CN112724446A - 一种有机高分子薄膜金属化方法及天线 - Google Patents

一种有机高分子薄膜金属化方法及天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种有机高分子薄膜金属化方法及天线，生成有机高分子薄膜；对所述有机高分子薄膜表面进行等离子活化；对等离子活化后的所述有机高分子薄膜进行加热处理；对加热处理后的所述有机高分子薄膜的表面进行物理气相沉积金属化；本发明采用物理气相沉积金属化，替代现有的金属压合工序，实现金属化的超薄化，同时在进行物理气相沉积金属化之前增加了等离子活化和加热处理，能够共同增加膜层的结合力，可以在实现超薄金属化的同时避免发生褶皱问题。

Description

一种有机高分子薄膜金属化方法及天线
技术领域
本发明涉及一种薄膜天线制造方法，具体涉及一种有机高分子薄膜金属化方法及天线制品。
背景技术
NFC(Near Field Communication，近场通信)天线，在单一芯片上结合感应式读卡器和感应式卡片，具有点对点感应功能，可以在短距离内与兼容设备进行识别与数据交换，其作用距离10cm，工作频率13.56MHz。
目前NFC天线的主要结构包括粘胶、FPC天线、粘胶、铁氧体及覆盖膜。其中天线本体一般在0.2mm～0.4mm，天线整体厚度在0.25～0.45mm。目前电子产品的主要方向为超薄化，所以需要进一步减薄NFC天线的厚度和尺寸。
传统的有机高分子基Cu金属工艺，用的是压延Cu金属工艺，这种工艺基材和Cu金属偏薄以后，工业化生产中容易发生褶皱问题，而且目前压合工艺中Cu厚度应>9um，Cu偏薄压合工艺不易实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种有机高分子薄膜金属化方法及天线，在实现超薄金属化的同时避免发生褶皱问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种有机高分子薄膜金属化方法，包括步骤：
生成有机高分子薄膜；
对所述有机高分子薄膜表面进行等离子活化；
对等离子活化后的所述有机高分子薄膜进行加热处理；
对加热处理后的所述有机高分子薄膜的表面进行物理气相沉积金属化。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种有机高分子薄膜金属化方法，采用物理气相沉积金属化，替代现有的金属压合工序，实现金属化的超薄化，同时在进行物理气相沉积金属化之前增加了等离子活化和加热处理，通过在超薄有机高分子薄膜表面采用等离子活化处理，可以改善膜层表面的活化能，并且在沉积前进行加热处理，利于后续进行PVD工艺，这样能够共同增加膜层的结合力，可以在实现超薄金属化的同时避免发生褶皱问题，从而为超薄NFC天线设计提供工艺支持。
附图说明
图1为本发明一种有机高分子薄膜金属化方法的步骤流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种有机高分子薄膜金属化方法，包括步骤：
生成有机高分子薄膜；
对所述有机高分子薄膜表面进行等离子活化；
对等离子活化后的所述有机高分子薄膜进行加热处理；
对加热处理后的所述有机高分子薄膜的表面进行物理气相沉积金属化。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种有机高分子薄膜金属化方法，采用物理气相沉积金属化，替代现有的金属压合工序，实现金属化的超薄化，同时在进行物理气相沉积金属化之前增加了等离子活化和加热处理，通过在超薄有机高分子薄膜表面采用等离子活化处理，可以改善膜层表面的活化能，并且在沉积前进行加热处理，利于后续进行PVD工艺，这样能够共同增加膜层的结合力，可以在实现超薄金属化的同时避免发生褶皱问题，从而为超薄NFC天线设计提供工艺支持。
进一步的，所述对所述有机高分子薄膜的表面进行等离子活化包括：
对所述有机高分子薄膜的表面注入厚度为20～50nm的离子；
所述离子选自镍、钛、铝、钼、铬中的一种或多种；
所述等离子活化的电压大于3KV。
进一步的，所述对等离子活化后的所述有机高分子薄膜进行加热处理包括：
将对等离子活化后的所述有机高分子薄膜放入温度为50～200℃的腔室加热100～300s，并保温10min。
由上述描述可知，通过采用等离子活化技术，在沉积前注入20～50nm的离子，这些离子材料包括镍、钛、铝、钼、铬的一种或多种金属层，可以改善膜层表面的活化能，有利于表面进行PVD工艺沉积，同时沉积前进行加热处理，从而共同增加膜层的结合力。
进一步的，所述对加热处理后的所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化包括：
将所述加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于不同的腔室进行阶梯控温，并在不同的腔室对所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化；
在进行物理气相沉积金属化时对所述有机高分子薄膜施加可调节角度的磁场以控制金属沉积的方向。
进一步的，所述将所述加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于不同的腔室进行阶梯控温，并在不同的腔室对所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化包括：
