TWI401205B - 利用光熱效應製作應用基板的方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具有特定表面結構基板之製作方法，特別是一種利用光熱效應製作應用基板的方法。
目前在製作較為精密或規則性之表面微/奈米結構之主要方式有光學微影技術(photolithography)及奈米壓印技術(nano－imprinting lithography；NIL)等。雖然光學微影技術目前已經廣泛應用在半導體製程上，但是其具有蝕刻非等向性(anisotropy)及選擇性(selectivity)等問題，並且於製程過程中需考慮許多重要製程參數，例如：光罩的精確性、蝕刻速率(etching rate)及均勻性(uniformity)等，整體而言，製程過程較為複雜，再者其成本也相對較高。就奈米壓印技術來說，雖然利用奈米壓印技術可製作到奈米級結構，且已存在有不需光阻直接壓印之技術，但是其具有模具價格昂貴、不易製作大面積、脫模時易損害微結構等問題。
在印刷電路板(PCB)的製程其中有一道製程為金手指(gold finger，或稱edge connector)其設計的目的，在於藉由與連接器的插接作為板對外連絡的出口，因此須要金手指製程之所以選擇金是因為它優越的導電度及抗氧化性。但因為金的成本極高所以只應用於金手指的局部鍍金，如結合墊(bonding pad)等，但是在電鍍的過程當中需要有良好的參數調控，否則易產生其他金屬的污染、附著力不佳等狀況。
再者，以導體結構的製作來說，可分為減成法(subtractive process)與加成法(additive process)。減成法製程具有蝕刻液的配方與蝕刻角度之誤差會有殘銅等問題，所以其無法適用於細微的線路的製作。而加成法製程則需要使用光罩先來定義線路，再以諸如電漿濺鍍、電解電鍍或無電解電鍍等銅披覆製程製作出電路。整體而言，加成法製程所需製程流程繁複且成本較高。因此，進一步衍生出結合噴墨技術的導線製作方法。
目前結合噴墨技術的導線製作方法已經應用於製作軟性電路板上。傳統上係利用噴墨技術將低熔點導電油墨噴塗於有機板材上，以快速且低成本製作出具有導線之軟性電路板。但是，導電油墨需要利用高溫燒結成膜來形成導線並提高其導電度。於高溫燒結成膜的過程中，需使用約200℃的燒結溫度，並且燒結時間約30分鐘以上；於此過程中，容易造成板材與形成之導線間殘留熱應力。除了熱處理方法之外，另一方式則是利用紫外光(ultraviolet；UV)雷射進行燒結，但此方式容易對有機板材造成損壞。
鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種利用光熱效應製作應用基板的方法，藉以解決先前技術所存在製程複雜、成本較高且無法大面積及大量製作的問題。
本發明所揭露之利用光熱效應製作應用基板的方法，包括：提供一板材；分佈複數個奈米粒子於板材上；以特定波長之光線
照射奈米粒子使奈米粒子產生電漿共振效應而將光能轉換成熱能；以及藉由奈米粒子所產生的熱能於板材上形成相應於奈米粒子之表面結構。
於此，可藉由奈米粒子所產生的熱能於板材上形成對應於奈米粒子之複數個細微孔洞，並且於移除板材上的奈米粒子後即可獲得具有細微孔洞之應用基板。
其中，奈米粒子可直接分佈於板材上。亦可先將奈米粒子固定於透明基板上，再藉由透明基板將奈米粒子置於板材上。
再者，可藉由受該光線激發的該奈米粒子所產生的該熱能，使受激發的該奈米粒子與鄰近該奈米粒子融合成呈現既定圖案之奈米粒子材料薄層，以獲得具有既定圖案之應用基板。其中，當既定圖案為至少一導線的圖案時，可獲得具有導線之應用基板。而當既定圖案為至少一導體結構的圖案時，則可獲得具有導體結構之應用基板。
於此，奈米粒子可直接依照既定圖案分佈於板材上。然而亦可先整層遍布於板材上，而再將光線依照既定圖案於奈米粒子上行走以照射並激發奈米粒子，致使其與鄰近奈米粒子形成表面融合，然後將未融合的奈米粒子移除以得到呈現既定圖案的奈米粒子材料薄層。
綜上所述，利用根據本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法，製作應用基板，其不需光罩、整體流程較為簡單、成本低、且易於大面積及大量製作。並且，於大面積或大量製作時，可避開特定製程步驟所需之設備機台及其技術，以降低製程成本。其
中，於具有既定圖案之應用基板的製作上，更可以減低殘留應力、增加與基板的附著性，並且降低熱功率，進而降低能源之損耗。
本發明主要是利用表面電漿共振(surface plasmon resonance；SPR)的原理，使奈米粒子因光照而被激發，並且被激發的奈米粒子會將照射光線所提供的光能轉換為熱能，進而藉由產生之熱能形成表面結構，以產生具有特定表面結構(例如：但不侷限於此，細微孔洞、既定圖案之薄層)之應用基板。其中，表面電漿共振的原理係為當貴金屬(precious metal)粒子粒徑遠小於入射光波長時，表面電子因受到入射光的激發，引發集體式的偶極振盪，造成表面電子偏極化現象，並且讓粒子表面自由電子產生共振的現象。因此，表面電漿共振效應可使貴金屬粒子所吸收的光能快速轉變為熱能。
於本案中所定義的「光熱效應」係為奈米粒子受到特定波長光源照射之後，由於表面電漿共振效應而將吸收之光能轉為熱能。
參照「第1圖」，係顯示根據本發明一實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法。
提供一板材(步驟10)。其中，板材的材質可為(但非本發明之限制)有機材料、無機材料(例如：玻璃、金屬、或陶瓷等)、或複合材料等材質。
然後，於板材上分佈複數個奈米粒子(步驟30)。其中，此些奈米粒子為會產生表面電漿共振並引發光熱效應之材料。其中，奈米粒子可為金屬奈米粒子，即其材質包括諸如(但非本發明之
