一種通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于表面選擇性沉積金屬【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種在含有孔狀結(jié)構(gòu)的樹脂材料表面，通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法和應(yīng)用。該方法通過利用激光照射樹脂材料，再通過界面吸附沉積微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體；把吸附后的樹脂材料通過化學(xué)鍍工藝沉積金屬。本發(fā)明通過對含有多孔狀無機物添加劑的樹脂材料進行激光照射，裸露出其多孔狀結(jié)構(gòu)，通過物理吸附的方法實現(xiàn)對具有催化特性的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體的吸附，再以其為催化中心，通過常規(guī)化學(xué)鍍方法即可實現(xiàn)對銅鎳金的選擇性沉積。本發(fā)明方法避免了現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)鍍液活性強、壽命短、副反應(yīng)多等缺點，對基體樹脂無要求，操作簡便，適用于汽車、無線通訊移動終端、電子設(shè)備等領(lǐng)域中。
【專利說明】一種通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面選擇性沉積金屬【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在含有孔狀結(jié)構(gòu)的樹脂材料表面，通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]三維立體電路技術(shù)是一種利用激光來加工樹脂組合物并在樹脂組合物上選擇性沉積金屬的一種方法。適用于這種技術(shù)的樹脂組合物通常都包含有激光敏感添加劑。當(dāng)激光照射到這種特殊的樹脂基體上時，激光敏感添加劑就會釋放出金屬晶核，這些金屬晶核會引起被照射表面區(qū)中接著發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)而金屬化。
[0003]中國專利02812609公開了一種類似的方法，其金屬晶核是通過電磁輻射實現(xiàn)的精細(xì)分布地包含在所述承載材料中的不導(dǎo)電金屬化合物的斷裂而形成，并且在要產(chǎn)生導(dǎo)體軌道結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)借助電磁射線分離出重金屬晶核，然后該區(qū)域被化學(xué)還原金屬化。按照此發(fā)明，具有精細(xì)分布的嵌入塑料基體中的尖晶石結(jié)構(gòu)的金屬氧化物在常規(guī)環(huán)境空氣中可用Nd-YAG激光器剝離出來并還原成金屬。綜上可以確認(rèn)，此專利中電磁射線輻射在承載材料上所引起的現(xiàn)象屬于化學(xué)反應(yīng)范疇，即尖晶石金屬氧化物在Nd-YAG激光作用下還原成金屬。其使用的“斷裂”、“分離出”、“還原成”都應(yīng)包含在化學(xué)反應(yīng)范疇之內(nèi)。美國專利US20090292051A1、國際專利 W02009141799A1、W02012126831A1、W02012128219A1 公布的激光加工細(xì)節(jié)也屬于化學(xué)反應(yīng)的范疇。
[0004]盡管三維立體電路技術(shù)發(fā)展快速，模塑互聯(lián)器件的生產(chǎn)速度更迅捷，流程更簡化，應(yīng)用領(lǐng)域更寬廣，比如，采用三維立體電路技術(shù)制造的天線被廣泛地應(yīng)用在智能手機、筆記本電腦等移動終端上；采用三維立體電路技術(shù)制造的傳感器，最小導(dǎo)線寬度可達(dá)150μπι，最小導(dǎo)線間寬度可達(dá)150 μ m，達(dá)到了節(jié)約空間和減重的目的，適應(yīng)于電子產(chǎn)品小型化、輕量化、薄壁化的發(fā)展趨勢，但是在整個工藝流程中，因其加工流程多，特別是具有三維加工能力的激光設(shè)備更是昂貴，從而造成最終產(chǎn)品成本高昂，限制了該行業(yè)的更快速地發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種在含有孔狀結(jié)構(gòu)的樹脂材料表面，通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法。