一种通过界面吸附选择性沉积金属的方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于表面选择性沉积金属【技术领域】，公开了一种在含有孔状结构的树脂材料表面，通过界面吸附选择性沉积金属的方法和应用。该方法通过利用激光照射树脂材料，再通过界面吸附沉积微小金属颗粒、络合离子或胶体；把吸附后的树脂材料通过化学镀工艺沉积金属。本发明通过对含有多孔状无机物添加剂的树脂材料进行激光照射，裸露出其多孔状结构，通过物理吸附的方法实现对具有催化特性的微小金属颗粒、络合离子或胶体的吸附，再以其为催化中心，通过常规化学镀方法即可实现对铜镍金的选择性沉积。本发明方法避免了现有技术中化学镀液活性强、寿命短、副反应多等缺点，对基体树脂无要求，操作简便，适用于汽车、无线通讯移动终端、电子设备等领域中。
【专利说明】一种通过界面吸附选择性沉积金属的方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于表面选择性沉积金属【技术领域】，特别涉及一种在含有孔状结构的树脂材料表面，通过界面吸附选择性沉积金属的方法和应用。
【背景技术】
[0002]三维立体电路技术是一种利用激光来加工树脂组合物并在树脂组合物上选择性沉积金属的一种方法。适用于这种技术的树脂组合物通常都包含有激光敏感添加剂。当激光照射到这种特殊的树脂基体上时，激光敏感添加剂就会释放出金属晶核，这些金属晶核会引起被照射表面区中接着发生化学还原反应而金属化。
[0003]中国专利02812609公开了一种类似的方法，其金属晶核是通过电磁辐射实现的精细分布地包含在所述承载材料中的不导电金属化合物的断裂而形成，并且在要产生导体轨道结构的区域内借助电磁射线分离出重金属晶核，然后该区域被化学还原金属化。按照此发明，具有精细分布的嵌入塑料基体中的尖晶石结构的金属氧化物在常规环境空气中可用Nd-YAG激光器剥离出来并还原成金属。综上可以确认，此专利中电磁射线辐射在承载材料上所引起的现象属于化学反应范畴，即尖晶石金属氧化物在Nd-YAG激光作用下还原成金属。其使用的“断裂”、“分离出”、“还原成”都应包含在化学反应范畴之内。美国专利US20090292051A1、国际专利 W02009141799A1、W02012126831A1、W02012128219A1 公布的激光加工细节也属于化学反应的范畴。
[0004]尽管三维立体电路技术发展快速，模塑互联器件的生产速度更迅捷，流程更简化，应用领域更宽广，比如，采用三维立体电路技术制造的天线被广泛地应用在智能手机、笔记本电脑等移动终端上；采用三维立体电路技术制造的传感器，最小导线宽度可达150μπι，最小导线间宽度可达150 μ m，达到了节约空间和减重的目的，适应于电子产品小型化、轻量化、薄壁化的发展趋势，但是在整个工艺流程中，因其加工流程多，特别是具有三维加工能力的激光设备更是昂贵，从而造成最终产品成本高昂，限制了该行业的更快速地发展。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种在含有孔状结构的树脂材料表面，通过界面吸附选择性沉积金属的方法。该方法通过利用常规易得的激光照射，使树脂材料表面局部区域气化并粗化，粗化区域内裸露出树脂材料含有的无机物添加剂的多孔状结构，此多孔状结构可简单并可靠地通过界面吸附来选择性沉积具有催化特性的微小金属颗粒、络合离子或胶体，进一步以吸附的催化物质为中心通过常规化学镀工艺选择性地沉积金属。
[0006]本发明的另一目的在于提供上述在含有孔状结构的树脂材料表面，通过界面吸附选择性沉积金属的方法在汽车、无线通讯移动终端、可穿戴电子设备等领域中的应用，比如智能手机，GPS，平板电脑，智能手表，也可以应用到具有三维立体电路的设备上，比如摄像头底座，传感器等。[0007]本发明的目的通过下述方案实现:
[0008]一种通过界面吸附选择性沉积金属的方法，通过利用激光照射含有多孔状无机物添加剂的树脂材料，再通过界面吸附沉积微小金属颗粒、络合离子或胶体；把吸附后的树脂材料通过化学镀工艺选择性沉积金属。
[0009]优选地，上述方法通过利用通用易得的激光照射含有多孔状无机物添加剂的树脂材料，使其表面气化并粗化，裸露出树脂材料含有的无机物添加剂的多孔状结构，利用多孔状结构通过界面吸附沉积微小金属颗粒、络合离子或胶体，再以吸附的微小金属颗粒、络合离子或胶体为催化中心，通过化学镀工艺选择性沉积金属。
