CN100355938C - 聚酰亚胺薄膜上激光诱导选择性化学镀的方法 - Google Patents

聚酰亚胺薄膜上激光诱导选择性化学镀的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺薄膜上激光诱导选择性化学镀的方法。将聚酰亚胺薄膜先进行改性制成表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜，然后将表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜用聚焦激光进行选择性辐射，再经过稀酸处理及高温加热后进行化学镀可得到聚酰亚胺薄膜表面上微米级图形化的化学镀层。本发明实施简单、污染小、图形可电脑实时控制，并且镀层与底材结合力好，图形分辨率、选择性高。本发明在线路板制造、集成电路等电子工业有良好的应用前景。

Description

聚酰亚胺薄膜上激光诱导选择性化学镀的方法
技术领域：本发明属于一种高分子材料表面金属化的方法，特别是在聚酰亚胺表面上激光诱导选择性沉积活化种银，然后进行化学镀的方法。
背景技术：聚酰亚胺材料有着良好的绝缘性和密封性，且还具有其他的突出性能如热稳定性高、可耐高温和极低温、具有很好的机械性能、热膨胀系数低、无毒，尤其是它具有低的介电常数，能降低导线之间的电流干扰和能耗。所以，聚酰亚胺在微电子领域有着广大的应用前景。在电子业和微电子业中化学镀技术由于具有廉价性和常温操作性而受到较广的应用。但传统化学镀技术步骤繁琐，操作不便且耗时较多，污染较大，难进行细微化生产而限制了其部分应用。随着集成电路的发展，化学镀技术正在向微型化、简单化、和无污染化方向发展。而激光技术的引入不但可以减少工序，降低污染，提高镀层的分辨率和结合力，而且可以实现微机控制，利用计算机控制激光束的扫描轨迹可以得到预期的各种线路图形。K.Kordás等人在thin solid films和applied surface science等杂志上发表了用激光在聚酰亚胺上诱导化学镀的研究工作，他们将聚酰亚胺放在特制的化学镀液或钯溶液中，用激光辐射进行直接化学镀或产生活性种后进行化学镀，但他们的方法要么镀层不厚，要么使用金属钯做活性种，代价较高。在化学镀中，关键步骤是在非金属材料上种上活性种，镀层只会在活性种上生长。活性种一般选择重金属金、钯、铂等，价格昂贵。相对便宜的金属银的应用报道较少。而本方法在聚酰亚胺表面上利用激光诱导活性种银的沉积来进行化学镀目前还没有相关报道。
发明内容：本发明的目的是将聚酰亚胺薄膜表面化学改性并束缚银离子，然后用聚焦激光辐射选择性还原出银，最后进行选择性化学镀，得到聚酰亚胺薄膜表面上微米级图形化的化学镀层。
本发明聚酰亚胺薄膜上激光诱导选择性化学镀的方法如下：
(1)聚酰亚胺薄膜的表面改性：将聚酰亚胺薄膜浸入0.5～2mol/L的强碱溶液中，浸泡温度为20～80℃，浸泡时间为1～50分钟，取出用去离子水清洗，清洗后聚酰亚胺薄膜表面生成酰亚胺盐；然后浸入1～15g/L的硝酸银溶液中，浸泡温度为20～80℃，浸泡时间为5～120分钟，取出用去离子水清洗，从而得到表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜，其中强碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
(2)表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜进行激光辐射：将表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜置于激光装置的样品台上，将激光聚焦，电脑程序控制光束或样品台的移动，激光的波长在133～400nm范围内，聚焦后的能量为0.05～10mJ/cm2，扫描速度为0.01～10mm/s，得到激光辐射后的聚酰亚胺薄膜，激光辐射后在辐射区的银离子被还原成金属银粒子，而未辐射区域的银离子保持原样；
(3)激光辐射后的聚酰亚胺薄膜表面多余银离子的清洗及聚酰亚胺薄膜表面酰亚胺环的再形成：将激光辐射后的聚酰亚胺薄膜浸入体积比为0.05％～10％的稀酸溶液中，浸泡温度为10～50℃，浸泡时间为1～80分钟，然后取出用去离子水清洗，这样在未辐射区域的银离子被氢离子交换掉，未辐射区域的表面生成聚酰亚胺酸，然后进行高温处理，温度为150～250℃，烘烤时间为0.5～3小时，烘烤后酰亚胺酸重新闭合成酰亚胺环，得到表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜，其中稀酸为稀硫酸、稀甲酸、稀乙酸、稀丙酸、或稀硝酸；
(4)化学镀：将表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜投入到商品或自制的化学镀铜、镀镍或镀银的镀液中进行化学镀，化学镀的温度控制在20～60℃，时间为25～45分钟，镀完后用清水清洗，得到聚酰亚胺薄膜表面上微米级图形化的化学镀层。
本发明所用的聚酰亚胺薄膜为分子结构中含有酰亚胺环的聚合物。
本发明聚酰亚胺薄膜上激光诱导选择性化学镀的方法是采用了激光选择性辐射表面有银离子束缚的聚酰亚胺薄膜来达到随后的选择性化学镀，最终在聚酰亚胺薄膜表面上得到微米级图形化的化学镀层。本发明实施简单、污染小、图形可电脑实时控制，并且镀层与聚酰亚胺薄膜结合力好，镀层在聚酰亚胺薄膜的附着力通过了国家标准GB 4677.7-84胶带法的测试。图形分辨率和选择性高，采用本发明方法得到的化学镀铜的线宽可达到25微米，线厚最高可达到2微米。
附图说明
图1是实施例1激光装置的示意图。
图2是实施例1化学镀铜后的扫描电镜图。
图3是实施例2化学镀铜后的扫描电镜图。
具体的实施方式：以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