該方法通過利用常規(guī)易得的激光照射，使樹脂材料表面局部區(qū)域氣化并粗化，粗化區(qū)域內(nèi)裸露出樹脂材料含有的無機物添加劑的多孔狀結(jié)構(gòu)，此多孔狀結(jié)構(gòu)可簡單并可靠地通過界面吸附來選擇性沉積具有催化特性的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體，進一步以吸附的催化物質(zhì)為中心通過常規(guī)化學(xué)鍍工藝選擇性地沉積金屬。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述在含有孔狀結(jié)構(gòu)的樹脂材料表面，通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法在汽車、無線通訊移動終端、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域中的應(yīng)用，比如智能手機，GPS，平板電腦，智能手表，也可以應(yīng)用到具有三維立體電路的設(shè)備上，比如攝像頭底座，傳感器等。[0007]本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn):
[0008]一種通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，通過利用激光照射含有多孔狀無機物添加劑的樹脂材料，再通過界面吸附沉積微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體；把吸附后的樹脂材料通過化學(xué)鍍工藝選擇性沉積金屬。
[0009]優(yōu)選地，上述方法通過利用通用易得的激光照射含有多孔狀無機物添加劑的樹脂材料，使其表面氣化并粗化，裸露出樹脂材料含有的無機物添加劑的多孔狀結(jié)構(gòu)，利用多孔狀結(jié)構(gòu)通過界面吸附沉積微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體，再以吸附的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體為催化中心，通過化學(xué)鍍工藝選擇性沉積金屬。
[0010]所述多孔狀無機物添加劑包括多孔狀膨潤土、活性白土、硅藻土、天然漂白土、多孔狀氧化鋁、多孔狀結(jié)構(gòu)氧化硅和分子篩中的至少一種。
[0011]所述樹脂組合物中的多孔狀結(jié)構(gòu)無機物添加劑在激光照射下不會坍塌，并在樹脂基體被氣化后裸露在激光照射區(qū)域內(nèi)，在酸性或者堿性條件下保持穩(wěn)定。該多孔狀無機物添加劑通過包括表面懸鍵作用，范德華力，表面羥基作用，表面絡(luò)合作用在內(nèi)的界面吸附作用來吸附具有催化特性的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體，并以吸附的膠體等作為催化中心進一步促進其它化學(xué)溶液中的金屬離子發(fā)生氧化還原作用，從而沉積出金屬，該沉積出的金屬包括銅、鎳、金。
[0012]所述多孔狀無機物添加劑可以在樹脂混合物中均勻分散和分布從而不影響結(jié)構(gòu)件、粒料或者薄膜等產(chǎn)品的外觀。無機物添加劑的多孔狀結(jié)構(gòu)不僅起到界面吸附的作用，同時多孔結(jié)構(gòu)和鍍層起到了鉚合作用，在后續(xù)的金屬沉積方面更是起到了增加鍍層的附著力的作用。本發(fā)明的樹脂材料中多孔狀無機物添加劑含量可根據(jù)樹脂材料性能需要任意調(diào)配。從多孔材料的吸附效率以及含有多孔材料的樹脂組合物的機械性能綜合考慮，多孔狀無機物的添加量優(yōu)選為5?15wt%。
[0013]上述方法中，所述的界面吸附包括界面反應(yīng)或表面反應(yīng)的吸附方式，所述界面吸附指激光照射后的樹脂材料裸露出多孔狀無機物添加劑，多孔狀結(jié)構(gòu)通過包括表面懸鍵作用、范德華力、表面羥基作用、表面絡(luò)合作用在內(nèi)的界面吸附或表面反應(yīng)的作用來吸附微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體。
[0014]上述方法中所述的樹脂材料為通用的任意樹脂材料，包括熱塑性樹脂或熱固性樹月旨。其中，熱塑性樹脂包括通用塑料，工程塑料，特種工程塑料及其合金，也包括通過添加玻璃纖維、碳纖維、礦物纖維、礦物粉末等填充或增強的改性體系。熱固性塑料樹脂包括以環(huán)氧樹脂為基體的體系，填充增強體系，或者是纖維增強的體系等。