[0010]所述多孔状无机物添加剂包括多孔状膨润土、活性白土、硅藻土、天然漂白土、多孔状氧化铝、多孔状结构氧化硅和分子筛中的至少一种。
[0011]所述树脂组合物中的多孔状结构无机物添加剂在激光照射下不会坍塌，并在树脂基体被气化后裸露在激光照射区域内，在酸性或者碱性条件下保持稳定。该多孔状无机物添加剂通过包括表面悬键作用，范德华力，表面羟基作用，表面络合作用在内的界面吸附作用来吸附具有催化特性的微小金属颗粒、络合离子或胶体，并以吸附的胶体等作为催化中心进一步促进其它化学溶液中的金属离子发生氧化还原作用，从而沉积出金属，该沉积出的金属包括铜、镍、金。
[0012]所述多孔状无机物添加剂可以在树脂混合物中均匀分散和分布从而不影响结构件、粒料或者薄膜等产品的外观。无机物添加剂的多孔状结构不仅起到界面吸附的作用，同时多孔结构和镀层起到了铆合作用，在后续的金属沉积方面更是起到了增加镀层的附着力的作用。本发明的树脂材料中多孔状无机物添加剂含量可根据树脂材料性能需要任意调配。从多孔材料的吸附效率以及含有多孔材料的树脂组合物的机械性能综合考虑，多孔状无机物的添加量优选为5?15wt%。
[0013]上述方法中，所述的界面吸附包括界面反应或表面反应的吸附方式，所述界面吸附指激光照射后的树脂材料裸露出多孔状无机物添加剂，多孔状结构通过包括表面悬键作用、范德华力、表面羟基作用、表面络合作用在内的界面吸附或表面反应的作用来吸附微小金属颗粒、络合离子或胶体。
[0014]上述方法中所述的树脂材料为通用的任意树脂材料，包括热塑性树脂或热固性树月旨。其中，热塑性树脂包括通用塑料，工程塑料，特种工程塑料及其合金，也包括通过添加玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维、矿物粉末等填充或增强的改性体系。热固性塑料树脂包括以环氧树脂为基体的体系，填充增强体系，或者是纤维增强的体系等。
[0015]所述的树脂材料中还可以含有润滑剂、抗氧剂、流动改性剂、热稳定剂、以及阻燃剂等助剂或其他用于对树脂材料的性能进行改性的添加剂。
[0016]上述方法中所述的微小金属颗粒、络合离子或胶体具有催化特性。
[0017]优选地，所述的微小金属颗粒包括铜、镍、金的微小颗粒；络合离子包括铜络合物；胶体包括胶体钯溶液。他们对化学镀铜溶液中的铜离子具有极佳的催化作用，使铜离子发生氧化还原作用从而变成金属铜，沉积在材料表面。因为本发明主要利用多孔状结构吸附的微小金属颗粒、络合离子或胶体为催化中心实现金属的沉积，因此实现对微小金属颗粒、络合离子或胶体的吸附对于后续化学镀铜是必不可少的一个过程。
[0018]上述方法中所述的常规的化学镀工艺中包括化学镀铜，化学镀镍，化学镀金工艺，这些工艺参数如金属离子的浓度、化学镀液中PH值、化学镀液的温度等指标为此领域的专业人员所熟知。本发明专利中所提及的胶体钯溶液，温度分布在45?85°C为宜，优选为50?65°C。常用的胶体钯溶液是采用氯化钯来配制的，氯化钯的浓度为0.025?0.25g/L为宜，优选为0.125?0.15g/L。
[0019]上述方法中，未被激光照射的部分不出现气化和粗化现象，因此不具备沉积金属的特性，因此可实现制品表面选择性沉积金属。利用上述方法，可实现从计算机到产品的图样样式的转印效果。
[0020]优选地，上述方法具体包括以下步骤:
[0021]把含有多孔状无机物添加剂的树脂材料置于激光下照射，得到表面局部气化并粗化的树脂材料，把照射后树脂材料置于微小金属颗粒、络合离子或胶体的空气浴或溶液中，吸附微小金属颗粒、络合离子或胶体；再把吸附后树脂材料通过化学镀的方法，实现选择性沉积金属。
[0022]所述激光的波长优选地为248nm、308nm、335nm、532nm、1064nm 或 10600nm。
[0023]所述树脂材料可通过模压、挤出、注塑、流延等方式制备得到结构件、粒料或薄膜等制品再进行上述方法处理。
[0024]本发明的通过界面吸附选择性沉积金属的方法操作简便，对基体的树脂材料无特别限制，且可选用的无机物添加剂范围广，适用于各种行业对于表面选择性沉积金属的需要，可应用于汽车、移动终端、可穿戴电子设备、电脑等领域，比如传感器、摄像头底座、智能手机、GPS以及智能手表。
