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绝缘体表面电沉积:金属化

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-08  浏览次数:1301
核心提示:在过去的20年左右,进行了许多聚合物的电化学研究。聚酰亚胺就是其中一种,特别是,用在电子行业中作为薄的绝缘层和作为用于可弯曲环线的厚膜基体。

聚酰亚胺金属化

在过去的20年左右,进行了许多聚合物的电化学研究。聚酰亚胺就是其中一种,特别是,用在电子行业中作为薄的绝缘层和作为用于可弯曲环线的厚膜基体。

例如,在这篇文章中,通过有机或金属为中心的电荷转移可获得已知电化学的大分子。在商业化的龙脑香膜和主族金属的高还原性的负离子的电化学电荷转移反应中,阴离子有时被称为津特尔阴离子。这种类型的氧化还原反应使得许多主族金属的薄膜沉积在聚合物膜表面。聚酰亚胺的基础电化学已经被充分研究,所以根据所用基体的电位学性质,现在有许多不同技术将制备金属膜沉积在聚酰亚胺上,使用非水性或水性溶液[1,2]。现在阐述龙脑香膜的金属化过程,它是通过以下的步骤:首先,电化学电荷连到膜上;第二步,比如说,膜在草酸铜中氧化;第三步,通过浸在化学镀铜溶液中形成一层厚的铜膜。现在更明确了。一块龙脑香膜浸在EDTA中约2min,清洗后(现在变为绿色)基本阴离子膜浸在草酸亚铜中约3~4min。这一步产生铜金属薄膜。清洗后,膜放在化学镀液中增厚,直至达到理想的厚度。

塑料的金属化

如前所说,聚酰亚胺是一类聚合物。聚酰亚胺以及其他许多塑料都满足电子业应用的所有要求。通常,塑料有很好的热化学和力学性能。这也许是因为塑料/聚酰亚胺的表面的惰性。基于这个原因,很难得到与这些物质黏合得很牢的膜。在这种情况下,如果这些材料的大量性质被保留,解决黏合力问题的方法是表面改性。改性可能会用一种或多种离子光束、粒子光束、溅镀、等离子体、光接枝、光刻法、化学方法以及7射线辐照。但是,总的来说,表面改性聚合物的科学和工程还需要进一步理解。特别是,还存在这些问题:最佳厚度和改性程度,交联程度,表面上官能团的结构和取向。表面特征的现代方法(如,X射线光子光谱,XPS)提供了许多信息,但是还有许多问题有待解决。应考虑现存的用于塑料表面的有效金属涂敷的各种方法。

(1)光刻法。一个很好的举例说明是将铜光刻控制沉积在迈拉表面上。首先,迈拉板在丙酮和蒸馏水中清洗,然后清洗了的板放在盛满H2PtCl6乙醇溶液的玻璃容器中。激光束或过滤了的汞光源照射迈拉板约用20min(用聚焦光束)。在乙醇中[PtCl6]2-可能发生了光化学的讨论见文献[3]。这个反应虽然不连续但在基体中的光照射区域产生了铂沉积层。最后,迈拉板放在化学镀铜溶液中几分钟。溶液含甲醛、甲醛酯,温度为65℃,pH值为11.4。

(2)高子束技术。传统上,离子束技术用在半导体过程中。现在用在许多不同的方面,其中主要用在绝缘体的金属化。金属化可以用三种方法实现:第一种是离子内嵌。用恰当的真空装置,离子束直接击在金属上。离子嵌入的深度取决于光束的能量和其他物理参数。然后,离子和目标聚合物分子反应,一方面放出的挥发性的分子碎片,另一方面产生富含碳的表面膜。表面膜导电性增加(尽管不是金属的)。这个增加了的导电性,又使随后金属膜电沉积成为可能。第二种方法是离子光束混合。通过这种方法,可以达到一定的金属导电性,这金属薄层是通过蒸发沉积的。这一层被渗入金属/聚合物界面的快速离子轰击。这样导致冲击碰撞和/或电子源发,从而进一步导致界面变宽和金属/聚合物化学反应。这样就增加了金属膜的附着力。第三种方法为离子光束辅助沉积。在这种情况下,金属沉积和离子轰击同时进行。在膜厚的一个给定阶段,离子不能到达金属/聚合物界面。比如说,现在离子光束影响金属膜的生长,释放可能的应力。

不同的离子光束各有它们的优点和缺点。几乎所有的金属与所有的表面的结合都成为可能,并有很好的附着力。这个过程也适应于化学沉积。缺点是,要使用相对较为复杂的真空技术,而且光的路线过程要把复杂几何特征的基体排除在外。

(3)电化学-自动催化方法。自动催化沉积(AD)把金属直接放在浸在处理液中的物体上,无需加外电流。金属膜是通过由沉积的金属或合金催化的控制电化学还原沉积得的。溶液中的电化学还原剂提供电子,这个过程只发生在催化剂表面,而不是发生在整个溶液中。自动催化沉积(AD)也被称为“化学镀”。它有其他技术所没有的几个特点,这个工艺在绝缘体上电镀是一个完整的、必不可少的步骤。例如,金属和印刷电路板电镀。值得注意的是,某些化学镀层,具有某些独特或甚至独一无二的磁特性。自动催化沉积所产生的沉积有镍沉积,钴沉积,钯沉积,铜沉积,金沉积,银沉积和含这些金属再加上磷和硼的合金的沉积。这个工业上十分重要的技术,对弹性电路的制造来说,有许多令人满意的特点:

①AD技术产生的膜均匀;

②因为表面催化(活化),AD涂敷绝缘体;

③采用催化表面的紫外线制图,AD复制出具有高分辨率的μm尺寸的图案。

更详细一点的,读者应查询文献[4~6],化学镀的准备步骤在下面第14.4部分中进行了详细讨论。

(4)等离子诱导的沉积。使用这项技术,一薄层甲酸铜或氯化铜被沉积在基体上(聚合绝缘基体包括聚苯乙烯、龙脑香和相似材料都可以用这些方法处理[7,8])接着,这个前驱体层在氢RF等离子体中被还原为金属铜,还原过程是在较低基体温度下进行的。热敏塑料可以用这种方法实现金属化。接着是退火。总之,当大面积需要被一层金属膜覆盖时,用这项技术是恰当的。一旦沉积完成,随后总是要化学镀另外一层金属膜。

(5)溅镀。塑料样品在上膜前需要适当的预处理以避免表面污染,这些污染物可能造成不理想的特征,如附着力差。膜是根据高能溅镀原理沉积的。对于沉积TiN(这是一个重要的扩散阻挡材料),目标Ti在氮气反应气体和氩惰性气体中溅镀。膜的厚度与镀膜时间有关,一般来说,达到200nm需要大约5min,10倍的厚度需要大约1h。关于这种方法更详细的资料,可参考文献[9]。

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