[0015]所述的樹脂材料中還可以含有潤滑劑、抗氧劑、流動改性劑、熱穩(wěn)定劑、以及阻燃劑等助劑或其他用于對樹脂材料的性能進行改性的添加劑。
[0016]上述方法中所述的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體具有催化特性。
[0017]優(yōu)選地，所述的微小金屬顆粒包括銅、鎳、金的微小顆粒；絡(luò)合離子包括銅絡(luò)合物；膠體包括膠體鈀溶液。他們對化學(xué)鍍銅溶液中的銅離子具有極佳的催化作用，使銅離子發(fā)生氧化還原作用從而變成金屬銅，沉積在材料表面。因為本發(fā)明主要利用多孔狀結(jié)構(gòu)吸附的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體為催化中心實現(xiàn)金屬的沉積，因此實現(xiàn)對微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體的吸附對于后續(xù)化學(xué)鍍銅是必不可少的一個過程。
[0018]上述方法中所述的常規(guī)的化學(xué)鍍工藝中包括化學(xué)鍍銅，化學(xué)鍍鎳，化學(xué)鍍金工藝，這些工藝參數(shù)如金屬離子的濃度、化學(xué)鍍液中PH值、化學(xué)鍍液的溫度等指標(biāo)為此領(lǐng)域的專業(yè)人員所熟知。本發(fā)明專利中所提及的膠體鈀溶液，溫度分布在45?85°C為宜，優(yōu)選為50?65°C。常用的膠體鈀溶液是采用氯化鈀來配制的，氯化鈀的濃度為0.025?0.25g/L為宜，優(yōu)選為0.125?0.15g/L。
[0019]上述方法中，未被激光照射的部分不出現(xiàn)氣化和粗化現(xiàn)象，因此不具備沉積金屬的特性，因此可實現(xiàn)制品表面選擇性沉積金屬。利用上述方法，可實現(xiàn)從計算機到產(chǎn)品的圖樣樣式的轉(zhuǎn)印效果。
[0020]優(yōu)選地，上述方法具體包括以下步驟:
[0021]把含有多孔狀無機物添加劑的樹脂材料置于激光下照射，得到表面局部氣化并粗化的樹脂材料，把照射后樹脂材料置于微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體的空氣浴或溶液中，吸附微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體；再把吸附后樹脂材料通過化學(xué)鍍的方法，實現(xiàn)選擇性沉積金屬。
[0022]所述激光的波長優(yōu)選地為248nm、308nm、335nm、532nm、1064nm 或 10600nm。
[0023]所述樹脂材料可通過模壓、擠出、注塑、流延等方式制備得到結(jié)構(gòu)件、粒料或薄膜等制品再進行上述方法處理。
[0024]本發(fā)明的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法操作簡便，對基體的樹脂材料無特別限制，且可選用的無機物添加劑范圍廣，適用于各種行業(yè)對于表面選擇性沉積金屬的需要，可應(yīng)用于汽車、移動終端、可穿戴電子設(shè)備、電腦等領(lǐng)域，比如傳感器、攝像頭底座、智能手機、GPS以及智能手表。
[0025]本發(fā)明通過添加多孔狀的無機物添加劑，利用激光照射下，樹脂表面局部氣化并粗化，裸露出無機物添加劑的多孔狀結(jié)構(gòu)，即可利用多孔結(jié)構(gòu)通過包括表面懸鍵作用、范德華力、表面羥基作用、表面絡(luò)合作用在內(nèi)的界面吸附作用來吸附具有催化特性的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體，并以多孔狀結(jié)構(gòu)吸附的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體為催化中心，通過化學(xué)鍍的方法實現(xiàn)選擇性沉積金屬的目的。本發(fā)明利用多孔狀無機物添加劑的多孔狀結(jié)構(gòu)通過物理吸附的方法，實現(xiàn)對具有催化特性的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體的吸附，并利用該催化中心的作用，在多孔狀結(jié)構(gòu)表面沉積金屬。其中，激光將高能量照射到樹脂基體上，讓樹脂氣化并變得粗糙并裸露出多孔物質(zhì)，這有利于金屬上鍍并提高金屬鍍層的附著力；另一方面，沒有被激光照射過的區(qū)域，多孔材料被樹脂包裹著，在后續(xù)的化學(xué)鍍中無法鍍上金屬，從而在一個制件上實現(xiàn)了選擇性沉積金屬的目的。
[0026]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及有益效果:
[0027]( I)本發(fā)明的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法可實現(xiàn)從計算機到產(chǎn)品的圖樣樣式的轉(zhuǎn)印效果。
[0028](2)本發(fā)明利用多孔狀無機物添加劑的多孔狀結(jié)構(gòu)通過物理吸附的方法實現(xiàn)對具有催化特性的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體的吸附，實現(xiàn)了選擇性沉積金屬的目的，在此過程中，可避免了現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)鍍液活性強，壽命短，副反應(yīng)多等缺點，實用性更廣，且操作更簡便，成本更低。
[0029]( 3 )本發(fā)明的樹脂材料無特別限制，且可選用的無機物添加劑范圍廣，可適用于各種行業(yè)對于表面選擇性沉積金屬的需要。【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0031]實施例1
[0032]( I)樹脂混合物的制備
[0033]取90wt%的樹脂(PC)，10wt%多孔狀氧化鋁，加入高速混合機中混合均勻后，再從擠出機主喂料斗進料，擠出，冷卻切粒后得到樹脂混合物。
[0034](2)利用上述樹脂混合物實現(xiàn)選擇性沉積金屬
[0035]把上述樹脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。將制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波長1064nm，利用激光的高能量將制品表面的PC樹脂基體氣化，裸露出多孔狀結(jié)構(gòu)的多孔狀氧化鋁，即在計算機的輔助下將目標(biāo)金屬導(dǎo)體圖形轉(zhuǎn)印到制品上。再把氣化后的制品放入膠體鈀溶液槽中，多孔氧化鋁通過界面吸附作用吸附膠體鈀，再把吸附膠體鈀后的制品懸掛在通用化學(xué)鍍銅的液槽中，進行化學(xué)鍍銅，以吸附的膠體鈀為催化中心，在多孔狀結(jié)構(gòu)表面沉積出銅，實現(xiàn)制品表面選擇性沉積金屬銅。
[0036]實施例2
[0037]( I)樹脂混合物的制備
[0038]取95wt%的樹脂(PA66)，5wt%分子篩，主要化學(xué)成分為氧化鈣，加入高速混合機中混合均勻后，再從擠出機主喂料斗進料，擠出，冷卻切粒后得到樹脂混合物。
[0039](2)利用上述樹脂混合物實現(xiàn)選擇性沉積金屬
[0040]把上述樹脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。將制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波長1064nm，利用激光的高能量將制品表面的樹脂基體氣化，留下多孔狀結(jié)構(gòu)的分子篩，即在計算機的輔助下將目標(biāo)金屬導(dǎo)體圖形轉(zhuǎn)印到制品上。再把氣化后的制品放入膠體鈀溶液槽中，分子篩通過界面吸附作用吸附膠體鈀，再把吸附膠體鈀后的制品懸掛在通用化學(xué)鍍銅的液槽中，進行化學(xué)鍍銅，實現(xiàn)制品表面選擇性沉積金屬銅。
[0041]實施例3
[0042]( I)樹脂混合物的制備
[0043]取85wt%的樹脂(ABS)，15wt%硅藻土，加入高速混合機中混合均勻后，再從擠出機主喂料斗進料，擠出，冷卻切粒后得到樹脂混合物。
[0044](2)利用上述樹脂混合物實現(xiàn)選擇性沉積金屬
[0045]把上述樹脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。將制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波長1064nm，利用激光的高能量將制品表面的樹脂基體氣化，留下多孔狀結(jié)構(gòu)的多孔狀硅藻土，即在計算機的輔助下將目標(biāo)金屬導(dǎo)體圖形轉(zhuǎn)印到制品上。再把氣化后的制品放入銅絡(luò)合物溶液槽中，硅藻土通過界面吸附作用吸附銅的絡(luò)合物，再把吸附銅的絡(luò)合物后的制品懸掛在通用化學(xué)鍍銅的液槽中，進行化學(xué)鍍銅，然后按照常規(guī)方法鍍鎳、金，實現(xiàn)制品表面選擇性沉積金屬銅鎳金。
[0046]實施例4
[0047]( I)樹脂混合物的制備
[0048]取93wt%的樹脂(ABS)，7wt%多孔狀結(jié)構(gòu)的氧化硅，加入高速混合機中混合均勻后，再從擠出機主喂料斗進料，擠出，冷卻切粒后得到樹脂混合物。