将加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于温度为150-200℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行高温沉积；
将高温沉积后的所述有机高分子薄膜放置于温度为100-150℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行中温沉积；
将中温沉积后的所述有机高分子薄膜放置于温度为20-50℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行常温沉积。
由上述描述可知，通过在PVD过程中设置多腔室沉积，可以实现沉积金属层约4～5微米，并且在不同沉积腔室设置独立的加热单元，先高温沉积，利于增加结合力，后中温沉积，最后是常温沉积，利于实现PVD沉积后的梯度降温，在保证层间结合力的基础下，能够减小产品的涨缩及解决高温翘曲问题，保证金属化制品的涨缩小于0.1％，翘曲度小于3μm；同时还会调节靶材背后磁铁的角度，通过磁铁的旋转控制沉积金属层的方向来保证膜层厚度的均一性，采用所述金属化方法制成的产品满足一定的品质要求。
进一步的，所述有机高分子薄膜的材料为聚酰亚胺、改性聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；
所述有机高分子薄膜的厚度为12.5～125μm。
由上述描述可知，通过设定生成有机高分子薄膜所选用的材料，可以开发不同高分子基材的PVD工艺，兼容性好，并且有利于实现在超薄的有机基材表面进行超薄的金属化，从而有助于解决近距离通信领域NFC天线超薄化的材料和工艺问题。
进一步的，在进行所述等离子活化前还包括：
将所述有机高分子薄膜进行超声波清洗，所述超声波清洗的温度为20～80℃，时间为10～60分钟；
将所述超声波清洗后的所述有机高分子薄膜进行烘干，所述烘干的温度为50～170℃，时间为0.5～2小时。
进一步的，对所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化包括：
在所述有机高分子薄膜的所述表面溅射形成底层金属层；
所述底层金属层的厚度为0.02～0.05μm；
在所述底层金属层远离所述有机高分子薄膜的表面溅射形成铜层；
所述铜层的厚度为0.75～8.95μm；
所述底层金属层和所述铜层的总厚度为0.8～9μm；
所述溅射过程在温度为50～200℃，真空度为1×10-3～7.0×10-3Pa，氩气流量为50～500sccm的腔室进行。
进一步的，所述底层金属层的材料为镍、钛、铝、钼或铬中的一种或多种。
由上述描述可知，通过对有机高分子薄膜样品采用超声波清洗和烘干处理工艺，PVD过程中在有机高分子薄膜表面溅射镍、钛、铝、钼、铬的一种或多种金属层及溅射铜层，并在相应的工艺过程中设定合适的参数，可以实现有机高分子薄膜和金属层的百格结合力达到4B，从而保证金属化制品的产品性能。
本发明另一实施例提供了一种天线，根据上述有机高分子薄膜金属化方法制备而成。
上述有机高分子薄膜金属化方法及天线能够适用于超薄NFC天线设计，以下通过具体的实施方式进行说明：
本发明的实施例一为：
一种有机高分子薄膜金属化方法，包括步骤：
S1、生成有机高分子薄膜；
所述有机高分子薄膜的材料为聚酰亚胺、改性聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；
所述有机高分子薄膜的厚度为12.5～125μm；
具体的，本实施例中高分子基材为聚酰亚胺(PI)，厚度为25μm；
S2、将所述有机高分子薄膜进行超声波清洗，所述超声波清洗的温度为20～80℃，时间为10～60分钟；
S3、将超声波清洗后的有机高分子薄膜进行烘干，所述烘干的温度为50～170℃，时间为0.5～2小时；
具体的，本实施例中超声波清洗温度为50℃，清洗时间为30分钟，烘干温度为120℃，干燥时间为0.5小时；
S4、对所述有机高分子薄膜表面进行等离子活化；
所述等离子活化包括对所述有机高分子薄膜注入20～50nm的离子；
所述离子选自镍、钛、铝、钼、铬的一种或多种金属；
所述等离子活化的电压大于3KV；
具体的，本实施例中所述等离子活化电压为8KV；
S5、对等离子活化后的所述有机高分子薄膜进行加热处理；
所述加热处理包括将有机高分子薄膜放入温度为50～200℃的腔室加热100～300s，并且保温10min；
具体的，本实施例中腔室温度为150℃；
S6、对加热处理后的所述有机高分子薄膜的表面进行物理气相沉积金属化；
所述物理气相沉积金属化包括在所述有机高分子薄膜表面溅射形成底层金属层；
所述底层金属层的厚度为0.02～0.05μm；
所述底层金属层的材料为镍、钛、铝、钼或铬中的一种或多种；
若所述底层金属层的材料为镍、钛、铝、钼和铬，则在所述有机高分子薄膜的表面按照镍、钛、铝、钼和铬次序向着远离所述表面的方向排布；
具体的，本实施例中底层金属层的材料为镍，厚度为0.02μm；
在所述底层金属层远离所述有机高分子薄膜的表面溅射形成铜层；
所述铜层厚度为0.75～8.95μm；
所述底层金属层和所述铜层的总厚度为0.8～9μm；
具体的，本实施例中铜层厚度为3.98μm，PVD金属层总厚度为4μm；
所述溅射过程在温度为50～200℃，真空度为1×10-3～7.0×10-3Pa，氩气流量为50～500sccm的腔室进行；
具体的，本实施例中所述腔室真空度为3.0×10-3Pa，所述溅射镍层时，腔室氩气流量为100sccm，溅射铜层时氩气流量为300sccm；
