一种聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法，其在现有技术的基础上，通过采用带中心通孔的掩模板，将其水平放置在聚合物基板上，并在掩模板的上表面均匀涂抹上一层强力粘结胶；然后再沉积上金属涂层，并利用掩膜板厚度大于金属涂层厚度，使得在拉力测试装置施加拉力时，在界面处只会发生通孔下方金属涂层与聚合物之间的界面分离。巧妙地解决了现有技术所存在的“所检测到的金属涂层与聚合物之间的粘结力数值，实际上是真实的金属涂层与聚合物之间的粘结力与上述金属涂层边缘处断裂所产生内聚力的耗损值二者的合力”的技术问题。本发明测量结果真实、准确，具有普适性。
【专利说明】
一种聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种复合材料界面结合力的测量方法，尤其涉及一种金属涂层和聚合物粘结力的测量方法，属于复合材料界面强度检测技术领域。
【背景技术】
[0002]金属聚合物双层复合结构在电子器件、生物医学设备、光栅结构以及传感器等领域的广泛应用。
[0003]金属涂层和聚合物之间的粘结力的大小直接关系到结构的质量，进而影响到器件的性能。其中粘结力来源于金属涂层和聚合物界面之间分子间的相互作用。因此金属涂层和聚合物之间粘结力的检测至关重要。
[0004]图1为现有技术的测量方法的流程图。如图1所示，现有技术的金属涂层聚合物粘结力测量方法，主要步骤如下:
[0005]首先，将聚合物基板101固定；
[0006]然后，在聚合物基板上表面沉积一层金属涂层102;
[0007]之后，拉力装置104通过强粘结力胶103与金属涂层102固结在一起；
[0008]最后，拉力装置104垂直向上施加拉力，直至金属涂层102与聚合物基板101分离，进而测得金属涂层102和聚合物101之间的粘结力。
[0009]但是，现有技术的金属涂层聚合物粘结力测量方法，当拉力装置施加荷载使金属涂层102与聚合物1I的界面分离时，在图中原103与102的结合位置处(图中用圆圈标识)，将受到与拉力垂直的侧向力的作用，进而导致金属涂层102产生断裂。
[0010]而，金属涂层102边缘处的断裂所产生的内聚力耗损，无法扣除。所以，现有技术的测量方法所检测到的金属涂层与聚合物之间的粘结力数值，实际上是真实的金属涂层与聚合物之间的粘结力与上述内聚力的耗损值，二者的合力。
[0011]亦即，现有技术的测量方法，其测量结果是不真实、不精确的。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是，提供一种检测结果真实、准确，并且操作简便的金属涂层和聚合物粘结力的测量方法。
[0013]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0014]第一步，将预先开设有一中心通孔的掩模板水平放置在聚合物基板上，并在掩模板的上表面均匀涂抹上一层强力粘结胶；
[0015]然后，在聚合物基板的掩模板所在一侧的表面上沉积一层金属，形成金属涂层；
[0016]上述金属涂层的厚度小于所述掩模板的厚度；
[0017]第二步，在上述金属涂层上，再涂上一层紫外光刻胶，使用紫外光照射至固化定型，制得待测板片；
[0018]此时，待测板片上的紫外光刻胶层的上表面为一平面；
[0019]第三步，将待测板片的紫外光刻胶一侧表面通过第一真空吸盘吸附在拉力测试装置的载物台上，另一侧表面通过带有挂钩的第二真空吸盘吸附住，并将第二真空吸盘的挂钩勾挂在拉力测试装置上；
[0020]上述中心通孔的边界线全部处于上述第一真空吸盘所覆盖的区域内部；
[0021]第四步，启动拉力测试装置，沿待测板片的垂直方向上施加拉力，直至待测板片的聚合物基板与金属涂层分离;与此同时，记录拉力测试装置的度数Fo;
[0022]并按下式计算得到金属涂层与聚合物之间的粘结力F:
[0023]F=Fo-(Gi+G2)；
[0024]上式中=G1S聚合物基板的重量，G2为第二真空吸盘的重量。
[0025]上述技术方案直接带来的技术效果是，引入掩膜板，利用掩膜板上开设的通孔，以及掩膜板的厚度大于金属涂层厚度，这一简单、实用的技术手段，使得进行金属涂层与聚合物界面的粘结力测量时，仅能够测量掩模板孔洞处金属涂层和聚合物界面之间的粘结力:在拉力测试装置施加拉力的作用下，在界面处只会发生金属涂层与聚合物之间的界面分离，而不会出现现有技术中金属涂层边缘断裂的现象，巧妙地解决了现有技术所存在的“所检测到的金属涂层与聚合物之间的粘结力数值，实际上是真实的金属涂层与聚合物之间的粘结力与上述内聚力的耗损值二者的合力”的技术问题。
[0026]显而易见，上述技术方案的测量方法，其测量结果真实、准确，测量精度可控。