[0049](2)利用上述樹脂混合物實現(xiàn)選擇性沉積金屬[0050]把上述樹脂混合物粒料烘干、注塑成型，得到制品。將制品置于Nd:YAG激光器下，激光器波長1064nm，利用激光的高能量將制品表面的樹脂基體氣化，留下多孔狀結(jié)構(gòu)的氧化硅，即在計算機的輔助下將目標(biāo)金屬導(dǎo)體圖形轉(zhuǎn)印到制品上。再把氣化后的制品放入膠體鈀溶液槽中，氧化硅通過界面吸附作用吸附膠體鈀，再把吸附膠體鈀后的制品懸掛在通用化學(xué)鍍銅的液槽中，進行化學(xué)鍍銅，實現(xiàn)制品表面選擇性沉積金屬銅。
[0051]上述實施例中，常規(guī)的化鍍工藝為從事此專業(yè)的人員所熟知。其中鍍銅工藝中，溫度40?60°C為宜，銅離子濃度大于20g/L時，金屬銅沉積的速度均勻且穩(wěn)定；鍍鎳以及鍍金工藝中，溫度在55?85°C為宜。本發(fā)明專利中所提到的膠體鈀溶液，其溫度分布在45?85°C為宜，優(yōu)選為50?65°C。
[0052]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于通過利用激光照射含有多孔狀無機物添加劑的樹脂材料，再通過界面吸附沉積微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體；把吸附后的樹脂材料通過化學(xué)鍍工藝選擇性沉積金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法通過利用激光照射含有多孔狀無機物添加劑的樹脂材料，使其表面氣化并粗化，裸露出樹脂材料含有的無機物添加劑的多孔狀結(jié)構(gòu)，利用多孔狀結(jié)構(gòu)通過界面吸附沉積微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體，再以吸附的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體為催化中心，通過化學(xué)鍍工藝選擇性沉積金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述多孔狀無機物添加劑為多孔狀膨潤土、活性白土、硅藻土、天然漂白土、多孔狀氧化鋁、多孔狀結(jié)構(gòu)氧化硅和分子篩中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述的界面吸附指表面懸鍵作用、范德華力、表面羥基作用和表面絡(luò)合作用中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述的樹脂材料為通用的樹脂材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述的微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體具有催化特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述的微小金屬顆粒指銅、鎳或金的微小顆粒；所述的絡(luò)合離子指銅絡(luò)合物；所述的膠體指膠體鈀溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法具體包括以下步驟: 把含有多孔狀無機物添加劑的樹脂材料置于激光下照射，得到表面局部氣化并粗化的樹脂材料，把照射后樹脂材料置于微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體的空氣浴或溶液中，吸附微小金屬顆粒、絡(luò)合離子或膠體；再把吸附后樹脂材料通過化學(xué)鍍的方法，實現(xiàn)選擇性沉積金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法，其特征在于:所述激光的波長為 248nm、308nm、335nm、532nm、1064nm 或 10600nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?9任一項所述的通過界面吸附選擇性沉積金屬的方法在汽車、無線移動終端、可穿戴電子設(shè)備、電腦等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【文檔編號】H05K3/38GK103747635SQ201310751075
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】嚴(yán)峽, 姜蘇俊, 關(guān)勛寧, 袁志敏, 蔡彤旻, 曾祥斌 申請人:金發(fā)科技股份有限公司