所述对加热处理后的所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化包括：
将所述加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于不同的腔室进行阶梯控温，并在不同的腔室对所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化；
具体的，本实施例中每个所述腔室中的四周基板上安装有独立的温度控制单元，通过控制所述温度控制单元的内部加热丝的功率来控制所述腔室的温度；
将加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于温度为150-200℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行高温沉积；
将高温沉积后的所述有机高分子薄膜放置于温度为100-150℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行中温沉积；
将中温沉积后的所述有机高分子薄膜放置于温度为20-50℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行常温沉积；
具体的，本实施例中高温、中温、低温沉积时间点由卷材的传输速度决定，基本取决于膜层的厚度分布，高温、中温、低温三个腔室的沉积时间为不同温度下沉积厚度除以沉积速度得到；
所述对加热处理后的所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化还包括：
在进行物理气相沉积金属化时对所述有机高分子薄膜施加可调节角度的磁场以控制金属沉积的方向；
具体的，本实施例中靶材为圆柱靶，靶材内部有NSN的磁铁，磁铁可以调整-90～+90°的方向，通过磁铁的旋转控制金属膜层沉积的方向；
其中磁铁角度调整可以采取三种方式：
方式1：不同位置靶材角度固定，比如左边边缘角度为-30°，中间0°，右边边缘30°；
方式2：沉积过程中角度脉冲式调整，比如0～10s：左边边缘角度为-30°，中间0°，右边边缘30°；10s～20s：左边边缘角度为30°，中间0°，右边边缘-30°；后续持续交替进行；
方式3：沉积过程中角度按照时间左右摇摆，比如-30～30℃进行摇摆；
在制备天线时，在进行金属化后，还需要对PVD金属化后的有机高分子薄膜进行NFC天线图形化工艺，包括：
表面处理：对有机高分子薄膜表面利用酸化工艺进行绝缘膜刻蚀处理，去掉表面的BTA钝化膜(苯并三氨唑)；
贴膜：利用压合工艺，将光敏有机材料压合在铜层表面，并进行0.5h的保温；
曝光：结合NFC天线设计图形，利用Mask掩模版，进行光学曝光；
显影：利用显影液将曝光后的产品进行清洗，暴露出待刻蚀的金属膜层；
蚀刻：利用酸性刻蚀药液将曝光显影后暴露出的金属膜层刻掉；
剥膜：利用剥离液将保留的金属走线上面的有机膜层剥离；
本实施例通过在PVD金属化工艺后进行NFC天线图形化工艺，解决了薄金属走线问题，从而可以为超薄NFC天线设计提供工艺支持。
本发明的实施例二为：
实施例二与上述实施例一的不同之处在于，有机高分子薄膜为厚度为50μm的聚酰亚胺(PI)；超声波清洗温度为80℃，清洗时间为60分钟，烘干温度为150℃，干燥时间为1小时；所述等离子活化电压为10KV；所述腔室温度为170℃，所述腔室真空度为5.0×10-3Pa；溅射底层金属层的材料为铝层，厚度约为0.02μm，溅射铝层时的腔室氩气流量为150sccm；溅射铜层的厚度约为4.98μm，溅射铜层时的氩气流量为400sccm；PVD金属层总厚度为5μm；
蚀刻工序过程中，刻蚀时间延长为约1.25～1.5倍；
其余工序和参数不变。
本发明的实施例三为：
实施例三与上述的实施例一的不同之处在于，有机高分子薄膜为厚度约为50μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；超声波清洗温度为50℃，清洗时间为60分钟，烘干温度为100℃，干燥时间为1.5小时；所述等离子活化电压为5KV；所述腔室温度为120℃，所述腔室真空度为2.0×10-3Pa；溅射底层金属层的材料为镍层，厚度约为0.03μm，溅射镍层时的腔室氩气流量为80sccm；溅射铜层的厚度约为4.97μm，溅射铜层时的氩气流量为200sccm；PVD金属层总厚度为5μm；
曝光工序过程中采用数字曝光机，通过输入其设计图纸，光路按照设计图纸进行曝光；
蚀刻工序过程中，刻蚀时间延长为约1.25～1.5倍；
其余工序和参数不变。
本发明的实施例四为：
实施例四与上述实施例三的不同之处在于，有机高分子薄膜为厚度为75μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
上述实施例一至实施例四中，所述经PVD金属化后的NFC天线经表面处理、贴膜、曝光、显影、蚀刻、剥膜步骤后，对产品进行性能测试：
测试结果如表1所示：
表1天线性能测试结果
实施例 百格结合力 有无高温翘曲或分层现象
实施例一 4B 无
实施例二 4B 无
实施例三 4B 无
实施例四 4B 无
通过上表可得，通过拉力实验测试剥离力的方式测试百格结合力，百格结合力达到4B；把产品放到经检定的平台上，把测试针插到翘曲度最大的地方，以测试针的直径，除以曲边的长度，测试其翘曲度，翘曲度小于3μm，无高温翘曲问题。
本发明的实施例五为：