[0027]更为重要的是，上述技术方案的技术原理决定了，这种层间结合力的测量方法具有普适性:既可用于金属涂层与聚合物基材之间的结合力的测量，也可用于金属基材的表面涂层与金属基材之间的结合力的测量，还可用于其他材质的基材与其表面涂层之间的粘合力的精确测量。
[0028]上述技术方案中，通孔之所以开设置在中心(点)处，目的是使得待测板片的重心点与该通孔的中心点重合，进而保证拉力测试装置上施加拉力过程中，待测板片始终保持“绝对”的水平状态，从而保证测量结果尽可能地达到理想的精度。
[0029]需要说明的是:
[0030]1、金属涂层与聚合物界面之间的粘结力小于金属涂层与强力粘结胶之间的粘结力，并且小于紫外光刻胶与金属涂层之间的粘结力。
[0031]2、上述技术方案中，中心通孔的形状实际上可以为任意形状，只要是面积易于计算，并且该中心通孔的边界线全部处于第一真空吸盘所覆盖的区域内部即可。
[0032]3、实验过程中，金属涂层不必要控制成一个平面。也就是说，在中心通孔的边界线内部的区域范围内的金属涂层在竖直方向的标高，允许低于其周边区域在竖直方向的标高。简言之，就是金属涂层整体上看，可以是中心位置处略凹入、周边位置处略凸出。
[0033]这也就是，测量过程中，金属涂层可以采用常规沉积方法，简单而直接地沉积上去的原因。
[0034]优选为，上述金属涂层和聚合物之间粘结力的测量方法，当中心通孔的边界线全部处于上述第一真空吸盘所覆盖的区域内部的下方时，中心通孔的孔中心点与第一真空吸盘的中心点之间的连线垂直于水平面。
[0035]该优选技术方案直接带来的技术效果是，这样可以保证待测板片在空中的姿态处于较为理想的水平状态(第一真空吸盘的中心点位于待测板片中心/重心点的正上方)，使测量结果更精确。
[0036]进一步优选，上述金属涂层是采用磁控溅射、热喷涂或电镀方法沉积上去的。
[0037]该优选技术方案直接带来的技术效果是，采用磁控溅射、热喷涂或电镀方法沉积金属涂层，一是技术成熟，二是操作简单、易控。
[0038]综上所述，本发明相对于现有技术，具有测量结果真实、准确，操作简便等有益效果O
【附图说明】
[0039]图1为现有技术的测量方法的流程图；
[0040]图2为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0041 ]下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。
[0042]如图2所示，本发明的聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法，其包括以下步骤:
[0043]第一步，将预先开设有一中心通孔的掩模板2水平放置在聚合物基板I上，并在掩模板的上表面均匀涂抹上一层强力粘结胶；
[0044]然后，在聚合物基板的掩模板所在一侧的表面上沉积一层金属，形成金属涂层3;
[0045]上述金属涂层的厚度小于所述掩模板的厚度；
[0046]第二步，在上述金属涂层上再涂上一层紫外光刻胶4，使用紫外光照射至固化定型，制得待测板片；
[0047]此时，待测板片上的紫外光刻胶层的上表面为一平面；
[0048]第三步，将待测板片的紫外光刻胶一侧表面通过第一真空吸盘吸附在拉力测试装置的载物台上，另一侧表面通过带有挂钩的第二真空吸盘吸附住，并将第二真空吸盘的挂钩勾挂在拉力测试装置上；
[0049]上述中心通孔的边界线全部处于上述第一真空吸盘所覆盖的区域内部；
[0050]第四步，启动拉力测试装置，沿待测板片的垂直方向上施加拉力，直至待测板片的金属涂层与聚合物基板结合面分离;与此同时，记录拉力测试装置的度数Fo;
[0051]并按下式计算得到金属涂层与聚合物之间的粘结力F:
[0052]F=Fo—(G1+G2)；
[0053]上式中=G1S聚合物基板的重量，G2为第二真空吸盘的重量。
[0054]实施例1:
[0055]操作步骤:
[0056]先在尺寸为50mmX 50mmX Imm的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I上放置一个尺寸与聚合物基板大小相同，中心位置处带有一Φ 15mm的圆形通孔的金属薄片掩模板2;
[0057]然后，在掩模板上表面涂上一层聚氨酯101强粘结力胶；
[0058]采用气相化学沉积法，在掩模板的上表面和圆形孔洞区域内裸露出来的聚合物层上表面无差别地(即，厚薄均匀)沉积一层厚度为2μπι的金属银涂层3，孔洞处的金属银涂层3与聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物I粘结，此粘结处即为粘结力待测区域，并且掩模板上表面的金属银涂层在聚氨酯101强粘结力胶的作用下与掩模板固结；
[0059]在金属涂层3上部涂上厚度为2mm左右的AM0NIL-MMS4型紫外光胶4，由于紫外光胶具有较大的流动性，会使紫外光胶自动填充到孔洞处与金属涂层相结合；