限制)金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、鎘(Cd)、碲(Te)、硒化鎘(CdSe)或其組合等金屬材料。於此，奈米粒子可以下列形態呈現：由不同材質或相同材質的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、由不同粒徑的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、或藉由表面修飾將金屬奈米粒子鍵結於粒徑較大的粒子的表面而形成之大尺寸的粒子結構(例如：奈米或微米等級的金屬粒子表面鍵結較小的奈米粒子、奈米或微米等級的二氧化矽(SiO2
)的表面鍵結有奈米粒子、碳管表面鍵結有奈米粒子等)。於此，所使用的奈米粒子的粒徑可遠小於用以激發之光線的波長。並且，奈米粒子的粒徑可小於500 nm(奈米)。此外，奈米粒子的形狀並不受限制，其可為諸如球狀、橢圓狀、三角狀、長條狀、棒狀、星狀或其他不規則形狀等各種立體幾何形狀。
於此，所使用的奈米粒子可為相同粒徑，亦可將不同粒徑的奈米粒子混合使用。再者，所使用的奈米粒子可為相同材質，亦可將不同材質的奈米粒子混合使用。此外，所使用的奈米粒子可為相同形狀，亦可將不同形狀的奈米粒子混合使用。
以特定波長之光線照射奈米粒子致使奈米粒子將光線之光能轉換成熱能(步驟50)。於此，奈米粒子照射光線的既定時間可依據諸如板材的表面材料(即接觸奈米粒子的表面的材質)、奈米粒子的材料、奈米粒子的粒徑、照射光線的種類(例如：但不侷限於此，光線類別和波長等)和照射光線的強度(例如：但不侷限於此，功率等)等製程參數而決定。
進而藉由產生的熱能於板材上形成相應於奈米粒子之表面結
構(步驟70)。
如此，即可獲得具有特定表面結構(例如：但不侷限於此，細微孔洞、既定圖案之薄層等)的應用基板。
「第2圖」係顯示不同材質之奈米粒子在不同波長光源照射下會在特定波段產生表面電漿共振，進而轉成熱能輸出之現象。其中，縱軸為總吸收率與熱產生量的比值，橫軸為波長，奈米粒子的粒徑(RNP
)為60 nm，且光源能量密度(I0
)為5×104
W/cm2
。於此，金奈米粒子周圍介質之介電常數(ε o)等同於水的介電常數(ε water)，即為1.8。
參照「第2圖」，相對於CdSe奈米粒子和CdTe奈米粒子，Ag奈米粒子和Au奈米粒子會在特定波長(即，SPR吸收波段)有較大熱量產生。
光熱效應的強弱與表面電漿共振的吸收強度有關，而表面電漿共振效應則會與粒子尺寸、形狀甚至是不同粒子間彼此的作用程度有關。
「第3圖」係顯示不同粒徑的單顆金奈米粒子於水中之光熱效應的現象。其中，縱軸係為升溫量，橫軸係為光源能量密度，線條L1－L6依序分別表示粒徑為100 nm、50 nm、40 nm、30 nm、20 nm和10 nm的金奈米粒子，且激發光源的波長(λexcitation
)為520 nm。
參照「第3圖」，若固定其光源能量密度時，越大粒徑的奈米粒子會有越佳的升溫效果。
另外，在不同形式的奈米材料(例如：奈米粒子、奈米線、奈米管等)都可觀察到融點降低的現象。一般而言，相同材料的物質，其熔點在奈米尺度時會比巨觀下的塊材低許多。融點的改變主要是由於奈米尺度下可擁有較大的比表面積，使得它們的熱力學與熱學性質產生巨大的改變。
參照「第4圖」，以金奈米粒子而言，其粒徑小於5奈米時，融點即會急遽地下降。
因此，在利用奈米粒子之光熱效應形成微細孔洞時要考慮板材的融點溫度以及裂解溫度來選擇適當的奈米粒徑。
再者，於利用奈米粒子之光熱效應形成既定圖案之薄層上，由於小粒徑的奈米粒子的發熱量較低，而大粒徑的奈米粒子的融點由較高，因此為了增加奈米粒子的融合效果(即，有效地融合成既定圖案)，可摻混大粒徑的奈米粒子與小粒徑的奈米粒子來使用，以藉由小粒徑的奈米粒子融合並連接大粒徑的奈米粒子而形成既定圖案之導體，並且可藉由融熔的奈米粒子與板材之間形成有較佳的附著力。
參照「第5A至5E圖」，係顯示根據本發明一實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法。
首先，提供一板材112，如「第5A圖」所示。其中，所用之板材可為(但非本發明之限制)有機材料、無機材料(例如：玻璃、金屬、陶瓷等)、或複合材料等材質。
於板材112上分佈複數個奈米粒子130，如「第5B圖」所示。其中，奈米粒子可為金屬奈米粒子，即其材質包括諸如(但非本
發明之限制)金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、鎘(Cd)、碲(Te)、硒化鎘(CdSe)或其組合等金屬材料。於此，奈米粒子的形態可為由不同材質或相同材質的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、由不同粒徑的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、或是可藉由表面修飾將金屬奈米粒子鍵結於粒徑較大的粒子的表面而形成之大尺寸的粒子結構(例如：奈米或微米等級的金屬粒子表面鍵結較小的奈米粒子、奈米或微米等級的SiO2
表面鍵結有奈米粒子、碳管表面鍵結有奈米粒子等)。
於此，所使用的奈米粒子可為相同粒徑，亦可將不同粒徑的奈米粒子混合使用。再者，所使用的奈米粒子可為相同材質，亦可將不同材質的奈米粒子混合使用。此外，所使用的奈米粒子可為相同形狀，亦可將不同形狀的奈米粒子混合使用。
然後，以特定波長之光線150照射板材112上的奈米粒子130，以激發奈米粒子130使奈米粒子130將光線150所提供之光能轉換成熱能，如「第5C圖」所示。此時，可將光線持續照射奈米粒子一既定時間。舉例來說，但不侷限於此，使特定波長之光線照射奈米粒子約5秒以上。
藉由奈米粒子130因光線照射而所產生的熱能於板材112上形成對應於奈米粒子130之複數個細微孔洞116，如「第5D圖」所示。
