绝缘基材表面金属图形及增材制造方法技术

本发明专利技术提供一种绝缘基材表面金属图形及增材制造方法，目前，在柔性基材表面的金属增材制造存在基材与沉积层界面强、结合力弱的问题，本发明专利技术在绝缘基材表面增设改性活化层作为桥接层，催化性金属离子在活化层中均匀分布，通过化学活化在活化层中还原金属单质作为催化层，配合后续化学镀工艺即可形成致密、光亮、结合力强的镀层，此种方法得到的金属增材产品沉积层与基材界面弱、结合牢固，增强了导电线路弯曲、折叠应力性能。折叠应力性能。折叠应力性能。

【技术实现步骤摘要】
绝缘基材表面金属图形及增材制造方法


[0001]本专利技术属于化学活化及化学镀领域，具体涉及一种绝缘基材表面金属图形及增材制造的方法。

技术介绍

[0002]柔性导电线路在柔性电子中主要用于元器件的连接，能够在弯曲、折叠、拉伸状态下确保电子产品正常工作，是柔性电子的重要组成部分。金属薄膜，特别是铜，它具有高的导电性、良好的柔韧性和价格便宜等优点，是目前最常用的柔性金属导电材料。采用可溶性改性溶液活化柔性基材并催化铜沉积的方法，可以在柔性基材表面沉积铜导电线路，实现柔性导电线路的精确制作。
[0003]要在柔性基材上实施铜线路沉积，柔性基材上须预涂有催化活性图形。由于基材表面的惰性和低表面能，通常需要对基材进行选表面改性处理，使基材在预设位置固定催化剂(钯、银、钴、铜等)来启动化学镀铜反应，新沉积的铜进一步做催化剂催化铜沉积，最终在预设位置形成铜导电线路和器件。因此，柔性基材表面催化层的制作与研究在化学沉积铜线路中起到关键性的作用。
[0004]柔性基材表面改性，一般是配制改性溶液对基材表面粗化、改变基材表面成分，这种改性方法经济、高效、适合批量化生产。柔性导电线路在弯曲、折叠状态下电子产品能够正常工作是衡量柔性导电线路的重要指标，但现有增材制造表面处理方法存在强界面、界面结合力弱的问题，比如中国专利《一种化学镀铜活化剂及其制备方法和基于该活化剂的全加成制作线路的方法》(申请公布号：CN109487249A)中公开：使用空气等离子体来活化处理基材表面，进而将催化性金属离子还原为金属单质。该方法得到的金属增材产品界面明显，基材与沉积层结合力相对较弱。然而，要尽可能地减弱界面作用，才可以提高沉积层与基材的结合力。采用化学活化的方式，对改性基材进行还原性处理，基材活化层中的催化性金属离子被还原为催化金属单质，金属单质嵌在活化层中作为后续化学镀的催化剂，此种方法得到的金属增材产品沉积层与基材结合牢固，增强了导电线路弯曲、折叠应力性能。化学表面活化的方法，具有操作方便、活化均匀、反应速率易调控、反应时间易控制、成本低、原料廉价易得等优点。化学镀铜温度通常在45℃左右，不会对柔性基材造成损伤，采用化学镀的方法沉积的铜导电线路具有良好的导电性，通常线路电导率能达到块状铜电导率的60％以上。所以，柔性基材表面改性催化铜沉积在柔性电子制作方面具有广泛的应用前景和研究价值。

