一种在聚合物制品表面上形成导电迹线的方法技术

本发明专利技术涉及通过以下方式在聚合物制品的表面上制作导电迹线：对待金属化的区域使用激光激发，然后用金属盐溶液活化经激光处理的区域，稍后用蒸馏水冲洗所述制品，再将所述活化区域在化学镀浴中进行金属化。本发明专利技术的目的是制作电路的具有成本效益的导电迹线以应用于3D模制互连器件，提高所述电路迹线的质量，改进选择性金属化工艺。通过实验选择用于表面激发的照射剂量和扫描参数，前提条件是在经激光照射的区域的表面上出现负静电荷。所选参数确保避免聚合物的任何表面降解。所述方法中使用的活化溶液是由一种所选的盐组成的水溶液，所述盐包括：银盐、铜盐、镍盐、钴盐、锌盐、铬盐、锡盐。

A Method of Forming Conductive Traces on the Surface of Polymer Products

The present invention relates to the preparation of conductive traces on the surface of polymer products by laser excitation for metallized areas, activation of laser treated areas with metal salt solution, washing of the products with distilled water later, and metallization of the activated areas in an electroless plating bath. The object of the present invention is to fabricate a cost-effective conductive track of a circuit for application in 3D modeled interconnection devices, to improve the quality of the track of the circuit and to improve the selective metallization process. The irradiation dose and scanning parameters for surface excitation are selected experimentally, on the premise that negative electrostatic charges appear on the surface of the region irradiated by laser. The selected parameters ensure that any surface degradation of the polymer is avoided. The activation solution used in the method is an aqueous solution composed of a selected salt, which comprises silver salt, copper salt, nickel salt, cobalt salt, zinc salt, chromium salt and tin salt.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种在聚合物制品表面上形成导电迹线的方法
本专利技术涉及在聚合物制品的表面上对待金属化的区域使用激光激发制备导电迹线，然后用金属盐溶液活化经激光处理的区域，然后在化学镀浴中金属化该活化区域。本专利技术旨在用于在3D模制互连器件中形成导电迹线。
技术介绍
WO2002023962(2000-09-18)描述了聚合物的选择性金属化方法，该聚合物在表面温度增加到高于热分解的临界值之后易于碳化。该方法包括通过激光照射活化所选区域，使得所述区域被碳化。经激光处理的区域变为导电的。稍后可通过将制品浸没在化学镀浴中或使用电镀金属化工艺，对制品进行选择性金属化。该已知方法的缺点在于导电区域的形成仅适用于易于碳化的聚合物，例如甲醛树脂、聚酰亚胺、糠醇聚合物。此外，碳化后的表面是脆性的，并且在金属化步骤之后金属层仅是弱粘附的。US2015/322574(2015-11-12)描述了用于非导电材料表面的选择性无电金属化的预处理方法，并且提供了适用于预处理的化学溶液。该已知方法的缺点在于该方法仅适用于已经含有催化剂的区域。使用LDS(LPKF法激光直接成型)材料(在激光处理后具有分散在聚合物中用于催化剂形成的特殊添加剂)作为实例。与标准聚合物相比，LDS材料非常昂贵。专利US2015/322574指出：“非导电材料任选地含有一种或多种金属或金属化合物。金属化合物包括金属氧化物、金属硅酸盐、金属磷酸盐和金属螯合物”。在用Nd:YAG纳秒激光照射IDS材料之后使用预处理方法。