最後，將板材112上之奈米粒子130移除，即得到具有細微孔洞116之應用基板110，如「第5E圖」所示。
此外，奈米粒子130不限於如「第5B圖」所示之直接散佈在
板材112上，亦可先將奈米粒子130固定於一透明基板102上，如「第6A圖」所示。此透明基板102的材質可為可固定奈米粒子之任意透明材質，例如：玻璃或石英等。於此，所使用的奈米粒子可為相同粒徑，亦可將不同粒徑的奈米粒子混合使用。再者，所使用的奈米粒子可為相同材質，亦可將不同材質的奈米粒子混合使用。此外，所使用的奈米粒子可為相同形狀，亦可將不同形狀的奈米粒子混合使用。其中，可利用噴印、旋佈、或塗佈等方式將奈米粒子130分佈於透明基板102上。可依據透明基板的材質(例如：金屬材料、無機材料、有機材料、複合材料)，針對透明基板的特性利用物理方式或化學方式將奈米粒子130固定於透明基板102上。物理方式可利用靜電吸附、離子吸附、或凡得瓦力使奈米粒子130固定於透明基板102的表面。在化學方式上，可於透明基板102的表面上形成自組裝單分子膜(self－assembly monolayer)，藉以固定奈米粒子130。再者，抑可透過進行奈米粒子130和/或透明基板102的表面改質藉以利用化學鍵(例如：離子鍵或共價鍵等)鍵結的方式將奈米粒子130固定於透明基板102上。而於奈米粒子的表面改質和/或是透明基板102的表面的表面改質後，於其表面所形成的官能基可為N－羥基丁二硫亞氨基(N－hydroxy succinimide(NHS)group)、胺基(amino group)、醛基(aldehyde guoup)、環氧基(epoxy group)、羰基(carboxyl group)、羥基(hydroxyl group)、醯基(acyl group)、乙醯基(acetyl group)、亞肼基(hydrazono)、疏水基(hydrophobic group)、硫醇基(thiol group)、光敏基(photoreactive group)、半胱氨酸基(cysteine
group)、二硫基(disulfide group)、鹵化烷基(alkyl halide group)、鹵化醯基(acyl halide group)、疊氮基(azide group)、磷酸基(phosphate group)、或其組合等。
再將透明基板102固定有奈米粒子130的一側與板材112欲形成細微孔洞的表面接觸，致使奈米粒子130分佈於板材112上，換言之，奈米粒子130會夾於透明基板102和板材112之間，如「第6B圖」所示。
然後以特定波長之光線150透過透明基板102照射奈米粒子130，以激發奈米粒子130致使奈米粒子130將光線150所提供之光能轉換成熱能，如「第6C圖」所示。此時，可以特定波長之光線照射奈米粒子一既定時間。舉例來說，但不侷限於此，可以特定波長之光線照射奈米粒子約5秒以上。
藉由奈米粒子130因光線照射而產生的熱能於板材112上形成對應於奈米粒子130之複數個細微孔洞116，如「第6D圖」所示。
最後，將板材112上的透明基板102移除，即得到具有細微孔洞116之應用基板110，如「第5E圖」所示。於透明基板102移除時，由於奈米粒子130係固定於透明基板102，因此奈米粒子130會與透明基板102一併移除。此外，於透明基板102移除後，還可進一步透過諸如溶液(例如：但不侷限於此，水或清潔液等)清洗或風吹等方式清潔板材112的表面，以將殘留的奈米粒子130和/或沾於其上的灰塵等雜質清除掉，以利後續使用。
其中，板材112可透過下列步驟形成。先提供一基底113，如
「第7A圖」所示。再利用融點低於或等於奈米粒子130所產生的熱能之材料於基底113上形成一層低融點材料層114，如「第7B圖」所示。此時，則將奈米粒子130分佈於低融點材料層114的表面上，如「第8圖」所示。其中，基底113的材質可為有機材料、無機材料(例如：玻璃、金屬、陶瓷等)或複合材料等材質。低融點材料層114可由融點低於或等於奈米粒子130所產生的熱能(即低於或等於奈米粒子因產生熱能而致使本身溫度上升後而形成的溫度)的材料所製成。其中低融點材料層114的材質可為有機材料、無機材料、或複合材料等材質。可使用的有機材料諸如有(但非本發明之限制)聚氨酯(polyurethane；PU)、或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)等聚合物。可使用的無機材料諸如有(但非本發明之限制)聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane；PDMS)等聚合物。
換言之，板材112至少於其接觸奈米粒子130的表面的材料會具有低於或等於奈米粒子130所產生的熱能的融點。換言之，板材的表面融點可低於或等於奈米粒子所形成的溫度。
實例一
以金奈米粒子為例，將粒徑約20 nm的金奈米粒子固定透明基板上，然後置於高分子材料之板材的表面上。其中金奈米粒子會接觸板材的表面。將波長532 nm的綠光雷射透過透明基板照射金奈米粒子約15秒(照射時間與奈米粒子的材料、奈米粒子的尺寸、奈米粒子的濃度、雷射種類、雷射強度等因素有關)，以激發板材上的金奈米粒子。此時，金奈米粒子於綠光雷射照射的15秒
內可產生高達約200℃的熱能。於綠光雷射照射完成後，將板材上的透明基板和金奈米粒子移除以獲得具有細微孔洞之應用基板。於此，利用原子力顯微鏡(atomic force microscopy；AFM)觀察照射綠光雷射前之具有金奈米粒子的板材表面，可觀察到如「第9A圖」所示之表面結構。同樣地，利用原子力顯微鏡觀察獲得之應用基板，可觀察到如「第9B圖」所示之表面結構。並且，由「第9A和9B圖」可發現，根據本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法所獲得的應用基板，其表面具有許多細微孔洞。