一种天线，所述天线采用实施例一至实施例四中任一种有机高分子薄膜金属化方法制备而成，满足超薄NFC天线品质要求。
综上所述，本发明提供的一种有机高分子薄膜金属化方法及天线，开发了不同高分子基材的金属化工艺，兼容性很好；采用物理气相沉积金属化工艺，替代现有的金属压合工序，实现金属化的超薄化，同时在进行物理气相沉积金属化之前增加了等离子活化和加热处理，通过在超薄有机高分子薄膜表面采用等离子活化处理，可以改善膜层表面的活化能，并且在沉积前进行加热处理，利于后续进行PVD工艺，能够共同增加膜层的结合力；而且PVD过程中采用不同腔室阶梯控温的方式，在保证层间结合力的基础下，可以减小产品的涨缩和翘曲，同时调节靶材背后磁铁的角度，通过磁铁的旋转控制沉积金属层的方向来保证膜层厚度的均一性；从而在实现超薄金属化的同时避免了发生褶皱问题，满足一定的品质要求，为超薄NFC天线设计提供了工艺支持。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，包括步骤：
生成有机高分子薄膜；
对所述有机高分子薄膜的表面进行等离子活化；
对等离子活化后的所述有机高分子薄膜进行加热处理；
对加热处理后的所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化。
2.根据权利要求1所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，所述对所述有机高分子薄膜的表面进行等离子活化包括：
对所述有机高分子薄膜的表面注入厚度为20～50nm的离子；
所述离子选自镍、钛、铝、钼、铬中的一种或多种；
所述等离子活化的电压大于3KV。
3.根据权利要求1所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，所述对等离子活化后的所述有机高分子薄膜进行加热处理包括：
将对等离子活化后的所述有机高分子薄膜放入温度为50～200℃的腔室加热100～300s，并保温10min。
4.根据权利要求1所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，所述对加热处理后的所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化包括：
将所述加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于不同的腔室进行阶梯控温，并在不同的腔室对所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化；
在进行物理气相沉积金属化时对所述有机高分子薄膜施加可调节角度的磁场以控制金属沉积的方向。
5.根据权利要求4所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，所述将所述加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于不同的腔室进行阶梯控温，并在不同的腔室对所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化包括：
将加热处理后的所述有机高分子薄膜放置于温度为150-200℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行高温沉积；
将高温沉积后的所述有机高分子薄膜放置于温度为100-150℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行中温沉积；
将中温沉积后的所述有机高分子薄膜放置于温度为20-50℃的腔室中对所述有机高分子薄膜的所述表面进行常温沉积。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，所述有机高分子薄膜的材料为聚酰亚胺、改性聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；
所述有机高分子薄膜的厚度为12.5～125μm。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，在进行所述等离子活化前还包括：
将所述有机高分子薄膜进行超声波清洗，所述超声波清洗的温度为20～80℃，时间为10～60分钟；
将所述超声波清洗后的所述有机高分子薄膜进行烘干，所述烘干的温度为50～170℃，时间为0.5～2小时。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，对所述有机高分子薄膜的所述表面进行物理气相沉积金属化包括：
在所述有机高分子薄膜的所述表面溅射形成底层金属层；
所述底层金属层的厚度为0.02～0.05μm；
在所述底层金属层远离所述有机高分子薄膜的表面溅射形成铜层；
所述铜层的厚度为0.75～8.95μm；
所述底层金属层和所述铜层的总厚度为0.8～9μm；
所述溅射过程在温度为50～200℃，真空度为1×10-3～7.0×10-3Pa，氩气流量为50～500sccm的腔室进行。
9.根据权利要求8所述的一种有机高分子薄膜金属化方法，其特征在于，所述底层金属层的材料为镍、钛、铝、钼或铬中的一种或多种。
10.一种天线，其特征在于，所述天线根据权利要求1-9中任意一项所述的有机高分子薄膜金属化方法制备而成。
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