一种高分子材料表面金属化处理方法与流程

本发明涉及高分子材料表面处理，具体涉及一种高分子材料表面金属化处理方法。

背景技术：

1、ptfe具有优良的电气性能、耐化学腐蚀、耐热性好、吸水率低等优点。在所有高频覆铜板用树脂基体中，ptfe具有最小和最稳定的介电常数及介电损耗，非常适用于作为高频电路的pcb基材。虽然具有上述各种优异的性能，但ptfe是由碳和氟组成的高分子化合物，具有很强的疏水性和表面化学惰性，其表面张力小、表面能低，很难与表面导电层材料进行粘结复合，因而限制了其在高频微电子电路方面的应用。

2、为了提高ptfe的粘结性能，我们需要对其进行表面改性，提高其表面自由能和表面活性，增加其与表面导电层之间的结合强度。目前常用的ptfe改性技术主要包括化学处理、等离子体处理、辐射处理等，这些处理的主要目的是为了引入极性基团、提高其表面能和粗糙度。其中，化学处理最为成熟，常用的方法为化学腐蚀之后进行电镀或化学镀，该类方法涉及有害化学制剂，操作风险高，易造成环境污染且需要处理大量废液，且后续沉积的金属导电层纯度较差，影响器件的电学性能；等离子体处理是聚合物表面改性常用的技术之一，广泛应用于材料表面处理，具有处理温度低、时间短、不影响基体固有特性、无污染的优点，是ptfe表面改性最有前途的技术之一，但是等离子体表面处理具有时效性差和粘结力提高有限的缺点，随着时间增加，表面的活性基团会逐渐减少直到恢复原样，这在一定程度上限制了其应用，需结合其他处理方法改善其耐久性。在提高ptfe表面活性方面，辐射处理虽然操作简单，但容易对ptfe基体造成损害，降低其基体的力学性能，且粘结力的提高有限。

3、综上所述，目前常用的几种ptfe表面改性方法存在着操作风险和环境污染、或粘结力提高有限且性能不稳定的问题，急需发展一种成本低、处理速度快、粘结强度高、性能稳定，适于大规模工业化生产应用的新型表面处理技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高分子材料表面金属化处理方法，采用高、低能气体离子源综合处理高分子基材，能够大幅提高高分子基材的表面自由能，使表面金属膜层与高分子基材具有较高的剥离强度和附着力，使处理后的高分子基材粘结强度高、性能稳定，且该处理方法具有工艺简单、生产效率高、成本低的优点。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种高分子材料表面金属化处理方法，包括以下步骤：

4、s1、高分子基材表面的离子束溅射清洗：采用低能射频气体离子源对高分子基材表面进行离子束溅射清洗；

5、s2、高分子基材表面的高能气体离子注入：采用高能气体离子源对高分子基材表面进行高能气体离子注入；

6、s3、高分子基材的表面金属化处理。

7、本发明先采用低能射频气体离子源对高分子基材表面进行离子束溅射清洗，然后再用高能气体离子源对高分子基材表面进行高能气体离子注入，实现了采用高、低能气体离子源综合处理高分子基材表面，大幅提高了高分子基材的表面自由能，表面金属化后，使表面金属膜层与高分子基材具有较高的剥离强度和附着力，使处理后的高分子基材粘结强度高、性能稳定，且该处理方法具有工艺简单、生产效率高、成本低的优点；适于规模工业化生产应用。

8、进一步地，步骤s1中，低低能射频气体离子源的加速电压为100～2000v。优选为500～1500v。

9、进一步地，步骤s1中，离子束溅射清洗的工作气体至少包括ar、kr、xe、he、ne、n2、h2、o2中的一种；离子束溅射清洗的真空度为0.001～10pa，优选为0.01～1.0pa。

10、步骤s2中，高能气体离子注入的工作气体至少包括ar、kr、xe、he、ne、n2、h2、o2中的一种。高能气体离子注入的真空度为0.001～1pa，优选为0.01～0.5pa。