此外，该专利中给出的所有实例均使用LDS材料。根据实例1；表1，该方法公开了用于PCB的聚合物的选择性图案化，其包括取PC/ABS聚合物，用激光选择性照射，浸入催化剂溶液并用铜进行无电镀，然而，使用所提到的不含LDS添加剂的聚合物材料时，铜未沉积在照射区域上。US2004026254(2004-02-12)描述了介电材料的选择性金属化，其中所述介电材料涂覆有包含导电材料的有源层。通过激光烧蚀有源层，以便由其余层形成导电区域，然后进行金属化步骤。陶瓷或聚合物可用作介电材料。沉积的有源层是导电聚合物，其包含共聚的吡咯、呋喃、噻吩和/或它们的衍生物聚-3,4-乙烯-二氧噻吩。活化层也可以由金属硫化物和/或金属多硫化物组成。通过电镀金属化工艺进行金属化。该已知方法的缺点在于该方法包括关于活化层沉积的附加技术步骤。此外，其在曲面上的沉积非常具有挑战性。因此，3D表面的处理变得复杂。EP2311048(2009-08-07)描述了一种用于提高成形聚合物主体表面的导电性的方法，包括以下步骤：a)提供包含碳纳米管(CNT)的至少一个聚合物相的成形聚合物主体；b)对成形聚合物主体表面进行热处理以提高处理后表面的导电性，其中热处理包括加热至等于或高于所述至少一个聚合物相的熔融温度的温度；c)使用电镀金属化工艺对所形成的导电区域进行金属化。该已知方法具有若干缺点。该方法可以仅通过将CNT添加到共混物中而应用于聚合物材料。然而，CNT是一种昂贵的材料并且显著增加了产品的最终成本。而且，CNT材料对健康有害。此外，在该方法中仅提及电镀沉积工艺。US2003031803(2003-02-13)描述了一种基板部件的选择性金属化方法，包括以下三个步骤：a)在所述部件层上沉积前体复合材料，该前体复合材料由掺杂有由光还原材料制成的介电粒子的聚合物基质组成；b)用激光束照射基板的待金属化表面；c)将照射部分浸入含有金属离子的自催化浴中，其中在照射表面上进行金属层的沉积。介电粒子的尺寸等于或小于0.5微米。介电粒子是选自ZnO、TiO2、ZrO2、Al2O3和CeO2的氧化物。复合材料层约为1微米厚，并且复合材料采用脉冲激光沉积涂覆。该已知方法的缺点在于涉及用介电粒子对非常薄的层进行预涂覆的步骤限制了3D模制互连器件应用的方法能力。US2005/266352公开了在由聚酰亚胺制成的制品的区域中形成金属图案的方法，其中沉积在聚酰胺上的接枝聚合物层含有与无电镀催化剂或其前体相互作用的官能团。该已知方法的缺点在于此工艺被各种基板(基底)材料限制为唯一聚酰胺。而且，接枝聚合物的选择也严格限于少数材料。另外，接枝聚合物层在基底材料上的沉积也是复杂的，并且延长了工艺时间(作为附加步骤)，尤其是对于3D成形表面而言。EP1975276(20070330)描述了一种制备聚合物制品以进行随后的选择性金属化的方法。该方法包括将制品浸没在第一液体中，并通过电磁辐射照射浸没在该液体中的制品的待金属化的制品区域。金属化包括通过将制品浸没在活化液体中以将晶种粒子沉积在所选区域中的活化步骤，其中晶种粒子是钯粒子，并且活化液体包含钯锡盐溶液。在活化步骤之后冲洗制品，然后金属化包括在活化步骤之后通过将制品浸没在沉积液体中，并以这种方式金属化所选区域的沉积步骤。该已知方法具有以下缺点：当制品浸没在液体中时进行激光照射过程，并且3D成型表面的应用变得非常复杂或几乎不可能。由于利用钯纳米粒子，该方法的空间选择性很低。原因是钯具有非常强的吸附性，即使对于未暴露于激光的表面区域也是如此。因此，金属沉积不仅可以在经激光处理的表面上进行，而且可以在其旁边进行。而且，该过程非常缓慢，因为激光成型需要多次通过相同的表面区域。此外，钯的价格非常高。待解决的技术问题本专利技术的目的是在不使用任何特殊添加剂的情况下，在聚合物表面上制造具有成本效益的金属导电迹线，以用于3D模制互连器件中的应用。此外，所提出的方法能够通过增加其空间分辨率和改善金属化工艺的选择性来提高电路迹线(导线)的质量。
技术实现思路
为了根据本专利技术解决上述问题，提供了一种在聚合物制品表面上形成导电迹线的方法，该方法包括以下步骤：-通过照射聚合物制品上要沉积金属的区域来对表面进行激光处理，从而形成激光激发区域，其中聚合物制品由选自热塑性塑料或热固性塑料或其混合物制成，-通过将所述聚合物制品浸没在化学活化溶液中来化学活化所述激光激发区域，其中金属离子附着在所述激光激发区域上，从而获得活化区域，-冲洗所述聚合物制品，-通过将所述聚合物制品浸没在化学金属化浴中，对活化聚合物表面区域进行金属镀覆，其中所述待金属镀覆的表面区域的激光处理在空气环境中进行，并且通过实验选择短脉冲持续时间、照射剂量和激光束扫描参数，使得在照射后在所述聚合物制品的表面上形成还原基团，其中还原剂将所述化学活化溶液中的金属离子还原成中性金属原子或零电离度，以实现无电催化镀覆过程，从而在所述激光照射区域的表面上出现负静电荷(3)，这避免了所述聚合物制品的任何表面降解，其中用于化学活化的活化溶液是选自以下盐列表的金属盐的水溶液：银(Ag)盐、铜(Cu)盐、镍(Ni)盐、钴(Co)盐、锌(Zn)盐、铬(Cr)盐、锡(Sn)盐。