CN101974741B - 一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法 - Google Patents

一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法。它通过钴60伽玛射线照射的方式对聚四氟乙烯薄膜进行预辐照处理，在接枝反应后将基体与多胺化合物反应，在薄膜表面自组装上胺基基团，利用胺基基团吸附金属催化剂，再通过化学镀的方法沉积得到金属膜。本发明的有益效果为：通过自组装的方法在绝缘基材表面引入胺基基团，基团与基底以化学键相连，所得金属图案与基体结合紧密，而且稳定。所使用的辐照工艺简单、污染少，且成本比传统化学法低廉。

Description

一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法
技术领域
本发明属于现代电子技术领域，特别涉及一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法。
背景技术
铜、银、镍等金属的化学镀过程被广泛的应用于绝缘非金属材料表面的金属化生产。其中一个很重要的例子是电子工业生产中在印刷电路板上化学镀铜和镍形成连接线路。与电镀比起来，化学镀是一个自身催化的氧化还原过程，只需要把具有催化活性表面的材料浸入含有金属离子和还原剂镀槽中即可，无需额外提供电流，设备简单，操作简便。
近来，很多在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀铜的研究被报道。聚四氟乙烯由于其低电导率、高热稳定性和化学稳定性的突出性能，而被认为是电子元件的理想绝缘基材。但是由于聚四氟乙烯的化学惰性，无法在其表面直接进行化学镀，因此，如何将其表面激活使其具备催化活性则成为了能否在这种材料表面进行化学镀关键步骤。传统的做法是把聚四氟乙烯薄膜浸入SnCl2和PdCl2的溶胶中，利用SnCl2来还原Pd2+，生成金属Pd与锡的氯化物一起吸附在薄膜表面上，得到具有催化活性表面。但是考虑到环境、成本等因素，含锡的工艺制程逐渐被人们所放弃，转而研究无锡活化的工艺技术。
由于作为活性催化中心的钯、银、铜、镍无法直接吸附在包括聚四氟乙烯在内的绝大多数高分子材料表面，因此，需要对聚四氟乙烯薄膜进行表面改性。目前，最常用的方法是用等离子体方法对其表面进行改性，但该方法对设备要求较高且能耗较大。随着能源消耗不断增大，石油、煤和天然气等能源储量越来越少，因此工业急需寻求新型能源和改革生产工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法，是结合了辐照技术和自组装技术的、能直接在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀金属的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法，它通过钴60伽玛射线照射的方式对聚四氟乙烯薄膜进行预辐照处理，在接枝反应后将基体与多胺化合物反应，在薄膜表面自组装上胺基基团，利用胺基基团吸附金属催化剂，再通过化学镀的方法沉积得到金属膜。
具体步骤如下：
1.预处理：将基体聚四氟乙烯薄膜用丙酮、氢氧化钾或氢氧化钠浸泡2天，过滤，60℃真空干燥，得到处理过的基材。
2.预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照剂量为25～75KGy，辐照时间为60～120h，得到经过预辐照处理后的基材。
3.接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应。基材与丙烯酸单体质量比为10∶1～15∶1；丙烯酸单体的质量浓度为30～50％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H20，用量为基材质量的1％；反应温度为50～80℃，反应时间为5～8h，得到接枝后的基材。
4.表面改性：将接枝后的基材在常温下与多胺化合物反应，反应后在60℃条件下干燥，得到表面带有胺基的基体；所用多胺类化合物为二乙撑三胺、三乙撑四胺或分子量为20000～60000的聚乙撑亚胺、聚乙烯胺，溶液质量浓度为10％～30％，溶剂为水、甲醇或二甲基甲酰胺。
5.对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：金属离子为银、铜、镍、钯的金属离子，金属盐浓度为0.5～1.0mol/L，溶液温度为50℃，得到吸附金属离子后的基体。
6.化学镀：把上述吸附金属离子后的基体于常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸铜或1.5％硫酸镍、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属图案。
本发明的有益效果为：
通过自组装的方法在绝缘基材表面引入胺基基团，基团与基底以化学键相连，所得金属图案与基体结合紧密，而且稳定。所使用的辐照工艺简单、污染少，且成本比传统化学法低廉。
具体实施方式
辐照技术正符合工业寻求新型能源和改革生产工艺的要求，随着科技进步辐照成本越来越低，且其对环境污染很少，具备绿色、环保的特点。本发明利用辐照技术对聚四氟乙烯薄膜进行表面改性，解决了传统方法带来的环境污染、能耗高等问题，工艺简单、污染少、且成本较低，为该发明的工业化提供了有利条件。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。但需要说明的是：下述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
操作步骤如下：
1.预处理：将聚四氟乙烯薄膜用丙酮浸泡2天，过滤，60℃真空干燥，得到处理过的基材。
2.预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照剂量为25KGy，辐照时间为100h，得到经过预辐照处理后的基材。
3.接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应。基材与丙烯酸单体质量比为15∶1，丙烯酸单体的质量浓度为30％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，用量为聚四氟乙烯薄膜质量的1％；反应温度为50℃，反应时间为6h，得到接枝后的基材。
4.表面改性：将接枝后的基材于常温下浸泡于质量浓度10％的三乙撑四胺溶液中(溶剂为甲醇)5h，取出于60℃干燥，得到表面带有胺基的基体。
5.对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：将表面带有胺基的基体置于50℃、0.5mol/L的CuSO4溶液中浸泡20分钟，得到吸附金属离子后的基体。
6.化学镀：将吸附金属离子后的基体在常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属铜图案。
实施例2