再者，提供三種板材(為方便說明，以下分別稱為板材1、板材2和板材3)。板材1係由玻璃材質之基底和PU材質之低融點材料層所構成，板材2係由玻璃材質之基底和PMMA/乙醇(ethanol)材質之低融點材料層所構成，且板材3係由玻璃材質之基底和PDMS材質之低融點材料層所構成。於此，先利用原子力顯微鏡觀察板材1、板材2和板材3的低融點材料層表面，可分別觀察到如「第10A、10B和10C圖」所示之表面結構。
於此，將粒徑約20 nm的金奈米粒子固定於透明基板，並且將金奈米粒子置於板材的低融點材料層表面上。然後分別依據下述參數製作3種具有細微孔洞之應用基板(為方便說明，以下分別稱為應用基板1、應用基板2和應用基板3)，並以原子力顯微鏡觀察之。
實例二
以波長532 nm且功率100mW(毫瓦)的綠光雷射透過透明基板照射置於板材1上的金奈米粒子約10分鐘左右(照射時間與
奈米粒子的材料、奈米粒子的尺寸、奈米粒子的濃度、雷射種類、雷射強度等因素有關)，並且於照射完成後將透明基板和金奈米粒子移除以獲得應用基板1。於此，利用原子力顯微鏡觀察於照射綠光雷射前具有金奈米粒子的板材與雷射照射後所得到之應用基板1，可分別觀察到如「第11A和11B圖」所示之表面狀態。
實例三
以波長514.5 nm且功率1W(瓦)的綠光雷射透過透明基板照射板材2上的金奈米粒子約20分鐘，並且於照射完成後將透明基板和金奈米粒子移除以獲得應用基板2。於此，利用原子力顯微鏡觀察於照射綠光雷射前具有金奈米粒子的板材與雷射照射後所得到之應用基板2，可分別觀察到如「第12A和12B圖」所示之表面狀態。
實例四
以波長514.5 nm且功率2W的綠光雷射透過透明基板照射置於板材3上的金奈米粒子約40分鐘，並且於照射完成後將透明基板和金奈米粒子移除以獲得應用基板3。於此，利用原子力顯微鏡觀察於照射綠光雷射前具有金奈米粒子的板材與雷射照射後所得到之應用基板3，可分別觀察到如「第13A和13B圖」所示之表面狀態。
再者，將粒徑約60 nm的金奈米粒子固定於透明基板，並且將金奈米粒子置於板材的低融點材料層表面上。然後分別依據下述參數製作2種具有細微孔洞之應用基板(為方便說明，以下分別稱為應用基板4和應用基板5)，並以原子力顯微鏡觀察之。
實例五
以波長514.5 nm且功率2W的綠光雷射透過透明基板照射置於板材1上的金奈米粒子約40分鐘，並且於照射完成後將透明基板和金奈米粒子移除以獲得應用基板4。於此，利用原子力顯微鏡觀察於照射綠光雷射前具有金奈米粒子的板材與雷射照射後所得到之應用基板4，可分別觀察到如「第14A和14B圖」所示之表面狀態。
實例六
以波長514.5 nm且功率2W的綠光雷射透過透明基板照射置於板材3上的金奈米粒子約40分鐘，並且於照射完成後將透明基板和金奈米粒子移除以獲得應用基板5。於此，利用原子力顯微鏡觀察於照射綠光雷射前具有金奈米粒子的板材與雷射照射後所得到之應用基板5，可分別觀察到如「第15A和15B圖」所示之表面狀態。
參照「第16A至16D圖」，係顯示根據本發明一實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法。
首先，提供一板材112，如「第16A圖」所示。
根據至少一既定圖案170於板材112上分佈複數個奈米粒子130，如「第16B圖」所示。其中，此些奈米粒子可為會產生表面電漿共振並引發光熱效應之材料，例如：(但非本發明之限制)金、銅、銀、鎘、碲、硒化鎘或其組合等金屬。於此，奈米粒子的形態可為由不同材質或相同材質的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、由不同粒徑的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、或是藉由表
面修飾將金屬奈米粒子鍵結於粒徑較大的粒子的表面而形成之大尺寸的粒子結構(例如：奈米或微米等級的金屬粒子表面鍵結較小的奈米粒子、奈米或微米等級的SiO2
表面鍵結有奈米粒子、碳管表面鍵結有奈米粒子等)。
於此，所使用的奈米粒子可為相同粒徑，亦可將不同粒徑的奈米粒子混合使用。再者，所使用的奈米粒子可為相同材質，亦可將不同材質的奈米粒子混合使用。此外，所使用的奈米粒子可為相同形狀，亦可將不同形狀的奈米粒子混合使用。
並且，可藉由(但非本發明之限制)噴印、旋佈、塗佈、共價鍵結等方式將奈米粒子130固定於板材112上。其中，可依據板材的材質(例如：金屬材料、無機材料、有機材料、複合材料)，針對板材的特性利用物理方式或化學方式將奈米粒子固定於板材上。舉例來說，在物理方式上，可利用電漿(Plasma)處理，在電子的衝擊下使板材的表面粗糙化藉以固定奈米粒子；在化學方式上，可於板材需要形成既定圖案的表面形成自組裝單分子膜，藉以利用自組裝單分子膜來固定奈米粒子。再者，抑可透過實施奈米粒子或是板材欲形成既定圖案的表面的表面改質，藉以利用化學鍵(例如：離子鍵或共價鍵等)鍵結的方式將奈米粒子予以固定於板材上。而於奈米粒子的表面改質或是板材欲形成既定圖案的表面的表面改質後，其表面所形成的官能基可為N－羥基丁二硫亞氨基、胺基、醛基、環氧基、羰基、羥基、醯基、乙醯基、亞肼基、疏水基、硫醇基、光敏基、半胱氨酸基、二硫基、鹵化烷基、鹵化醯基、疊氮基、磷酸基、或其組合等。
然後，以特定波長之光線150照射板材112上的奈米粒子130，以激發奈米粒子130，致使奈米粒子130將光線150所提供之光能轉換成熱能，如「第16C圖」所示。此時，可將光線持續照射奈米粒子一既定時間。舉例來說，但不侷限於此，可以特定波長之光線照射奈米粒子約5秒以上。
藉由受該光線激發的該奈米粒子130所產生的該熱能，將板材上受激發的該奈米粒子與鄰近該奈米粒子融合成呈現既定圖案170之奈米粒子材料薄層，即獲得具有既定圖案之應用基板110，如「第16D和17圖」所示。