(1)聚酰亚胺薄膜的表面改性：将聚酰亚胺薄膜浸入1mol/L的氢氧化钾溶液中，浸泡温度为50℃，浸泡时间为10分钟，取出用去离子水清洗，然后浸入6g/L的硝酸银溶液中，浸泡温度为30℃，浸泡时间为50分钟，取出用去离子水清洗，从而得到表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜；
(2)表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜进行激光辐射：将表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜置于激光装置的样品台上，图1是激光装置的示意图，将激光聚焦到光斑直径20微米，用电脑程序控制样品台的移动。激光的波长选择266nm，聚焦后的能量控制在1.0mJ/cm2，扫描速度为0.1mm/s，从而得到激光辐射后的聚酰亚胺薄膜；
(3)激光辐射后的聚酰亚胺薄膜表面多余银离子的清洗及聚酰亚胺薄膜表面酰亚胺环的再形成：将激光辐射后的聚酰亚胺薄膜浸入体积比为2％的稀硫酸溶液中，浸泡温度为20℃，浸泡时间为5分钟，取出用去离子水清洗，然后进行高温处理，温度为200℃，烘烤时间为2.5小时，烘烤后酰亚胺酸重新闭合成酰亚胺环，得到表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜；
(4)化学镀：将表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜投入化学镀铜液内，镀液的成分是：五水硫酸酮10g/L，氢氧化钠15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸钾钠24g。化学镀的温度控制在35℃，化学镀的时间为30分钟，镀完后用清水清洗，得到聚酰亚胺薄膜表面上微米级图形化的化学镀层。图2是化学镀铜后的扫描电镜图。
实施例2
(1)聚酰亚胺薄膜的表面改性：将聚酰亚胺薄膜浸入1mol/L的氢氧化钾溶液中，浸泡温度为40℃，浸泡时间为40分钟，取出用去离子水清洗，然后浸入2g/L的硝酸银溶液中，浸泡温度为25℃，浸泡时间为100分钟，取出用去离子水清洗，从而得到表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜；
(2)表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜进行激光辐射：将表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜置于激光装置的样品台上，将激光聚焦到光斑直径20微米，用电脑程序控制样品台的移动。激光的波长选择266nm，聚焦后的能量控制在0.8mJ/cm2，扫描速度为0.2mm/s，从而得到激光辐射后的聚酰亚胺薄膜；
(3)激光辐射后的聚酰亚胺薄膜表面多余银离子的清洗及聚酰亚胺薄膜表面酰亚胺环的再形成：将激光辐射后的聚酰亚胺薄膜浸入体积比为5％的稀硫酸溶液中，浸泡温度为30℃，浸泡时间为2分钟，取出用去离子水清洗，然后进行高温处理，温度为220℃，烘烤时间为2.0小时，烘烤后酰亚胺酸重新闭合成酰亚胺环，得到表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜；
(4)化学镀：将表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜投入化学镀铜液内，镀液的成分是：五水硫酸酮10g/L，氢氧化钠15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸钾钠24g。化学镀的温度控制在40℃，化学镀的时间为30分钟，镀完后用清水清洗，得到聚酰亚胺薄膜表面上微米级图形化的化学镀层。图3是化学镀铜后的扫描电镜图。
实施例3
(1)聚酰亚胺薄膜的表面改性：将聚酰亚胺薄膜浸入1.5mol/L的氢氧化钾溶液中，浸泡温度为40℃，浸泡时间为20分钟，取出用去离子水清洗，然后浸入4g/L的硝酸银溶液中，浸泡温度为20℃，浸泡时间为120分钟，取出用去离子水清洗，从而得到表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜；
(2)表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜进行激光辐射：将表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜置于激光装置的样品台上，将激光聚焦到光斑直径20微米，用电脑程序控制样品台的移动。激光的波长选择355nm，聚焦后的能量控制在4.0mJ/cm2，扫描速度为0.5mm/s，从而得到激光辐射后的聚酰亚胺薄膜；
(3)激光辐射后的聚酰亚胺薄膜表面多余银离子的清洗及聚酰亚胺薄膜表面酰亚胺环的再形成：将激光辐射后的聚酰亚胺薄膜浸入体积比为5％的稀硫酸溶液中，浸泡温度为25℃，浸泡时间为8分钟，取出用去离子水清洗，然后进行高温处理，温度为250℃，烘烤时间为1.5小时，烘烤后酰亚胺酸重新闭合成酰亚胺环，得到表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜；
(4)化学镀：将表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜投入化学镀铜液内，镀液的成分是：五水硫酸酮10g/L，氢氧化钠15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸钾钠24g。化学镀的温度控制在40℃，化学镀的时间为30分钟，镀完后用清水清洗，得到聚酰亚胺薄膜表面上微米级图形化的化学镀层。