操作步骤如下：
1.预处理：同实施例1
2.预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照剂量为50KGy，辐照时间为80h，得到经过预辐照处理后的基材。
3.接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应。基材与丙烯酸单体质量比为10∶1，丙烯酸单体的质量浓度为35％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，用量为聚四氟乙烯薄膜质量的1％；反应温度为60℃，反应时间为6h，得到接枝后的基材。
4.表面改性：将接枝后的基材常温下浸泡于质量浓度10％的二乙撑三胺溶液中(溶剂为二甲基甲酰胺)5h，取出于60℃干燥，得到表面带有胺基的基体。
5.对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：置于50℃、0.5mol/L的CuSO4溶液中浸泡20分钟，得到吸附金属离子后的基体。
6.化学镀：将吸附金属离子后的基体在常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸镍、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属镍图案。
实施例3
操作步骤如下：
1.预处理：将聚四氟乙烯薄膜用氢氧化钾浸泡2天，过滤，60℃真空干燥，得到处理过的基材。
2.预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照剂量为75KGy，辐照时间为60h，得到经过预辐照处理后的基材。
3.接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应。基材与丙烯酸单体质量比为10∶1，丙烯酸单体的质量浓度为30％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，用量为聚四氟乙烯薄膜质量的1％；反应温度为60℃，反应时间为8h，得到接枝后的基材。
4.表面改性：将接枝后的基材常温下浸泡于质量浓度30％的聚乙撑亚胺溶液中(分子量＝60000，溶剂为甲醇)5h，取出于60℃干燥，得到表面带有胺基的基体。
5.对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：置于50℃、0.5mol/L的Ag2SO4溶液中浸泡20分钟，得到吸附金属离子后的基体。
6.化学镀：将吸附金属离子后的基体在常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸镍、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属镍图案。
实施例4
操作步骤如下：
1.预处理：将聚四氟乙烯薄膜用氢氧化钠浸泡2天，过滤，60℃真空干燥，得到处理过的基材。
2.预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照量为50KGy，辐照时间为120h，得到经过预辐照处理后的基材。
3.接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应。基材与丙烯酸单体质量比为15∶1，丙烯酸单体的质量浓度为50％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，用量为聚四氟乙烯薄膜质量的1％；反应温度为50℃，反应时间为8h，得到接枝后的基材。
4.表面改性：将接枝后的基材常温下浸泡于质量浓度20％的聚乙撑亚胺溶液中(分子量＝25000，溶剂为蒸馏水)5h，取出于60℃干燥，得到表面带有胺基的基体。
5.对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：置于50℃、0.8mol/L的NiSO4溶液中浸泡20分钟，得到吸附金属离子后的基体。
6.化学镀：将吸附金属离子后的基体在常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属铜图案。
实施例5
操作步骤如下：
1.预处理：将聚四氟乙烯薄膜用丙酮浸泡2天，过滤，60℃真空干燥，得到处理过的基材。
2.预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照剂量为25KGy，辐照时间为120h，得到经过预辐照处理后的基材。
3.接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应。基材与丙烯酸单体质量比为10∶1，丙烯酸单体的质量浓度为30％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，用量为聚四氟乙烯薄膜质量的1％；反应温度为80℃，反应时间为5h，得到接枝后的基材。
4.表面改性：将接枝后的基材常温下浸泡于质量浓度20％的聚乙烯胺溶液中(分子量＝20000，溶剂为二甲基甲酰胺)5h，取出于60℃干燥，得到表面带有胺基的基体。
5.对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：置于50℃、0.8mol/L的PdCl2溶液中浸泡20分钟，得到吸附金属离子后的基体。
6.化学镀：将吸附金属离子后的基体在常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属铜图案。
实施例6
操作步骤如下：
1.预处理：将聚四氟乙烯薄膜用丙酮浸泡2天，过滤，60℃真空干燥，得到处理过的基材。
2.预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照剂量为50KGy，辐照时间为100h，得到经过预辐照处理后的基材。
3.接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应。基材与丙烯酸单体质量比为15∶1，丙烯酸单体的质量浓度为50％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，用量为聚四氟乙烯薄膜质量的1％；反应温度为60℃，反应时间为8h，得到接枝后的基材。
4.表面改性：将接枝后的基材常温下浸泡于质量浓度10％的聚乙烯胺溶液中(分子量＝60000，溶剂为甲醇)5h，取出于60℃干燥，得到表面带有胺基的基体。
5.对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：置于50℃、1.0mol/L的PdCl2溶液中浸泡20分钟，得到吸附金属离子后的基体。
6.化学镀：将吸附金属离子后的基体在常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸镍、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属镍图案。