[0025]本发明通过添加多孔状的无机物添加剂，利用激光照射下，树脂表面局部气化并粗化，裸露出无机物添加剂的多孔状结构，即可利用多孔结构通过包括表面悬键作用、范德华力、表面羟基作用、表面络合作用在内的界面吸附作用来吸附具有催化特性的微小金属颗粒、络合离子或胶体，并以多孔状结构吸附的微小金属颗粒、络合离子或胶体为催化中心，通过化学镀的方法实现选择性沉积金属的目的。本发明利用多孔状无机物添加剂的多孔状结构通过物理吸附的方法，实现对具有催化特性的微小金属颗粒、络合离子或胶体的吸附，并利用该催化中心的作用，在多孔状结构表面沉积金属。其中，激光将高能量照射到树脂基体上，让树脂气化并变得粗糙并裸露出多孔物质，这有利于金属上镀并提高金属镀层的附着力；另一方面，没有被激光照射过的区域，多孔材料被树脂包裹着，在后续的化学镀中无法镀上金属，从而在一个制件上实现了选择性沉积金属的目的。
[0026]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果:
[0027]( I)本发明的通过界面吸附选择性沉积金属的方法可实现从计算机到产品的图样样式的转印效果。
[0028](2)本发明利用多孔状无机物添加剂的多孔状结构通过物理吸附的方法实现对具有催化特性的微小金属颗粒、络合离子或胶体的吸附，实现了选择性沉积金属的目的，在此过程中，可避免了现有技术中化学镀液活性强，寿命短，副反应多等缺点，实用性更广，且操作更简便，成本更低。
[0029]( 3 )本发明的树脂材料无特别限制，且可选用的无机物添加剂范围广，可适用于各种行业对于表面选择性沉积金属的需要。【具体实施方式】
[0030]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0031]实施例1
[0032]( I)树脂混合物的制备
[0033]取90wt%的树脂(PC)，10wt%多孔状氧化铝，加入高速混合机中混合均匀后，再从挤出机主喂料斗进料，挤出，冷却切粒后得到树脂混合物。
[0034](2)利用上述树脂混合物实现选择性沉积金属
[0035]把上述树脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。将制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波长1064nm，利用激光的高能量将制品表面的PC树脂基体气化，裸露出多孔状结构的多孔状氧化铝，即在计算机的辅助下将目标金属导体图形转印到制品上。再把气化后的制品放入胶体钯溶液槽中，多孔氧化铝通过界面吸附作用吸附胶体钯，再把吸附胶体钯后的制品悬挂在通用化学镀铜的液槽中，进行化学镀铜，以吸附的胶体钯为催化中心，在多孔状结构表面沉积出铜，实现制品表面选择性沉积金属铜。
[0036]实施例2
[0037]( I)树脂混合物的制备
[0038]取95wt%的树脂(PA66)，5wt%分子筛，主要化学成分为氧化钙，加入高速混合机中混合均匀后，再从挤出机主喂料斗进料，挤出，冷却切粒后得到树脂混合物。
[0039](2)利用上述树脂混合物实现选择性沉积金属
[0040]把上述树脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。将制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波长1064nm，利用激光的高能量将制品表面的树脂基体气化，留下多孔状结构的分子筛，即在计算机的辅助下将目标金属导体图形转印到制品上。再把气化后的制品放入胶体钯溶液槽中，分子筛通过界面吸附作用吸附胶体钯，再把吸附胶体钯后的制品悬挂在通用化学镀铜的液槽中，进行化学镀铜，实现制品表面选择性沉积金属铜。
[0041]实施例3
[0042]( I)树脂混合物的制备
[0043]取85wt%的树脂(ABS)，15wt%硅藻土，加入高速混合机中混合均匀后，再从挤出机主喂料斗进料，挤出，冷却切粒后得到树脂混合物。
[0044](2)利用上述树脂混合物实现选择性沉积金属
[0045]把上述树脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。将制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波长1064nm，利用激光的高能量将制品表面的树脂基体气化，留下多孔状结构的多孔状硅藻土，即在计算机的辅助下将目标金属导体图形转印到制品上。再把气化后的制品放入铜络合物溶液槽中，硅藻土通过界面吸附作用吸附铜的络合物，再把吸附铜的络合物后的制品悬挂在通用化学镀铜的液槽中，进行化学镀铜，然后按照常规方法镀镍、金，实现制品表面选择性沉积金属铜镍金。