Claims (1)

1.聚酰亚胺薄膜上激光诱导选择性化学镀的方法，其特征在于其方法如下：
(1)聚酰亚胺薄膜的表面改性：将聚酰亚胺薄膜浸入0.5～2mol/L的强碱溶液中，浸泡温度为20～80℃，浸泡时间为1～50分钟，取出用去离子水清洗，清洗后聚酰亚胺薄膜表面生成酰亚胺盐；然后浸入1～15g/L的硝酸银溶液中，浸泡温度为20～80℃，浸泡时间为5～120分钟，取出用去离子水清洗，从而得到表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜，其中强碱为氢氧化钠或氢氧化钾；其中聚酰亚胺薄膜为分子结构中含有酰亚胺环的聚合物；
(2)表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜进行激光辐射：将表面束缚银离子的聚酰亚胺薄膜置于激光装置的样品台上，将激光聚焦，电脑程序控制光束或样品台的移动，激光的波长在133～400nm范围内，聚焦后的能量为0.05～10mJ/cm2，扫描速度为0.01～10mm/s，得到激光辐射后的聚酰亚胺薄膜，激光辐射后在辐射区的银离子被还原成金属银粒子，而未辐射区域的银离子保持原样；
(3)激光辐射后的聚酰亚胺薄膜表面多余银离子的清洗及聚酰亚胺薄膜表面酰亚胺环的再形成：将激光辐射后的聚酰亚胺薄膜浸入体积比为0.05％～10％的稀酸溶液中，浸泡温度为10～50℃，浸泡时间为1～80分钟，然后取出用去离子水清洗，这样在未辐射区域的银离子被氢离子交换掉，未辐射区域的表面生成聚酰亚胺酸，然后进行高温处理，温度为150～250℃，烘烤时间为0.5～3小时，烘烤后酰亚胺酸重新闭合成酰亚胺环，得到表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜，其中稀酸为稀硫酸、稀甲酸、稀乙酸、稀丙酸、或稀硝酸；
(4)化学镀：将表面有选择性沉积银的聚酰亚胺薄膜投入到商品或自制的化学镀铜、镀镍或镀银的镀液中进行化学镀，化学镀的温度控制在20～60℃，时间为25～45分钟，镀完后用清水清洗，得到聚酰亚胺薄膜表面上微米级图形化的化学镀层。
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