[0060]通过紫外光照射2分钟左右，在金属层3上方固化一层光刻胶4，使紫外光刻胶4和金属银涂层3固结;待紫外光刻胶4固化定型后，将紫外光刻胶的表面通过第一真空吸盘固定在拉力测试装置的载物台；然后使用带有挂钩的第二真空吸盘吸附在聚合物I表面;使用艾德堡HPB手压式拉力机，将电子拉力计的挂钩和聚合物I表面的挂钩连接在一起，按下手压杆使金属涂层3和聚合物I分离，读出拉力计的度数为87.2N。
[0061]将拉力计的度数，减去聚合物基板1、带挂钩的第二真空吸盘二者的重量之和
0.15N，即得金属银涂层3与聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之间的粘结力为87.05N。
[0062]实施例2
[0063]除通孔形状为等边三角形(该等边三角形的面积等于Φ15mm圆孔的面积)之外，其余均同实施例1。
[0064]测量结果:金属银涂层3与聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之间的粘结力为87.06N。
[0065]实施例3
[0066]除通孔形状为菱形(该菱形的面积等于Φ15_圆孔的面积)之外，其余均同实施例1o
[0067]测量结果:金属银涂层3与聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之间的粘结力为87.04Ν。
[0068]实施例4
[0069]除通孔形状为矩形(该矩形的面积等于Φ15_圆孔的面积)之外，其余均同实施例1o
[0070]测量结果:金属银涂层3与聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之间的粘结力为87.05Νο
[0071]对比上述实施例1-4，不难看出，本发明的方法，其重复性好、系统误差小。
[0072 ]基于本发明的技术原理，不难看出:
[0073]1、掩模板上所开设的通孔的形状，不影响测量结果的准确性和测量精度。
[0074]2、本发明的方法，其测量结果的准确性、测量精度，与聚合物基板的材质、金属涂层的化学成分、紫外光刻胶的理化性能指标均无关。
[0075]换言之，本发明的方法在具体的技术领域范围内，具有普适性。
[0076]3、本发明的方法，其系统误差主要来源于以下几个方面:
[0077](I)、金属涂层在表面上各处的厚薄是否一致(极端情形下，例如金属涂层所形成的表面有裂纹、不连续，将导致测量结果失真)；
[0078](2)、通孔的中心是否与待测板片的重心之间的连线是否垂直于水平面。换言之就是，在拉力测试装置纵向拉伸过程中，待测板片水平度如何(待测板片处于倾斜状态时，将因为中心点位置的变化，产生不准确的重力的分力)；
[0079](3)、拉力测试装置的系统误差。
【主权项】
1.一种聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，将预先开设有一中心通孔的掩模板水平放置在聚合物基板上，并在掩模板的上表面均匀涂抹上一层强力粘结胶； 然后，在聚合物基板的掩模板所在一侧的表面上沉积一层金属，形成金属涂层； 上述金属涂层的厚度小于所述掩模板的厚度； 第二步，在上述金属涂层上再涂上一层紫外光刻胶，使用紫外光照射至固化定型，制得待测板片； 此时，待测板片上的紫外光刻胶层的上表面为一平面； 第三步，将待测板片的紫外光刻胶一侧表面通过第一真空吸盘吸附在拉力测试装置的载物台上，另一侧表面通过带有挂钩的第二真空吸盘吸附住，并将第二真空吸盘的挂钩勾挂在拉力测试装置上； 上述中心通孔的边界线全部处于上述第一真空吸盘所覆盖的区域内部； 第四步，启动拉力测试装置，沿待测板片的垂直方向上施加拉力，直至待测板片的金属涂层与聚合物基板结合面分离;与此同时，记录拉力测试装置的度数Fo; 并按下式计算得到金属涂层与聚合物之间的粘结力F:F = Fo-(Gi+G2)； 上式中A1为聚合物基板的重量，G2为第二真空吸盘的重量。2.根据权利要求1所述的聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法，其特征在于，当中心通孔的边界线全部处于上述第一真空吸盘所覆盖的区域内部的下方时，中心通孔的中心点与第一真空吸盘的中心点之间的连线垂直于聚合物基板所在平面。3.根据权利要求1或2所述的聚合物基板与金属涂层之间粘结力的测量方法，其特征在于，所述金属涂层是采用磁控溅射、热喷涂或电镀方法沉积上去的。
【文档编号】G01N19/04GK105842163SQ201610286668
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】王清, 郑旭, 张睿, 马立俊, 张星远, 杜文权
【申请人】山东科技大学