[0046]实施例4
[0047]( I)树脂混合物的制备
[0048]取93wt%的树脂(ABS)，7wt%多孔状结构的氧化硅，加入高速混合机中混合均匀后，再从挤出机主喂料斗进料，挤出，冷却切粒后得到树脂混合物。
[0049](2)利用上述树脂混合物实现选择性沉积金属[0050]把上述树脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。将制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波长1064nm，利用激光的高能量将制品表面的树脂基体气化，留下多孔状结构的氧化硅，即在计算机的辅助下将目标金属导体图形转印到制品上。再把气化后的制品放入胶体钯溶液槽中，氧化硅通过界面吸附作用吸附胶体钯，再把吸附胶体钯后的制品悬挂在通用化学镀铜的液槽中，进行化学镀铜，实现制品表面选择性沉积金属铜。
[0051]上述实施例中，常规的化镀工艺为从事此专业的人员所熟知。其中镀铜工艺中，温度40?60°C为宜，铜离子浓度大于20g/L时，金属铜沉积的速度均匀且稳定；镀镍以及镀金工艺中，温度在55?85°C为宜。本发明专利中所提到的胶体钯溶液，其温度分布在45?85°C为宜，优选为50?65°C。
[0052]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于通过利用激光照射含有多孔状无机物添加剂的树脂材料，再通过界面吸附沉积微小金属颗粒、络合离子或胶体；把吸附后的树脂材料通过化学镀工艺选择性沉积金属。
2.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述通过界面吸附选择性沉积金属的方法通过利用激光照射含有多孔状无机物添加剂的树脂材料，使其表面气化并粗化，裸露出树脂材料含有的无机物添加剂的多孔状结构，利用多孔状结构通过界面吸附沉积微小金属颗粒、络合离子或胶体，再以吸附的微小金属颗粒、络合离子或胶体为催化中心，通过化学镀工艺选择性沉积金属。
3.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述多孔状无机物添加剂为多孔状膨润土、活性白土、硅藻土、天然漂白土、多孔状氧化铝、多孔状结构氧化硅和分子筛中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述的界面吸附指表面悬键作用、范德华力、表面羟基作用和表面络合作用中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述的树脂材料为通用的树脂材料。
6.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述的微小金属颗粒、络合离子或胶体具有催化特性。
7.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述的微小金属颗粒指铜、镍或金的微小颗粒；所述的络合离子指铜络合物；所述的胶体指胶体钯溶液。
8.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法具体包括以下步骤: 把含有多孔状无机物添加剂的树脂材料置于激光下照射，得到表面局部气化并粗化的树脂材料，把照射后树脂材料置于微小金属颗粒、络合离子或胶体的空气浴或溶液中，吸附微小金属颗粒、络合离子或胶体；再把吸附后树脂材料通过化学镀的方法，实现选择性沉积金属。
9.根据权利要求1所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法，其特征在于:所述激光的波长为 248nm、308nm、335nm、532nm、1064nm 或 10600nm。
10.根据权利要求1?9任一项所述的通过界面吸附选择性沉积金属的方法在汽车、无线移动终端、可穿戴电子设备、电脑等领域中的应用。
【文档编号】H05K3/38GK103747635SQ201310751075
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】严峡, 姜苏俊, 关勋宁, 袁志敏, 蔡彤旻, 曾祥斌 申请人:金发科技股份有限公司