一种改善有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法技术

本发明专利技术涉及表面处理技术领域，具体涉及一种提高有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法，包括步骤如下：(1)选用厚度和粗糙度合适的聚合物作为基材；(2)对基膜依次采用无水乙醇和去离子水超声波清洗，时间均为1～3min，吹干备用；(3)对基膜进行等离子体预处理，使用空气作为反应气体，气压为10～20Pa，离子源功率为20～45W，处理时间为1～15min；(4)在预处理后的基膜上继续沉积金属膜。该方法可显著提升沉积粒子的形核密度，有利于形成均匀致密的金属化薄膜。化薄膜。化薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种改善有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法


[0001]本专利技术涉及表面
，具体涉及一种改善有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法。

技术介绍

[0002]金属化薄膜广泛应用于包装、能源、电子电力、信息通讯、泛半导体、光学等领域，通常采用物理气相沉积技术如真空蒸镀、磁控溅射等方式在聚合物基体表面如PP、PI、PET等沉积Au、Ag、Cu、Al、Zn等金属及其化合物。由于金属化薄膜厚度较薄(通常≤100nm)，且制备过程中沉积速度较快，薄膜的厚度均匀性、连续性和致密性难以保证，从而严重影响其服役行为。如在电子电力领域常用的金属化薄膜电容器，由于金属层不够致密，微观孔洞、气隙等缺陷极易成为电容器服役过程中的“电弱点”，从而导致电容器容量下降，使用寿命降低；在包装行业，由于金属层致密度不够，容易造成封装后产品密封性和阻透性能差，从而影响其保鲜性能；在通信领域，手机电池用金属化薄膜，金属层致密度不高，影响导电性及安全性。综上可知，提升金属化薄膜的致密度至关重要，而薄膜的微观结构与其形核、生长过程密切相关。若薄膜形核不均匀，则后续生长过程更倾向于岛状生长，从而导致薄膜微观结构不致密，形成连续薄膜所需的沉积时间和厚度增加，影响了薄膜的光学、电学等特性。
[0003]等离子体预处理技术作为表面
中常见的处理手段，在物理气相沉积技术中应用广泛。利用电弧离子镀或者磁控溅射技术在金属或非金属基体上制备金属或者陶瓷薄膜时，通常采用辉光等离子体对基材进行预处理，随后在其上沉积薄膜。例如中国专利技术专利CN200810151059.5公开了一种钕铁硼磁体表面真空复合镀膜的制备方法，采用辉光放电等离子体技术“活化”基体表面。这种技术通常所使用的基体为金属或非金属材料，为了达到较为理想的效果，等离子体处理能量较强，处理时间也一般比较长，此种工艺往往不适合聚合物表面等离子体处理。此外，采用该工艺“活化”基体表面，其本质主要是去除基体表面污染物，且对基体有微刻蚀作用，主要作用是提升膜基结合力，所沉积薄膜的致密程度则主要取决于镀膜工艺的优化。在聚合物基体上镀膜时，等离子体预处理技术也常常被用到。如中国专利技术专利CN201510192732.X公开了一种聚合物材料产品的表面镀膜工艺，采用离子源对聚合物表面进行活化及改性处理。由于聚合物表面能比较低，直接在其上沉积薄膜极易导致结合力差，薄膜剥落。采用等离子体预处理可以打断有机物表面的C
‑
C、C
‑
H、C＝O等化学键，同时还可产生表面交联作用，增加表面能，从而提高薄膜结合力。因此，在聚合物基体上镀膜时，等离子体预处理技术也常常作为一种通用手段来提升结合力。然而，除提升结合力外，等离子体预处理对薄膜表面形核均匀性的影响却未见提及。
[0004]本专利技术利用等离子体预处理技术来改变聚合物表面的形核机制，提出了一种在有机基体上提高薄膜形核均匀性的方法，从而从根本上改善金属化薄膜的致密度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决在有机基体上制备金属化薄膜厚度均匀性、连续性和致密
性难以保证的问题。为了实现上述目的，本专利技术公开了一种提高有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法，包括以下步骤：
[0006]S1：选材：选择粗糙度为2～50nm，厚度为3～15μm的聚合物作为基材；
[0007]S2：清洗：对基材进行超声波清洗，吹干备用；
[0008]S3：等离子体预处理：将基材放入等离子体预处理设备中利用辉光等离子体进行等离子体预处理，预处理时间为1～15min；