於此，奈米粒子130的材質可包括金屬材料(即金屬奈米粒子)。此時，呈現的既定圖案的已融合的奈米粒子132即可作為導線和/或導體結構，即奈米粒子材料薄層可為導線和/或導體結構等圖案。
並且，在適當地選擇板材之材料下，即可將所得到之具有既定圖案之導線或導體結構的應用基板做為電路板使用。換言之，奈米粒子的材料具有低於或等於其所產生的熱能的融點。
此外，所獲得之應用基板在後續使用前可先經過一道清潔步驟，以將未固定之奈米粒子、未固定之已融合的奈米粒子、和/或應用基板表面上的雜質移除掉。於此，可透過諸如溶液(例如：但不侷限於此，水或清潔液等)清洗或風吹等方式來清潔應用基板。
實例七
以金奈米粒子為例，將粒徑約20 nm的金奈米粒子依據既定
圖案分佈於有機材料(但不侷限於此)之板材上。然後，經由波長532 nm的綠光雷射照射板材上的金奈米粒子約15秒，此時，金奈米粒子於綠光雷射照射的15秒內可產生高達約200℃的熱能，以造成金奈米粒子的表面相互融合且固定於板材上。於綠光雷射照射完成後，即可獲得具有既定圖案之應用基板。於此，利用原子力顯微鏡觀察照射綠光雷射前之其上具有金奈米粒子的板材表面，可觀察到如「第18A圖」所示之表面結構。同樣地，利用原子力顯微鏡察獲得之應用基板，可觀察到如「第18B圖」所示之表面結構。並且，由「第18A和18B圖」可發現，根據本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法所獲得的應用基板，於其表面上之奈米粒子已相互融合在一起。
在另一實施例中，亦可遍佈一整層的奈米粒子130於板材112欲形成表面結構的表面上，如「第19A圖」所示。其中，此些奈米粒子可為會產生表面電漿共振並引發光熱效應之材料，例如：(但非本發明之限制)金、銅、銀、鎘、碲、硒化鎘或其組合等金屬。於此，奈米粒子的形態可為由不同材質或相同材質的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、由不同粒徑的金屬小粒子所聚集而成的大粒子、或是藉由表面修飾將金屬奈米粒子鍵結於粒徑較大的粒子的表面而形成之大尺寸的粒子結構(例如：奈米或微米等級的金屬粒子表面鍵結較小的奈米粒子、奈米或微米等級的SiO2
表面鍵結有奈米粒子、碳管表面鍵結有奈米粒子等)。
於此，所使用的奈米粒子可為相同粒徑，亦可將不同粒徑的奈米粒子混合使用。再者，所使用的奈米粒子可為相同材質，亦
可將不同材質的奈米粒子混合使用。此外，所使用的奈米粒子可為相同形狀，亦可將不同形狀的奈米粒子混合使用。
並且，可藉由(但非本發明之限制)噴印、旋佈、塗佈等方式將奈米粒子130分佈於板材112上。其中，可以溶液狀態將奈米粒子130分佈於板材112的表面上。
然後，以特定波長的一束光線150照射板材112上的奈米粒子130，並且依照所欲形成的既定圖案移動產生光線150的光源，使光線150於奈米粒子130上行走，以激發欲形成既定圖案之位置上的奈米粒子130，如「第19B和20圖」所示。於此，受激發的奈米粒子130會將光線150所提供之光能轉換成熱能。其中，可將光線持續照射奈米粒子一既定時間。舉例來說，但不侷限於此，可以特定波長之光線照射奈米粒子約5秒以上。
藉由受激發的奈米粒子130所產生的熱能將板材112上受激發的奈米粒子130與鄰近的奈米粒子130相互融合，並且固定於板材112上，如「第19C和21圖」所示。換言之，受激發的奈米粒子130與鄰近的奈米粒子130形成表面融合，即板材112會具有未融合的奈米粒子130和已融合的奈米粒子132。
最後，將表面未與鄰近奈米粒子130融合的奈米粒子130移除，以形成呈現既定圖案170之奈米粒子材料薄層，即獲得其有既定圖案之應用基板110，如「第19D圖」所示。換言之，當未融合的奈米粒子130移除後，板材112的表面上即剩下已融合的奈米粒子132，並且由此些已融合的奈米粒子132呈現出既定圖案。於此，可透過諸如溶液(例如：但不侷限於此，水或清潔液
等)清洗或風吹等方式來將未融合的奈米粒子130自板材112上移除。
於此，奈米粒子130可使用金屬材料。此時，呈現的既定圖案的已融合的奈米粒子132即可作為導線和/或導體結構，即奈米粒子材料薄層可為導線和/或導體結構等圖案；換言之，即可得到具有導線和/或導體結構的應用基板。
舉例來說，當欲形成之表面結構(即既定圖案)為導線時，光線相應欲形成導線的位置而移動，以使板材上欲形成導線的位置上的奈米粒子受到光線的激發而相互融合，並且固定於板材上。將未融合的奈米粒子自板材上移除後，板材上則會具有成導線狀之已融合的奈米粒子(即上述之呈現既定圖案的奈米粒子材料薄層)，如此即得到由板材和已融合的奈米粒子所構成之具有既定圖案之應用基板。
同樣地，當欲形成之表面結構(即既定圖案)為導體結構時，光線相應欲形成導體結構的位置而移動，以使板材上欲形成導體結構的位置上的奈米粒子均受到光線的激發而相互融合，並且固定於板材上。將未融合的奈米粒子自板材上移除後，板材上則會具有成導體結構狀之已融合的奈米粒子(即上述之呈現既定圖案的奈米粒子材料薄層)，如此即得到由板材和已融合的奈米粒子所構成之具有既定圖案之應用基板。
並且，在適當地選擇板材之材料下，即可將所得到之具有導線或導體結構的應用基板做為電路板使用。換言之，奈米粒子的材料可具有低於或等於其所產生的熱能的融點。
實例八、九、十
以金奈米粒子(即奈米粒子的材質為金)為例，將溶液狀態之粒徑約8 nm至9 nm的金奈米粒子塗佈於玻璃材質之板材上。然後以不同功率的綠光雷射(波長514 nm)照射板材上的金奈米粒子，以激發金奈米粒子致使其與相鄰的金奈米粒子融合。在導電度測試上，1.8W之雷射，照射速率為1.25 mm/sec
照射後1.25 mm/sec
