｜3D金屬線路製作技術

摘要：由於智慧型手機、超薄筆記型電腦等3C產品日益輕薄短小，故必須縮減內部元件之體積與增加空間彈性應用，3D金屬線路其最大優點是易適用於不規則之塑膠基材上，形成立體電路，充份利用到產品表面所有空間。目前雷射直接成型法（Laser Direct Structuring, LDS）為立體線路主要製作方法，其利用雷射進行圖案化，進而將活化粒子露出塑膠表面，再以無電鍍進行金屬線路沉積，雖然具有設計彈性大、節省空間等特性，LDS製作方法受限於特定材料限制，且只能進行單層金屬線路製作，故本研究將發展雷射誘導金屬化技術（Laser Induced Metallization, LIM），能於曲面上進行多層金屬微結構製作，且不受基材材料之限制，更擴大3D立體金屬線路之應用範圍。

Abstract: Thanks to the significant advantages of 3D circuits, such as space saving and irregular substrates, it is expected to fit the rapidly growing demands of smaller and lighter 3C products such as smartphones and laptops. Laser Direct Structuring (LDS) is the most common method in 3D circuit manufacturing, performing laser patterning with post electro forming on activated ions. Although highly flexibile in design, it is limited by material selection and single-layer circuit manufacturing. Therefore, to expand the applications of 3D circuits, the development of laser induced metallization technique in our research makes multi-layer wire manufacturing possible, and is not strongly limited by its substrate material.

關鍵詞：三維金屬線路、雷射直接成型法、雷射誘導金屬化、天線

Keywords：3 Dimensional Molded Interconnect Device, Laser Direct Structuring, Laser Induced Metallization, Antenna

前言
使用塑膠射出成形的元件，在表面製作出有三維金屬線路（3 Dimensional Molded Interconnect Device）；簡稱3D MID，其製程流程如圖1所示；主要取其節省空間、組裝容易、高良率的優點。將3D立體元件進行金屬線路，其最大優點是易適用於不規則之塑膠基材上，形成3D立體電路，充份利用了產品表面所有空間，不易受限於超薄空間之限制，可使線路更微型多樣化，而能廣泛應用於手機天線、超薄筆記型電腦等3C產品上。隨著手機外型日益輕薄與功能日益增加，如何兼顧外觀美感，與內部空間體積，並將所有需求電路、天線等功能元件放入手機，成為目前多功能手機大廠最主要的開發目標。目前手機內部約有4-6種天線，包含行動通訊、無線區域網路、全球衛星定位、藍芽、無線辨識等不同頻寬之天線系統。手機天線之型態早期大多採用外露式設計，從五截式天線逐漸演進到短硬質天線，但隨著手機外觀設計需求與製造技術進步，目前大多已改為輕薄短小的隱藏式天線，並配合3D立體金屬線路之製程技術，而能與手機機殼整合，以縮小手機天線需求空間。

由於行動通訊的普及化，手機使用之天線收發訊號從2G，發展至3G，並且已有4G之通訊系統被確認，而手機天線外型由外露式天線漸漸轉為隱藏式及低輻射天線。此外，手機因功能增加已由純通訊產品轉型成為消費性電子產品，不少消費者購買手機之動機主要受其功能與外型設計造型所吸引。但功能與造型設計的多樣化，不能導致改變或降低無線通訊的效能。手機天線之研發設計便需在不同的外型要求下，仍然具備高效能、低輻射、低成本、小尺寸、適合搭配等多樣小量之特性。因此，手機天線將朝向微型化、積層化方向進行設計與生產製造，市場研究機構 Strategy Analytics的最新報告指出，未來手機必須支援至少7個以上的蜂巢式頻段、多元化天線（diversity antennas），以及至少3個以上的連結用週邊設備頻段，為手機天線增加了不少複雜工作。目前一些隱藏式的天線對體積有相當的要求，較普遍所使用的微小天線有晶片天線（chip antenna）與平面型天線（planar antenna），因為這類型的天線容易達到低突出高度與體積小的緣故，其中晶片天線較熱門的屬於低溫共燒陶瓷技術（LTCC）的陶瓷晶片天線（ceramic chip antenna）；而平面型天線的設計有很多，例如微帶天線（microstripe antenna） [2-3]、印刷式天線（printed antenna）與PIFA [4-5]等等，這些天線被廣範地應用於 GSM、DCS、PCS、UMTS、WLAN、DVB與藍芽等無線終端設備等等。目前隱藏式微型化手機通訊天線有三種主要製作方式：1.軟性電路板（Flexible Printed Circuit Board, FPC）、2.雙料射出成型法（Double-shot Molded Component）、3.雷射直接成型法，以下將針對此三種方法進行製程說明與優缺點比較。