11、进一步地，步骤s2中，高能气体离子源的加速电压为10～50kv，注入剂量为1.0×1012～1.0×1018ion/cm2。

12、优选地，步骤s2中，高能气体离子源的加速电压优选为20～30kv，注入剂量为1.0×1014～1.0×1016ion/cm2。

13、进一步地，步骤s3中，表面金属化处理的方式包括采用溅镀法依次进行真空镀膜、电镀增厚实现表面金属化、先在高分子基材表面涂覆高频胶粘剂再进行铜箔压合实现表面金属化或先在高分子基材表面涂覆高频胶粘剂再涂覆纳米金属浆液实现表面金属化。

14、其中，真空镀膜、电镀为现有技术，高频胶粘剂为现有产品，涂覆纳米金属浆液包括纳米金浆、纳米银浆、纳米铜浆、纳米镍浆等导电材料。

15、进一步地，高分子基材包括ptfe（聚四氟乙烯）、pi（聚酰亚胺）、lcp（液晶聚合物）、cf（碳纤维）、ce（氰酸脂）、pc（聚碳酸脂）、ps（聚苯乙烯）、pe（聚乙烯）或pet（聚对苯已二酸乙二醇脂）等膜材或板材。

16、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

17、本发明采用高、低能气体离子源综合处理高分子基材表面，大幅提高了高分子基材的表面自由能，表面金属化后，金属膜层与高分子基材基材具有较高的剥离强度和附着力。该处理方法具有工艺简单、生产效率高、成本低，膜基结合强度高、性能稳定等优点，适于规模工业化生产应用。

技术特征：

1.一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，步骤s1中，低能射频气体离子源的加速电压为100～2000v。

3.根据权利要求2所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，步骤s1中，低能射频气体离子源的加速电压为500～1500v。

4.根据权利要求1所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，步骤s1中，离子束溅射清洗的工作气体至少包括ar、kr、xe、he、ne、n2、h2、o2中的一种；步骤s2中，高能气体离子注入的工作气体至少包括ar、kr、xe、he、ne、n2、h2、o2中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，步骤s1中，离子束溅射清洗的真空度0.001～10pa，步骤s2中，高能气体离子注入的真空度为0.001～1pa。

6.根据权利要求5所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，离子束溅射清洗的真空度为0.01～1.0pa，步骤s2中，高能气体离子注入的真空度为0.01～0.5pa。

7.根据权利要求1所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，步骤s2中，高能气体离子源的加速电压为10～50kv，注入剂量为1.0×1012～1.0×1018ion/cm2。

8.根据权利要求7所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，步骤s2中，高能气体离子源的加速电压为20～30kv，注入剂量为1.0×1014～1.0×1016ion/cm2。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，步骤s3中，表面金属化处理的方式包括采用溅镀法依次进行真空镀膜、电镀增厚实现表面金属化、先在高分子基材表面涂覆高频胶粘剂再进行铜箔压合实现表面金属化或先在高分子基材表面涂覆高频胶粘剂再涂覆纳米金属浆液实现表面金属化。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种高分子材料表面金属化处理方法，其特征在于，所述高分子基材包括ptfe、pi、lcp、cf、ce、pc、ps或pet的膜材或板材。

技术总结
本发明涉及高分子材料表面处理技术领域，具体公开了一种高分子材料表面金属化处理方法，包括以下步骤：S1、高分子基材表面的离子束溅射清洗：采用低能射频气体离子源对高分子基材表面进行离子束溅射清洗；S2、高分子基材表面的高能气体离子注入：采用高能气体离子源对高分子基材表面进行高能气体离子注入；S3、高分子基材的表面金属化处理。本发明采用高、低能气体离子源综合处理高分子基材，能够大幅提高高分子基材的表面自由能，使表面金属膜层与高分子基材具有较高的剥离强度和附着力，使处理后的高分子基材粘结强度高、性能稳定，且该处理方法具有工艺简单、生产效率高、成本低的优点。

技术研发人员：祝土富,李炯,但敏
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1