Claims (1)

1.一种在聚四氟乙烯薄膜表面化学镀的方法，其特征在于，通过钴60伽玛射线照射的方式对聚四氟乙烯薄膜进行预辐照处理，在接枝反应后将基体与多胺化合物反应，在薄膜表面自组装上胺基基团，利用胺基基团吸附金属催化剂，再通过化学镀的方法沉积得到金属膜；
具体步骤如下：
1)预处理：将基体聚四氟乙烯薄膜用丙酮、氢氧化钾或氢氧化钠浸泡2天，过滤，60℃真空干燥，得到处理过的基材；
2)预辐照：将处理过的基材封装，用钴60伽玛射线对其进行辐照，辐照剂量为25～75KGy，辐照时间为60～120h，得到经过预辐照处理后的基材；
3)接枝：将经过预辐照处理后的基材与丙烯酸单体和阻聚剂混合，进行接枝反应，基材与丙烯酸单体质量比为10∶1～15∶1；丙烯酸单体的质量浓度为30～50％，溶剂为蒸馏水；阻聚剂为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，用量为基材质量的1％；反应温度为50～80℃，反应时间为5～8h，得到接枝后的基材；
4)表面改性：将接枝后的基材在常温下与多胺化合物反应，反应后在60℃条件下干燥，得到表面带有胺基的基体；所用多胺类化合物为二乙撑三胺、三乙撑四胺或分子量为20000～60000的聚乙撑亚胺、聚乙烯胺，溶液质量浓度为10％～30％，溶剂为水、甲醇或二甲基甲酰胺；
5)对表面带有胺基的基体表面进行金属离子吸附：金属离子为银、铜、镍、钯的金属离子，金属盐浓度为0.5～1.0mol/L，溶液温度为50℃，得到吸附金属离子后的基体；
6)化学镀：把上述吸附金属离子后的基体于常温下浸入由质量浓度：1.5％硫酸铜或1.5％硫酸镍、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液取出后即可得到金属图案。
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