聚酰亞胺薄膜酸堿處理和激光誘導(dǎo)活化后化學(xué)鍍銅

唐光超 張祖軍 崔開放 付嘉賓

【摘 要】以綜合性能優(yōu)良的聚酰亞胺薄膜作為基體，通過酸堿改性處理使基體具有良好粗糙度和親水性，再將基體分別浸泡在硫酸銅和明膠混合物、次磷酸鈉和殼聚糖混合物中活化，最后利用激光誘導(dǎo)制備具有催化活性的線路圖形，化學(xué)鍍銅后直接成型電子線路。分析了酸堿處理中浸泡的濃度和時間對基體粗糙度和接觸角的影響，研究了激光誘導(dǎo)功率對鍍銅覆蓋率的影響。結(jié)果表明，10%的NaOH水溶液處理4-6分鐘，親水性最佳，當(dāng)激光功率為30mV時，鍍銅效果良好。

【關(guān)鍵詞】聚酰亞胺;酸堿處理;化學(xué)鍍銅;電子線路

聚酰亞胺（簡稱PI）薄膜具有優(yōu)良的力學(xué)、耐熱、介電、耐輻射、耐腐蝕等性能，被廣泛用于航空航天、有機(jī)電極材料、柔性電路板等領(lǐng)域[1-2]，PI薄膜由于親水性差和表面化學(xué)活性低，與金屬結(jié)合能力低[3]。因此，需要對PI薄膜表面進(jìn)行改性處理，使其表面具有一定的催化活性。當(dāng)前改性方法有酸堿處理、飛秒激光刻蝕等，但飛秒激光刻蝕容易造成PI薄膜表面毛邊、褶皺、過度燒蝕等情況。所以本文先通過NaOH溶液水解，然后酸洗除堿[4-6]，然后采用激光誘導(dǎo)活化技術(shù)在聚酰亞胺薄膜上制備一層具有催化活性的電子線路圖，再化學(xué)鍍銅，從而得到性能優(yōu)良的聚酰亞胺鍍銅電路。

1實驗

1.1試劑與儀器

實驗材料：0.05mm聚酰亞胺薄膜，由東莞市美鑫絕緣材料有限公司提供。

主要儀器：常規(guī)測試儀器有 XRD（XPertPro 型，荷蘭 PANalytical 公司）、SEM（GENESIS XMS Imaging 60 型，美國EDAX 公司）、SPM（SPI3800N 型，日本 Seiko 公司），窄脈寬端泵激光三維雕刻機(jī)一臺，全自動自適應(yīng)對焦激光標(biāo)刻機(jī)一臺。

主要試劑：氫氧化鈉、鹽酸、無水硫酸銅、次亞磷酸鈉、甲醛、乙二胺四乙酸二鈉、硫脲，所有試劑均為分析純。

1.2工藝流程

除油——去離子水洗——酸堿改性處理——去離子水洗——?dú)ぞ厶侨芤航荨稍铩蛩徙~溶液浸泡——干燥——次亞磷酸鈉涂敷——干燥——激光活化——化學(xué)鍍銅

1.2.1除油

將聚酰亞胺薄膜放在無水乙醇中進(jìn)行超聲波除油6min。

1.2.2酸堿改性處理

在30℃，將聚酰亞胺薄膜在10%NaOH溶液中浸泡8min，并用10mL/L的鹽酸進(jìn)行中和。

1.2.3活化液處理

將PI薄膜浸入0.5%的殼聚糖溶液中10—30min后，再在15g/L硫酸銅溶液浸泡15-25min，干燥后，在將30g/L次磷酸鈉和明膠的混合溶液涂敷于PI薄膜上。

1.2.4激光誘導(dǎo)活化

設(shè)置激光誘導(dǎo)參數(shù)為：光斑直徑0.3mm，功率13W，掃描速率5500mm/s.對涂敷基體進(jìn)行誘導(dǎo)活化。

1.2.5化學(xué)鍍銅

化學(xué)鍍銅的鍍液配方：硫酸銅7g/L，乙二胺四乙酸鈉23g/L，甲醛15mL/L，氫氧化鈉8g/L，

硫脲0.6mg/L，pH12，溫度30-40℃，時間30min。

1.3性能測試

采用接觸角測量儀檢測改性前后基體表面的親水性。利用髙分辨冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察改性處理前后和活化后基體的表面形貌。采用奧林巴斯顯微鏡觀察化學(xué)鍍銅層的鍍覆效果。

2結(jié)果與分析

2.1酸堿處理前后基體的表面形貌和親水性

改性前PI薄膜表面光滑，而經(jīng)酸堿處理 8 min 后的聚酰亞胺薄膜表面變粗糙，表面出現(xiàn)了部分尖形突起，這說明酸堿處理對 PI 薄膜表面具有蝕刻作用。

由圖1可知，PI薄膜的水接觸角約為75°，酸堿處理后降至29°，說明酸堿改性處理可以顯著的提高PI薄膜的親水性，良好的親水性為涂敷活化液創(chuàng)造了有利的條件。

2.2激光誘導(dǎo)后基體的表面形貌

經(jīng)酸堿處理后的PI薄膜能有效吸附活化液，形成均勻的活化層，經(jīng)激光誘導(dǎo)后形成大量的胞狀微粒。

2.3化學(xué)鍍銅層的表面形貌

由圖2可知，化學(xué)鍍銅層邊緣整潔，金屬層無脫落、鼓泡現(xiàn)象出現(xiàn)，銅鍍層與聚酰亞胺基體的黏附情況良好

3結(jié)論

通過酸堿改性處理對于PI薄膜表面進(jìn)行改性，然后通過激光誘導(dǎo)活化在PI薄膜上生成銅微粒，最終在PI薄膜上實現(xiàn)無靶活化化學(xué)鍍銅，酸堿處理中氫氧化鈉溶液濃度為10%，處理時間最佳為8min，PI薄膜表面粗糙度大幅度提高，親水性增強(qiáng)，在經(jīng)激光誘導(dǎo)活化和化學(xué)鍍銅后，鍍銅層表面均勻，金屬邊緣整潔。

參考文獻(xiàn)：

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[5]慕慧峰，劉凱，李中華，滿彥汝，舒明，高原.酸堿處理條件對聚酰亞胺薄膜表面改性的影響[J].電鍍與涂飾，2016，35（24）：1286-1290.

[6]王躍峰. 柔性基材表面改性催化銅沉積的研究與應(yīng)用[D].電子科技大學(xué)，2020.

基金項目：

西南科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（S202010619037）

（作者單位：西南科技大學(xué)）