技术实现思路

[0005]针对现有柔性基材表面改性过程中等离子体处理等方式存在的不足，本专利技术提供一种在绝缘基材表面金属图形增材制造的方法。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种绝缘基材表面金属图形增材制造的方法，包括如下步骤：
[0008](1)改性溶液制备：首先，把10g丙二醇甲醚和1g硫脲加入密闭容器中，在室温下磁力搅拌得到无色透明溶液，然后，向上述得到的无色透明溶液中加入双酚A二缩水甘油醚10g，并继续磁力搅拌至其完全溶解，紧接着，再向上述反应液中加入硝酸银0.724g并继续磁力搅拌而得到淡黄色透明溶液；
[0009](2)PET基材表面前处理：将PET薄膜浸入装有无水乙醇的烧杯中，用超声波清洗仪在室温下清洗；乙醇浴清洗后的PET薄膜用去离子水冲洗，除去PET表面残留的乙醇，之后放入烘箱中，干燥得到干净的PET薄膜；
[0010](3)PET薄膜表面改性：室温下，向步骤(1)得到的淡黄色透明溶液中加入环氧树脂固化剂，磁力搅拌30min后将其均匀涂抹在步骤(2)得到的PET薄膜上，待涂抹的溶液固化后，得到改性后的PET薄膜；
[0011](4)PET薄膜表面活化：活化剂包括树脂微蚀剂和还原剂；首先，将改性后的PET薄膜置于50～80℃的树脂微蚀剂中处理30～120min，随后用去离子水冲洗其表面，再将其置于40～75℃的还原剂溶液中10～60min，得到表面附着黑色银单质的PET薄膜；
[0012](5)PET薄膜表面铜沉积：将步骤(4)活化后的PET薄膜置于化学镀液中沉积铜，在化学镀过程中，向镀液中通入空气提高镀液的稳定性，最终得到表面沉积铜层的PET基材产品。
[0013]作为优选方式，步骤(4)中活化剂的树脂微蚀剂用于蚀刻双酚A二缩水甘油醚聚合形成的环氧树脂，裸露出嵌在其中的催化性金属离子；还原剂用于通过强还原性将裸露出的催化性金属离子还原为金属单质，用作化学镀中的催化剂。
[0014]作为优选方式，步骤(4)活化剂中树脂微蚀剂为丙酮和乙二醇中的任意一种。
[0015]作为优选方式，步骤(4)所述活化剂中还原剂为硼氢化钠溶液，摩尔浓度优选为0.2～1.0mol/L。
[0016]作为优选方式，步骤(1)中把10g丙二醇甲醚和1g硫脲加入密闭容器中，在室温下200rpm的速度磁力搅拌15min得到无色透明溶液。
[0017]作为优选方式，步骤(3)加入2克环氧树脂固化剂593。
[0018]作为优选方式，步骤(5)所述化学镀液的配方具体如下：四水合酒石酸钾钠32g/L、二水合乙二胺四乙酸二钠2.5g/L、五水合硫酸铜12.5g/L、六水合硫酸镍3.5g/L、2,2'
‑
联吡啶10mg/L、三水合亚铁氰化钾23mg/L、氢氧化钠10g/L、甲醛溶液12ml/L。
[0019]作为优选方式，步骤(5)在化学镀铜过程中向镀液鼓入空气，空气流量优选为2.5～5cm3/min，镀液温度控制在36～45℃之间，化学镀时间控制在30～60min。
[0020]本专利技术还提供一种所述方法得到的绝缘基材表面金属图形。
[0021]本专利技术的原理具体如下：
[0022]本专利技术还原金属离子活化剂体系是作用于一种改性柔性基材体系中，在所述改性基材的改性溶液中，利用络合剂吸附催化剂离子(即金属离子)，进而可在体系中稳定存在。该改性体系避免了催化剂离子因被环氧树脂中的环氧基团还原为金属纳米颗粒而出现金属纳米颗粒催化剂团聚的现象，防止活化剂在喷墨打印过程中堵塞针孔，进而导致化学镀出的铜层不均匀。离子型活化剂能够保证催化剂离子均匀分布，在活化剂作用时，树脂微蚀剂首先会作用于样品表面，对所述改性活化层中的树脂进行蚀刻，进而将嵌入其中的催化性金属离子裸露出来。在后续的还原剂将催化剂金属离子原位还原为金属原子后，还原后
的金属原子也将作为催化剂催化化镀液中的铜离子，铜离子被金属还原剂还原为金属铜而沉积在基材表面，形成均匀的铜镀层。
[0023]相比其他活化技术，本专利技术的有益效果如下：
[0024]在本专利技术中，改性溶液作为桥接层，通过胶粘作用附着于柔性基材表面，两者的化学键合作用增强了结合力，催化剂金属离子均匀分布在改性溶液中，通过树脂微蚀剂对改性柔性基材表面蚀刻，进而化学还原剂硼氢化钠溶液对均匀分布在桥接层中的催化剂金属离子进行还原，得到催化金属层，配合后续化学镀工艺即可形成致密、光亮、附着力强的镀层。等离子体表面活化处理技术，存在着因强度不足而导致的处理时间过长、时效性短暂、容易产生二次污染本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘基材表面金属图形增材制造的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)改性溶液制备：首先，把10g丙二醇甲醚和1g硫脲加入密闭容器中，在室温下磁力搅拌得到无色透明溶液，然后，向上述得到的无色透明溶液中加入双酚A二缩水甘油醚10g，并继续磁力搅拌至其完全溶解，紧接着，再向上述反应液中加入硝酸银0.724g并继续磁力搅拌而得到淡黄色透明溶液；(2)PET基材表面前处理：将PET薄膜浸入装有无水乙醇的烧杯中，用超声波清洗仪在室温下清洗；乙醇浴清洗后的PET薄膜用去离子水冲洗，除去PET表面残留的乙醇，之后放入烘箱中，干燥得到干净的PET薄膜；(3)PET薄膜表面改性：室温下，向步骤(1)得到的淡黄色透明溶液中加入环氧树脂固化剂，磁力搅拌30min后将其均匀涂抹在步骤(2)得到的PET薄膜上，待涂抹的溶液固化后，得到改性后的PET薄膜；(4)PET薄膜表面活化：活化剂包括树脂微蚀剂和还原剂；首先，将改性后的PET薄膜置于50～80℃的树脂微蚀剂中处理30～120min，随后用去离子水冲洗其表面，再将其置于40～75℃的还原剂溶液中10～60min，得到表面附着黑色银单质的PET薄膜；(5)PET薄膜表面铜沉积：将步骤(4)活化后的PET薄膜置于化学镀液中沉积铜，在化学镀过程中，向镀液中通入空气提高镀液的稳定性，最终得到表面沉积铜层的PET基材产品。2.如权利要求1中所述的绝缘基材表面金属图形增材制造的方法，其特征在于：步骤(4)中活化剂的树脂微蚀剂用于蚀刻双酚A二缩水甘油醚聚合形成的环氧树脂，裸露出嵌在其中的催化性金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国云，李雄耀，李玖娟，王守绪，洪延，王翀，杨文君，
申请(专利权)人：江西电子电路研究中心，
类型：发明
国别省市：