，板材表面的已融合的金奈米粒子的片電阻為約1.55Ω/sq；1.5W之雷射照射後，板材表面的已融合的金奈米粒子的片電阻為約5.21Ω/sq；以及，1.2W之雷射照射後，板材表面的已融合的金奈米粒子的片電阻為約9.02Ω/sq。並且，利用電子顯微鏡於22萬倍且9.7mm(公釐)的工作距離下觀察雷射照射前，表面具有金奈米粒子130的板材的二次電子影像(secondary electron image；SEI)，如「第22A圖」所示；利用電子顯微鏡於20萬倍且9.7mm的工作距離下觀察1.8W之雷射照射後，表面具有已融合的奈米粒子132的板材的二次電子影像，如「第22B圖」所示；利用電子顯微鏡於6萬5千倍且9.9mm的工作距離下觀察1.5W之雷射照射後，表面具有已融合的奈米粒子132的板材的二次電子影像，如「第22C圖」所示；以及，利用電子顯微鏡於14萬倍且9.9mm的工作距離下觀察1.2W之雷射照射後，表面具有已融合的奈米粒子132的板材的二次電子影像，如「第22D圖」所示。由此可見，根據本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法所獲得的應用基板，於其表面上之奈米粒子已相互融合在一起，並且已融合的奈米粒子可具有良好的導電度。
實施例十一
將粒徑分佈約在25nm之銀奈米粒子薄膜施以能量密度為159.2 W/mm2
之雷射(功率50mW、波長408 nm、光徑(beam size)20 μm)退火。其中，利用電子顯微鏡於8萬倍且10 mm(公釐)的工作距離下觀察雷射照射前，表面具有銀奈米粒子130的板材的二次電子影像(secondary electron image；SEI)，如「第23A圖」所示。經雷射退火後，銀奈米粒子明顯融熔並聚成較大之顆粒，其表面形態如「第23B圖」所示。並且，電阻率(resistivity)也從退火前阻值過大無法量測，經雷射退火後可降低至1.48×10－6
Ωm。
實施例十二
將粒徑分佈分別在40nm與120nm之銀奈米粒子薄膜施以能量密度為0.52 W/mm2
之雷射(功率50mW、波長408 nm、光徑350 μm)退火。其中，利用電子顯微鏡於10萬倍且10.1 mm(公釐)的工作距離下觀察雷射照射前，表面具有銀奈米粒子130的板材的二次電子影像(secondary electron image；SEI)，如「第24A圖」所示。經雷射退火後，小粒徑(40nm)的銀奈米粒子明顯融熔並填補於大粒徑(120nm)的奈米銀粒子間之空隙，其表面形態如「第24B圖」所示。而電阻率(resistivity)也從退火前9.21×10－5
(Ωm)，經雷射退火後可降低至3.04×10－7
(Ωm)。
綜上所述，利用根據本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法，製作應用基板，其不需光罩、整體流程較為簡單、成本低、且易於大面積及大量製作。並且，於大面積或大量製作時，可避
開特定製程步驟所需之設備機台及其技術，以降低製程成本。其中，於具有既定圖案之應用基板的製作上，更可以減低殘留應力、增加與基板的附著性，並且降低熱功率，進而降低能源之損耗。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
102‧‧‧透明基板
110‧‧‧應用基板
112‧‧‧板材
113‧‧‧基底
114‧‧‧低融點材料層
116‧‧‧細微孔洞
130‧‧‧奈米粒子
132‧‧‧已融合的奈米粒子
150‧‧‧光線
170‧‧‧既定圖案
第1圖係為根據本發明第一實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法的概要流程圖；第2圖係為不同材質的奈米粒子的光－熱轉換效率對光源波長的關係圖；第3圖係顯示不同粒徑的單顆金奈米粒子於水中之光熱效應的現象；第4圖係為金奈米粒子的粒徑對熔點的關係圖；第5A至5E圖係為根據本發明第二實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法的概要流程圖；第6A至6D圖係為根據本發明第三實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法的概要流程圖；第7A至7B圖係為於根據本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法中，一實施例之板材形成的概要流程圖；第8圖係為於根據本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法中，一實施例之分佈奈米粒子的截面示意圖；
第9A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第一實例之應用基板中，於照射雷射前，以原子力顯微鏡(AFM)觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第9B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第一實例之應用基板中，於照射雷射後，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第10A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，第一實例之板材於分佈奈米粒子前，以原子力顯微鏡所觀察得的表面結構顯微圖；第10B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，第二實例之板材於分佈奈米粒子前，以原子力顯微鏡所觀察得的表面結構顯微圖；第10C圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，第三實例之板材於分佈奈米粒子前，以原子力顯微鏡所觀察得的表面結構顯微圖；第11A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第二實例之應用基板中，於照射雷射前，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第11B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第二實例之應用基板中，於照射雷射後，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第12A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的
