聚酰亚胺薄膜酸碱处理和激光诱导活化后化学镀铜

唐光超 张祖军 崔开放 付嘉宾

【摘 要】以综合性能优良的聚酰亚胺薄膜作为基体，通过酸碱改性处理使基体具有良好粗糙度和亲水性，再将基体分别浸泡在硫酸铜和明胶混合物、次磷酸钠和壳聚糖混合物中活化，最后利用激光诱导制备具有催化活性的线路图形，化学镀铜后直接成型电子线路。分析了酸碱处理中浸泡的浓度和时间对基体粗糙度和接触角的影响，研究了激光诱导功率对镀铜覆盖率的影响。结果表明，10%的NaOH水溶液处理4-6分钟，亲水性最佳，当激光功率为30mV时，镀铜效果良好。

【关键词】聚酰亚胺;酸碱处理;化学镀铜;电子线路

聚酰亚胺（简称PI）薄膜具有优良的力学、耐热、介电、耐辐射、耐腐蚀等性能，被广泛用于航空航天、有机电极材料、柔性电路板等领域[1-2]，PI薄膜由于亲水性差和表面化学活性低，与金属结合能力低[3]。因此，需要对PI薄膜表面进行改性处理，使其表面具有一定的催化活性。当前改性方法有酸碱处理、飞秒激光刻蚀等，但飞秒激光刻蚀容易造成PI薄膜表面毛边、褶皱、过度烧蚀等情况。所以本文先通过NaOH溶液水解，然后酸洗除碱[4-6]，然后采用激光诱导活化技术在聚酰亚胺薄膜上制备一层具有催化活性的电子线路图，再化学镀铜，从而得到性能优良的聚酰亚胺镀铜電路。

1实验

1.1试剂与仪器

实验材料：0.05mm聚酰亚胺薄膜，由东莞市美鑫绝缘材料有限公司提供。

主要仪器：常规测试仪器有 XRD（XPertPro 型，荷兰 PANalytical 公司）、SEM（GENESIS XMS Imaging 60 型，美国EDAX 公司）、SPM（SPI3800N 型，日本 Seiko 公司），窄脉宽端泵激光三维雕刻机一台，全自动自适应对焦激光标刻机一台。

主要试剂：氢氧化钠、盐酸、无水硫酸铜、次亚磷酸钠、甲醛、乙二胺四乙酸二钠、硫脲，所有试剂均为分析纯。

1.2工艺流程

除油——去离子水洗——酸碱改性处理——去离子水洗——壳聚糖溶液浸泡——干燥——硫酸铜溶液浸泡——干燥——次亚磷酸钠涂敷——干燥——激光活化——化学镀铜

1.2.1除油

将聚酰亚胺薄膜放在无水乙醇中进行超声波除油6min。

1.2.2酸碱改性处理

在30℃，将聚酰亚胺薄膜在10%NaOH溶液中浸泡8min，并用10mL/L的盐酸进行中和。

1.2.3活化液处理

将PI薄膜浸入0.5%的壳聚糖溶液中10—30min后，再在15g/L硫酸铜溶液浸泡15-25min，干燥后，在将30g/L次磷酸钠和明胶的混合溶液涂敷于PI薄膜上。

1.2.4激光诱导活化

设置激光诱导参数为：光斑直径0.3mm，功率13W，扫描速率5500mm/s.对涂敷基体进行诱导活化。

1.2.5化学镀铜

化学镀铜的镀液配方：硫酸铜7g/L，乙二胺四乙酸钠23g/L，甲醛15mL/L，氢氧化钠8g/L，

硫脲0.6mg/L，pH12，温度30-40℃，时间30min。

1.3性能测试

采用接触角测量仪检测改性前后基体表面的亲水性。利用髙分辨冷场发射扫描电子显微镜观察改性处理前后和活化后基体的表面形貌。采用奥林巴斯显微镜观察化学镀铜层的镀覆效果。

2结果与分析

2.1酸碱处理前后基体的表面形貌和亲水性

改性前PI薄膜表面光滑，而经酸碱处理 8 min 后的聚酰亚胺薄膜表面变粗糙，表面出现了部分尖形突起，这说明酸碱处理对 PI 薄膜表面具有蚀刻作用。

由图1可知，PI薄膜的水接触角约为75°，酸碱处理后降至29°，说明酸碱改性处理可以显著的提高PI薄膜的亲水性，良好的亲水性为涂敷活化液创造了有利的条件。

2.2激光诱导后基体的表面形貌

经酸碱处理后的PI薄膜能有效吸附活化液，形成均匀的活化层，经激光诱导后形成大量的胞状微粒。

2.3化学镀铜层的表面形貌

由图2可知，化学镀铜层边缘整洁，金属层无脱落、鼓泡现象出现，铜镀层与聚酰亚胺基体的黏附情况良好

3结论

通过酸碱改性处理对于PI薄膜表面进行改性，然后通过激光诱导活化在PI薄膜上生成铜微粒，最终在PI薄膜上实现无靶活化化学镀铜，酸碱处理中氢氧化钠溶液浓度为10%，处理时间最佳为8min，PI薄膜表面粗糙度大幅度提高，亲水性增强，在经激光诱导活化和化学镀铜后，镀铜层表面均匀，金属边缘整洁。

参考文献：

[1]眭玲. 聚酰亚胺在锂离子电池负极材料中的应用及其电化学性能研究[D].江西师范大学，2019.

[2]陈恒水.聚酰亚胺复合材料在微电子领域的应用研究[J].塑料科技，2020，48（06）：48-51.

[3]张立红，唐光超，崔开放.聚酰亚胺薄膜飞秒激光蚀刻和激光诱导活化后化学镀铜[J].电镀与涂饰，2020，39（21）：1477-1480.

[4]阙正波，王晓东，黄培，吕亮.酸碱处理对聚酰亚胺薄膜的表面改性[J].高分子材料科学与工程，2010，26（05）：39-42.

[5]慕慧峰，刘凯，李中华，满彦汝，舒明，高原.酸碱处理条件对聚酰亚胺薄膜表面改性的影响[J].电镀与涂饰，2016，35（24）：1286-1290.

[6]王跃峰. 柔性基材表面改性催化铜沉积的研究与应用[D].电子科技大学，2020.

基金项目：

西南科技大学大学生创新创业训练项目（S202010619037）

（作者单位：西南科技大学）