聚苯醚基材表面改性及金属功能层制备技术研究
发布时间：2021-07-23 07:39
近年来,聚苯醚（PPO,Polyphenylene oxide）以其优异的介电性能和理化性质受到广泛的关注并衍生出诸多的电子产品,成为极具应用前景的高性能聚合物基材之一。然而聚苯醚本身固有的特性缺陷使其无法满足直接金属化的要求,经常会面临着不能镀覆、沉积不均和附着力不佳等问题,这极大地限制了其在高频高速化电子领域的应用和发展。基于此本论文提出了一种低成本、易操作、安全环保且高效的金属化工艺方法,该方法将表面预处理和接枝剂处理相结合实现对聚苯醚基材的表面改性进而制备出高质量的沉积铜层,其主要研究内容如下:（1）本论文通过对比试验从多种预处理工艺中综合选择出了酸性KMnO4和KOH的分步处理方案,并对其工艺参数进行优化,得到酸性KMnO4处理的优选参数为15 g/L于45℃下处理30 min,KOH处理的优选参数为100 g/L于80℃下处理90 min。经过上述处理后,可一定程度地改善PPO基材的表面粗糙度和浸润性。（2）分别使用多巴胺和硅烷偶联剂对PPO基材进行接枝改性从而在表面引入能够对活化离子产生吸附作用的活性基团,以保证后续化学沉积所形...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
再分配反应的机理示意图[24]
第一章绪论7Feng等人[34]以复合Ti50Al50为靶材，CH4作为反应气体，采用直流磁控溅射法在奥氏体不锈钢表面制备了Ti-Al-C涂层。结果表明沉积后的涂层组成主要是铝碳钙钛矿和铝的过饱和固溶体，且Ti/Al的比例与目标组分一致，而在800℃真空退火1h后仍然获得了较厚的热生长Ti2AlCMAX相涂层，同时Ti/Al比接近于相涂层中的计量比例，说明Al的高活性使得它在退火过程中迅速扩散到基底中，从而由Ti3AlC抗钙钛矿相转变为更稳定的Ti2AlCMAX相。(a)(b)(c)图1-2真空镀膜法原理示意图。(a)蒸发镀膜法；(b)磁控溅射镀膜法；(c)离子镀膜法[35]Shao等人[36]在真空条件下通过加热后冷却沉积制备了一系列含银的类石墨碳涂层，并对其沉积过程中衬底温度对银自发逸出行为的影响做出了探讨。研究结果得出，表面银层厚度会随着衬底温度由80℃升至250℃从150nm降到60nm，当温度达到300℃时即使样品暴露在空气之中2000h也不会产生银颗粒，在整个涂层沉积过程中，基体加热的热活化能促进类石墨碳团簇界面分离的银团簇的生长，从而抑制内外压差引起的银的自发逸出。1.3.2金属喷涂法金属表面喷涂法常用的有热喷涂技术、冷喷涂技术以及等离子喷涂等[37-39]几种方法。其中热喷涂技术应用最为成熟，其原理如图1-3所示，通过预先将待沉积金属材料加热成熔化或半熔化状态，再经过压缩空气的加速喷射到基材表面冷却后沉积形成金属层，其具体功能取决于涂层材料的选择。但在有机聚合物基材表面热喷涂时，高温高能的颗粒冲击到基材表面后易导致金属氧化以及对基体不良的热作用，冷喷涂技术的出现则很有效的解决了这个问题，该技术利用高压的氦气或氮气等气体携带金属颗粒加速至500m/s~700m/s在低温（不高于600℃）下进入喷枪喷到基材表面形成喷涂层。等离子喷涂技术包括低压等离
电子科技大学硕士学位论文8Malachowska等人[40]使用三种市售铜粉作为金属材料利用冷喷涂技术对聚酰胺进行金属化处理，此外，铜粉会预先在H2中进行处理以除去氧化层并降低其临界速度。结果表明铜粉的形态以及粉末中的含氧量影响着聚酰胺基材表面金属层的制备，树枝状粉末以及采用N2更利于金属键的形成，能够有效改善电导率不足的问题。图1-3热喷涂图工艺原理图[39]1.3.3化学镀法化学镀技术是指不通过外界动力而是利用合适的还原剂在溶液中发生的氧化还原作用使得金属离子在聚合物基材表面还原沉积形成金属层的过程，又称为无电解镀或自催化镀技术。化学镀制备的金属层均匀连续、厚度可控且不受外形限制，所需的工艺设备简单，形成的镀层电学、力学以及化学性能良好，目前广泛应用于电子基板金属化过程中。Guo等人[41]使用AgNO3代替常规的PdCl2作为活化剂在涤纶织物上进行了化学镀铜，降低了电镀成本实现了工艺改进。