[0009]S4：金属薄膜沉积：等离子体预处理完成后，在基材上继续沉积Au薄膜。
[0010]所述步骤S2中清洗依次采用无水乙醇和去离子水对基材进行超声波清洗，清洗时间均为1～3min。由于基材厚度较薄且不耐热，超声波清洗时间不宜过长，否则易发生卷曲和热损伤。
[0011]所述步骤S3中等离子预处理的具体过程如下：将基材放入等离子体预处理设备中并固定于样品台上，将设备抽真空至2
×
10
‑2Pa以下，打开电磁阀，通入空气，设置电源功率为20～45W，启动电源进行等离子预处理，预处理完成后关闭气体阀门，继续将设备抽真空2
×
10
‑2Pa以下。
[0012]所述等离子预处理过程中通入空气后气压为10～20Pa。
[0013]所述步骤S4中金属薄膜沉积的具体过程如下：待腔室本底真空度低于2
×
10
‑2Pa以下时，移开靶材表面的金属挡板，打开磁控溅射电源开关，沉积Au薄膜。设置溅射功率为4～30W，气压为5～10Pa，沉积时间为1～10s。
[0014]与现有技术比较，本专利技术的有益效果在于：现有等离子体预处理技术主要集中在提升膜基结合力上，而本专利技术利用等离子体前处理技术，在不损伤有机基体的前提下，改变了金属粒子的形核机制，由非均匀形核向均匀形核转变，最终形成了连续、致密的金属化薄膜。
附图说明
[0015]图1为等离子体预处理气压和时间对PP基膜润湿性能的影响规律(基膜厚度：6.8μm)；
[0016]图2为等离子体预处理功率和时间对PP基膜润湿性能的影响规律(基膜厚度：6.8μm)；
[0017]图3为离子体预处理前后PP基膜表面官能团的变化规律(基膜厚度：6.8μm)；
[0018]图4为BOPP基膜上Au金属膜AFM表面形貌，沉积时间4s，(a)BOPP基膜未处理，(b)BOPP基膜经过等离子体预处理；
[0019]图5为单晶硅基体上Au金属膜AFM表面形貌，沉积时间2s，(a)单晶硅基体未处理，(b)单晶硅基体经过等离子体预处理；
[0020]图6为超薄碳膜上Au金属膜TEM表面形貌，沉积时间5s，(a)超薄碳膜基体未处理，(b)超薄碳膜基体经过等离子体预处理；
[0021]图7为BOPP基膜上ZnAl金属膜SEM表面形貌，(a)BOPP基膜未处理，(b)BOPP基膜经过等离子体预处理。
具体实施方式
[0022]以下结合具体实施例，对本专利技术作进一步说明。
[0023]一种提高有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法，包括以下步骤：
[0024](1)选用双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)，其粗糙度Sa为3.4nm，薄膜厚度为6.8μm。
[0025](2)对BOPP基膜依次用无水乙醇和去离子水超声波清洗2min，烘干备用；
[0026](3)对BOPP基膜进行等离子体预处理，所用气体为空气，具体工艺为气压20Pa，功率45W，时间5min；
[0027](4)分别在未经过等离子预处理以及经过等离子预处理的BOPP基膜上采用磁控溅射技术沉积Au薄膜，所用气体为空气，沉积工艺为气压5Pa，溅射功率4W，时间为4s。
[0028]采用不同的等离子体清洗功率、气压和时间对BOPP基膜进行等离子体预处理，研究其对基材的物理、化学性能的影响，进而影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选材：选择粗糙度为2～50nm，厚度为3～15μm的聚合物作为基材；S2：清洗：对基材进行超声波清洗，吹干备用；S3：等离子体预处理：将基材放入等离子体预处理设备中利用辉光等离子体进行等离子体预处理，预处理时间为1～15min；S4：金属薄膜沉积：等离子体预处理完成后，在基材上继续沉积Au薄膜。2.如权利要求1所述的一种提高有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2中清洗依次采用无水乙醇和去离子水对基材进行超声波清洗，清洗时间均为1～3min。3.如权利要求1所述的一种提高有机基体上金属化薄膜形核均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S3中等离子预处理的具体过程如下：将基材放入等离子体预处理设备中并固定于样品台上，将设备抽真空至2
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨英，王芳，刘永康，王启民，郑军，王金兵，黄河，黄毅，
申请(专利权)人：安徽赛福电子有限公司，
类型：发明
国别省市：