方法製作應用基板時，在第三實例之應用基板中，於照射雷射前，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第12B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第三實例之應用基板中，於照射雷射後，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第13A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第四實例之應用基板中，於照射雷射前，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第13B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第四實例之應用基板中，於照射雷射後，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第14A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第五實例之應用基板中，於照射雷射前，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第14B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第五實例之應用基板中，於照射雷射後，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第15A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第六實例之應用基板中，於照射雷射前，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第15B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第六實例之應用基板中，於照射雷射後，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；
第16A至16D圖係為根據本發明第四實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法的概要流程圖；第17圖係為對應「第16D圖」的俯視示意圖；第18A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第七實例之應用基板中，於照射雷射前，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第18B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，在第七實例之應用基板中，於照射雷射後，以原子力顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第19A至19D圖係為根據本發明第五實施例之利用光熱效應製作應用基板的方法的概要流程圖；第20圖係為對應「第19B圖」的概要截面圖；第21圖係為對應「第19C圖」的概要截面圖；第22A圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，相應於第八、九和十實例之應用基板，於照射雷射前，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第22B圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，於第八實例之應用基板中，於照射1.8W之雷射後，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第22C圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，於第九實例之應用基板中，於照射1.5W之雷射後，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；
第22D圖係為於基於本發明之利用光熱效應製作應用基板的方法製作應用基板時，於第十實例之應用基板中，於照射1.2W之雷射後，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第23A圖係為於基於本發明之利用光熱轉換效應製作應用基板的方法製作應用基板時，於第十一實例之應用基板中，25nm之銀奈米粒子薄膜照雷射之前，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第23B圖係為於基於本發明之利用光熱轉換效應製作應用基板的方法製作應用基板時，於第十一實例之應用基板中，25nm之銀奈米粒子薄膜照雷射之後，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；第24A圖係為於基於本發明之利用光熱轉換效應製作應用基板的方法製作應用基板時，於第十二實例之應用基板中，40nm與120nm之銀奈米粒子薄膜照雷射之前，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖；以及第24B圖係為於基於本發明之利用光熱轉換效應製作應用基板的方法製作應用基板時，於第十二實例之應用基板中，40nm與120nm之奈米銀粒子薄膜照雷射之後，以電子顯微鏡觀察板材的表面而得到的表面結構顯微圖。