通过扫描电子显微镜（SEM,ScanningElectronMicroscope），能量色散光谱（EDX,EnergyDispersiveX-Ray），X射线衍射分析（XRD,X-RayDiffraction）和X射线光电子能谱（XPS,X-RayPhotoeletronSpectroscopy）对无涂层和镀铜涤纶织物进行了表征，结果显示出镀铜涤纶有很好的屏蔽效能可用于EMI屏蔽。Liao等人[42]通过将无颗粒的AgNO3油墨作为镀铜活化剂印刷在PET或PI薄膜上形成图案，再对喷墨印刷的样品进行化学镀从而制备出导电率高达块状铜的83％的图形化铜层，经过进一步研究发现在这些聚合物基材上显示出良好对的附着力，其工艺流程如图1-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷喷涂复合加工制造技术及其应用[J]. 李文亚,曹聪聪,杨夏炜,徐雅欣. 材料工程. 2019(11)
[2]新一代印制电路板的命脉——高性能基材[J]. 龚永林. 印制电路信息. 2018(08)
[3]铬酸处理的超高分子量聚乙烯板材粘结性研究[J]. 齐宏岗,王跃平. 上海塑料. 2018(02)
[4]高速传输中印制电路基板电学性能的研究[J]. 高亚丽,陈苑明,王守绪,何为,周国云,苏新虹,胡新星,吴世平. 印制电路信息. 2018(05)
[5]高分子表面金属化技术[J]. 姚卫国,鲁姗姗,窦艳丽,管东波,王晓伟. 化工进展. 2018(05)
[6]Preparation of Ti2AlC MAX Phase Coating by DC Magnetron Sputtering Deposition and Vacuum Heat Treatment[J]. Zongjian Feng,Peiling Ke,Aiying Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2015(12)
[7]马来酸酐再分配聚苯醚改性环氧树脂的研究[J]. 陈文静,李忠伦,邹华维,刘鹏波. 热固性树脂. 2015(01)
[8]高锰酸钾溶液粗化环氧树脂板的研究[J]. 王秀文,姜洪艳,刘志鹃,王增林. 电镀与精饰. 2006(06)
[9]真空镀膜技术在塑料表面金属化上的应用[J]. 白秀琴,李健,严新平,赵春华. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2005(06)
[10]聚苯醚共混体系的研究进展[J]. 李宁,王汝敏,赵瑾,顾军渭. 工程塑料应用. 2005(03)
博士论文
[1]聚苯醚/弹性体复合材料的制备及性能[D]. 蒋智杰.华南理工大学 2013
本文编号：3298877
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
再分配反应的机理示意图[24]
第一章绪论7Feng等人[34]以复合Ti50Al50为靶材，CH4作为反应气体，采用直流磁控溅射法在奥氏体不锈钢表面制备了Ti-Al-C涂层。结果表明沉积后的涂层组成主要是铝碳钙钛矿和铝的过饱和固溶体，且Ti/Al的比例与目标组分一致，而在800℃真空退火1h后仍然获得了较厚的热生长Ti2AlCMAX相涂层，同时Ti/Al比接近于相涂层中的计量比例，说明Al的高活性使得它在退火过程中迅速扩散到基底中，从而由Ti3AlC抗钙钛矿相转变为更稳定的Ti2AlCMAX相。(a)(b)(c)图1-2真空镀膜法原理示意图。(a)蒸发镀膜法；(b)磁控溅射镀膜法；(c)离子镀膜法[35]Shao等人[36]在真空条件下通过加热后冷却沉积制备了一系列含银的类石墨碳涂层，并对其沉积过程中衬底温度对银自发逸出行为的影响做出了探讨。研究结果得出，表面银层厚度会随着衬底温度由80℃升至250℃从150nm降到60nm，当温度达到300℃时即使样品暴露在空气之中2000h也不会产生银颗粒，在整个涂层沉积过程中，基体加热的热活化能促进类石墨碳团簇界面分离的银团簇的生长，从而抑制内外压差引起的银的自发逸出。1.3.2金属喷涂法金属表面喷涂法常用的有热喷涂技术、冷喷涂技术以及等离子喷涂等[37-39]几种方法。其中热喷涂技术应用最为成熟，其原理如图1-3所示，通过预先将待沉积金属材料加热成熔化或半熔化状态，再经过压缩空气的加速喷射到基材表面冷却后沉积形成金属层，其具体功能取决于涂层材料的选择。但在有机聚合物基材表面热喷涂时，高温高能的颗粒冲击到基材表面后易导致金属氧化以及对基体不良的热作用，冷喷涂技术的出现则很有效的解决了这个问题，该技术利用高压的氦气或氮气等气体携带金属颗粒加速至500m/s~700m/s在低温（不高于600℃）下进入喷枪喷到基材表面形成喷涂层。等离子喷涂技术包括低压等离