聚合物制品的聚合物材料选自聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、液晶聚合物(LCP)、环烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯醚(PPE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)或它们的共混物。聚合物制品由聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物的共混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在聚合物制品表面上形成导电迹线的方法，所述方法包括以下步骤：‑通过照射所述聚合物制品上要沉积金属的区域来对所述表面进行激光处理，从而形成激光激发区域，其中所述聚合物制品由热塑性塑料或热固性塑料或其混合物制成，‑通过将所述聚合物制品浸没在化学活化溶液中来化学活化所述激光激发区域，其中金属离子附着在所述激光激发区域上，从而获得活化区域，‑冲洗所述聚合物制品，‑通过将所述聚合物制品浸没在化学金属化浴中，对活化聚合物表面区域进行金属镀覆，其特征在于，对待金属镀覆的表面区域的激光处理在空气环境中进行，并且通过实验选择短脉冲持续时间、照射剂量和激光束扫描参数，使得在照射后在所述聚合物制品的所述表面上形成还原基团，其中还原剂将所述化学活化溶液中的金属离子还原成中性金属原子或零电离度，以实现无电催化镀覆过程，从而在所述激光照射区域的所述表面上出现负静电荷(3)，这避免了所述聚合物制品的任何表面降解，其中用于化学活化的所述活化溶液是选自以下盐列表的金属盐的水溶液：银盐、铜盐、镍盐、钴盐、锌盐、铬盐、锡盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.13 LT LT20165141.一种在聚合物制品表面上形成导电迹线的方法，所述方法包括以下步骤：-通过照射所述聚合物制品上要沉积金属的区域来对所述表面进行激光处理，从而形成激光激发区域，其中所述聚合物制品由热塑性塑料或热固性塑料或其混合物制成，-通过将所述聚合物制品浸没在化学活化溶液中来化学活化所述激光激发区域，其中金属离子附着在所述激光激发区域上，从而获得活化区域，-冲洗所述聚合物制品，-通过将所述聚合物制品浸没在化学金属化浴中，对活化聚合物表面区域进行金属镀覆，其特征在于，对待金属镀覆的表面区域的激光处理在空气环境中进行，并且通过实验选择短脉冲持续时间、照射剂量和激光束扫描参数，使得在照射后在所述聚合物制品的所述表面上形成还原基团，其中还原剂将所述化学活化溶液中的金属离子还原成中性金属原子或零电离度，以实现无电催化镀覆过程，从而在所述激光照射区域的所述表面上出现负静电荷(3)，这避免了所述聚合物制品的任何表面降解，其中用于化学活化的所述活化溶液是选自以下盐列表的金属盐的水溶液：银盐、铜盐、镍盐、钴盐、锌盐、铬盐、锡盐。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物制品的聚合物材料选自聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、液晶聚合物、环烯烃共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚苯醚、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或它们的共混物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚合物制品由聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物的共混物制成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用脉冲或连续波激光进行激光表面处理，其中激光源的波长包括红外、可见和紫外范围，其中所述照射剂量在0.1-50J/cm2的范围内，并且所述激光扫描速度在0.1-5m/s的范围内，其中所述照射剂量和扫描速度是通过实验选择的，前提条件是经照射的带电区域变得有活性以吸附和还原盐水溶液中的金属离子。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用脉冲持续时间为0.1ps至900ps、脉冲重复频率为10至200kHz且...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉托塔斯·卡洛里斯，拉斯凯提斯·格迪米纳斯，嘉明尼·埃尔多纳，斯坦科维奇·伊娜，诺库斯·乌金尤思，
申请(专利权)人：国家科学研究所物理和技术科学中心，
类型：发明
国别省市：立陶宛,LT