Claims (19)
- 一種利用光熱效應製作應用基板的方法，包括：提供一板材；分佈複數個奈米粒子於該板材上；以特定波長之光線照射該奈米粒子致使該奈米粒子將該光線之光能轉換成一熱能；以及藉由該熱能於該板材上形成相應於該奈米粒子之一表面結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中形成相應於該奈米粒子之該表面結構之步驟，包括：藉由該熱能於該板材上形成相應於該奈米粒子之複數個細微孔洞；以及將於該板材上之該奈米粒子移除以得到具有該細微孔洞之一應用基板。
- 如申請專利範圍第2項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該板材的表面融點低於或等於該奈米粒子所形成的溫度。
- 如申請專利範圍第2項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中提供該板材的步驟包括：提供一基底；以及形成一低融點材料層於該基底上以獲得該板材，其中該低融點材料層的融點低於或等於該奈米粒子所形成的溫度。
- 如申請專利範圍第4項所述之利用光熱效應製作應用基板的方 法，其中提供該基底的材質係為有機材料、無機材料和複合材料中之一。
- 如申請專利範圍第4項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該低融點材料層的材質係為有機材料、無機材料和複合材料中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中分佈該奈米粒子於該板材上之步驟，包括：提供一透明基板；將該奈米粒子固定於該透明基板上；以及將該透明基板置於該板材上並以該透明基板具有該奈米粒子的一側接觸該板材。
- 如申請專利範圍第7項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中形成相應於該奈米粒子之該表面結構之步驟，包括：藉由該熱能於該板材上形成相應於該奈米粒子之複數個細微孔洞；以及將該透明基板自該板材上移除以得到具有該細微孔洞之一應用基板。
- 如申請專利範圍第7項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該板材的表面融點具有低於或等於該奈米粒子所形成的溫度。
- 如申請專利範圍第7項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中提供該板材的步驟包括：提供一基底；以及 形成一低融點材料層於該基底上以獲得該板材，其中該低融點材料層的融點低於或等於該奈米粒子所形成的溫度。
- 如申請專利範圍第10項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該基底的材質係為有機材料、無機材料和複合材料中之一。
- 如申請專利範圍第10項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該低融點材料層的材質係為有機材料、無機材料和複合材料中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中分佈該奈米粒子於該板材上之步驟，包括：根據一既定圖案分佈複數個奈米粒子於該板材上；以及其中形成相應於該奈米粒子之該表面結構之步驟，包括：藉由受該光線激發的該奈米粒子所產生的該熱能，將受激發的該奈米粒子與鄰近該奈米粒子融合，以得到具有該既定圖案之一應用基板。
- 如申請專利範圍第13項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該既定圖案係為至少一導線的圖案和至少一導體結構的圖案中之至少一個圖案。
- 如申請專利範圍第1項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中分佈該奈米粒子於該板材上之步驟，包括：分佈複數個奈米粒子於該板材上以形成一層該奈米粒子；其中以該光線照射該奈米粒子之步驟，包括：以一束該光線照射該板材上的該奈米粒子；以及依照所欲形成的一既定圖案移動光線，以使該光線欲形成該既定圖案之位置上的該奈米粒子上行走；以及 其中形成相應於該奈米粒子之該表面結構之步驟，包括：藉由受該光線激發的該奈米粒子所產生的該熱能，將受激發的該奈米粒子與鄰近該奈米粒子融合；以及將該板材上未融合的該奈米粒子移除以形成表面具有呈現該既定圖案的一奈米粒子材料薄層的該板材，即得到具有該既定圖案之一應用基板。
- 如申請專利範圍第15項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該既定圖案係為至少一導線的圖案和至少一導體結構的圖案中之至少一個圖案。
- 如申請專利範圍第1項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該板材的材質係為有機材料、無機材料和複合材料中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該奈米粒子的材質包括金屬材料。
- 如申請專利範圍第18項所述之利用光熱效應製作應用基板的方法，其中該金屬材料係為金、銅、銀、鎘、碲、硒化鎘和其組合中之一。
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