电子科技大学硕士学位论文8Malachowska等人[40]使用三种市售铜粉作为金属材料利用冷喷涂技术对聚酰胺进行金属化处理，此外，铜粉会预先在H2中进行处理以除去氧化层并降低其临界速度。结果表明铜粉的形态以及粉末中的含氧量影响着聚酰胺基材表面金属层的制备，树枝状粉末以及采用N2更利于金属键的形成，能够有效改善电导率不足的问题。图1-3热喷涂图工艺原理图[39]1.3.3化学镀法化学镀技术是指不通过外界动力而是利用合适的还原剂在溶液中发生的氧化还原作用使得金属离子在聚合物基材表面还原沉积形成金属层的过程，又称为无电解镀或自催化镀技术。化学镀制备的金属层均匀连续、厚度可控且不受外形限制，所需的工艺设备简单，形成的镀层电学、力学以及化学性能良好，目前广泛应用于电子基板金属化过程中。Guo等人[41]使用AgNO3代替常规的PdCl2作为活化剂在涤纶织物上进行了化学镀铜，降低了电镀成本实现了工艺改进。通过扫描电子显微镜（SEM,ScanningElectronMicroscope），能量色散光谱（EDX,EnergyDispersiveX-Ray），X射线衍射分析（XRD,X-RayDiffraction）和X射线光电子能谱（XPS,X-RayPhotoeletronSpectroscopy）对无涂层和镀铜涤纶织物进行了表征，结果显示出镀铜涤纶有很好的屏蔽效能可用于EMI屏蔽。Liao等人[42]通过将无颗粒的AgNO3油墨作为镀铜活化剂印刷在PET或PI薄膜上形成图案，再对喷墨印刷的样品进行化学镀从而制备出导电率高达块状铜的83％的图形化铜层，经过进一步研究发现在这些聚合物基材上显示出良好对的附着力，其工艺流程如图1-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷喷涂复合加工制造技术及其应用[J]. 李文亚,曹聪聪,杨夏炜,徐雅欣. 材料工程. 2019(11)
[2]新一代印制电路板的命脉——高性能基材[J]. 龚永林. 印制电路信息. 2018(08)
[3]铬酸处理的超高分子量聚乙烯板材粘结性研究[J]. 齐宏岗,王跃平. 上海塑料. 2018(02)
[4]高速传输中印制电路基板电学性能的研究[J]. 高亚丽,陈苑明,王守绪,何为,周国云,苏新虹,胡新星,吴世平. 印制电路信息. 2018(05)
[5]高分子表面金属化技术[J]. 姚卫国,鲁姗姗,窦艳丽,管东波,王晓伟. 化工进展. 2018(05)
[6]Preparation of Ti2AlC MAX Phase Coating by DC Magnetron Sputtering Deposition and Vacuum Heat Treatment[J]. Zongjian Feng,Peiling Ke,Aiying Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2015(12)
[7]马来酸酐再分配聚苯醚改性环氧树脂的研究[J]. 陈文静,李忠伦,邹华维,刘鹏波. 热固性树脂. 2015(01)
[8]高锰酸钾溶液粗化环氧树脂板的研究[J]. 王秀文,姜洪艳,刘志鹃,王增林. 电镀与精饰. 2006(06)
[9]真空镀膜技术在塑料表面金属化上的应用[J]. 白秀琴,李健,严新平,赵春华. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2005(06)
[10]聚苯醚共混体系的研究进展[J]. 李宁,王汝敏,赵瑾,顾军渭. 工程塑料应用. 2005(03)
博士论文
[1]聚苯醚/弹性体复合材料的制备及性能[D]. 蒋智杰.华南理工大学 2013
本文编号：3298877
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