 L)，換算成液滴的尺寸大小約在10μm，所以能製作的線寬絕無法小於10μm。但目前有研究以Electrohydrodynamic方式配合超微小噴印嘴（開孔直徑小於1μm）及粒徑為2~3 nm的奈米銀墨水來製作fL (10^-15 L)體積的液滴，如此噴印線路尺寸最小可達2μm，可應用於軟性電晶體上的金屬線路製作（圖二）。但由於液滴體積太小及奈米銀墨水的固含量無法太大，所以單次噴印所得金屬線高度僅有30 nm，需噴印到20次才能達到600 nm，並在130℃烘烤1小時後，電阻率可達到25μΩ-cm。此外，AIST 也在2007年IEEE Polytronic 研討會發表以Sub-fL 液滴製作1μm線寬的金屬線路（圖三），特別的是，他們展示了經由多次噴印後可形成線寬2μm、厚度2.5μm的金屬線路及製作10μm直徑的Micro-bump 。

圖三、(a)噴印1μm 線寬圖案；(b)噴印 10μm直徑微凸塊

雷射細線化製程
除了噴印直寫的方法外，另一個直寫金屬製程就是雷射直寫。雷射直寫隨著雷射反應機制不同，可分為雷射光還原法、雷射光剝離法及雷射退火法。以下將介紹此三種方式目前的進展及其優缺點。
1. 雷射光還原法
早在90年代就有以氬或Nd-YAG 雷射直接還原金屬鹽類而形成金屬導線，但這些方法因熱擴散、表面粗糙度、速度慢及附著力問題，最終無法應用於高分子基板的金屬線路製作。近幾年因飛秒雷射加工的興起，所以改用飛秒雷射進行光還原反應而得到細線化金屬線路。此類光還原反應因利用飛秒雷射的雙光子吸收效應，所以能降低熱擴散的問題。2003 年Kaneko 發表利用飛秒雷射，將PVA 薄膜中的金離子還原成金而形成金屬線路。

在2006年Tanaka 發表直接在硝酸銀水溶液製作二維及三維的金屬結構，所製作的金屬線路尺寸最小可達1μm、厚度亦可達到1μm、導電度可達5.3×10^-8Ω-m（圖五）。2008年Maruo 發表含硝酸銀的PVP 薄膜，可製作線寬1.7μm、導電度為3.48×10^-7Ω-m的銀線路（圖六）。

3. 雷射退火
此方法是因近年奈米金屬粒子技術興起而產生，首先發現5 nm 的奈米金可經由488 nm 或514 nm 氬雷射照射熔融而形成導電線路，導電度為1.4 × 10^-7 Ω-m。之後有研究者利用熔融前後的奈米粒子對基材附著力的不同製作線路，流程如圖九(a)所示。將其應用於高分子基材上OTFT 上電極的製作，可製作出線寬為6μm、線距為1.5μm、厚度為80 nm 的金屬線路（圖九(b)）。此法相較於前述飛秒雷射加工及還原方法而言，雖然線寬較難微縮至1μm，但利用奈米金屬油墨製作出的線路平整性較佳且附著力也較易控制，更重要的是，不需使用脈衝雷射即可應用於高分子基材上。除此之外，文獻也指出此法雷射退火的深度可達1μm，如此與噴印法相比就具競爭力……詳細全文請見原文

圖九、(a)雷射退火製作線路流程；(b)形成細線寬線距線路

作者：汪若蕙、鄭伊廷、張高德 / 工研院奈米中心
★本文節錄自「工業材料雜誌277期」，更多資料請見：http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8286