專利名稱：激光誘導選擇性化學鍍的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種非金屬材料表面金屬化的方法，特別是激光誘導聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體中的銀被還原并以還原出的銀粒子作活性種進行化學鍍的方法。
背景技術：
在線路板制造業(yè)中，化學鍍技術由于能在非金屬表面上鍍上金屬而且具有廉價性和常溫操作性而受到較廣的應用。但傳統(tǒng)化學鍍技術步驟繁瑣，表面處理需要(堿)清洗、表面調整、微刻蝕、預浸、催化、解膠六個步驟，操作不便且耗時較多，污染較大，難進行細微化生產(chǎn)從而限制了其部分應用。隨著集成電路的發(fā)展，化學鍍技術正在向微型化、簡單化、和無污染化方向發(fā)展。而激光技術的引入不但可以大大減少工序，降低污染，提高鍍層的分辨率和結合力，而且可以實現(xiàn)微機控制，利用計算機控制激光束的掃描軌跡可以得到預期的各種線路圖形。在化學鍍中，關鍵步驟是在非金屬材料上種上活性種，鍍層只會在活性種上生長。傳統(tǒng)的化學鍍工藝中活性種一般選擇重金屬金、鈀、鉑等，活性種的前驅體一般是金、鈀、鉑的無機膠體，制造繁瑣、價格昂貴、而且不穩(wěn)定、儲存時間有限。利用有機金屬膠體作前驅體并用激光誘導化學鍍的報道較少，Yasuro NIIDOME等人在JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS雜志上發(fā)表了激光誘導膠體金中金納米粒子的沉積并進行化學鍍的方法，該法的缺點是合成膠體金的成本較高。聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體不但簡單易制、廉價，而且有很好的穩(wěn)定性，聚乙烯吡咯烷酮是一種常用的聚合物保護劑，它能防止膠體顆粒團聚從而保持其穩(wěn)定性，并由于聚乙烯吡咯烷酮中即含有親水基團又含有親油基團，聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體在絕大多數(shù)的無機非金屬、聚合物材料上有良好的鋪展性和附著力。聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體作為化學鍍的前驅體目前還沒有報道。本方法在無機非金屬、聚合物材料表面上利用激光誘導聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體中銀的沉積來催化化學鍍是一種新的化學鍍工藝。

發(fā)明內容
本發(fā)明是將聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體均勻涂布于無機非金屬或聚合物材料表面上，用紫外激光進行輻射還原出銀從而進行選擇性化學鍍。
本發(fā)明激光誘導選擇性化學鍍的方法如下(1)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的制備秤取銀鹽溶于溶劑中，在20～80℃中攪拌溶解后再秤取聚乙烯吡咯烷酮加入銀鹽溶液中，在20～80℃中攪拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體，其中銀鹽的濃度是0.002～1g/mL；聚乙烯吡咯烷酮的濃度是0.005～1g/mL；聚乙烯吡咯烷酮的分子量從2000到2000000；銀鹽為硝酸銀、甲酸銀、乙酸銀、丙酸銀或丁酸銀；溶劑為水、吡啶、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、乙醇、丁醇、丙醇或N-甲基-2-吡咯烷酮；(2)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的涂布將制備好的聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體采用旋涂、浸涂、刷涂或噴涂等方式均勻的涂布在基體上，自然晾干，得到表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的基體；(3)將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的基體進行激光輻射將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的基體置于激光裝置的樣品臺上，將激光聚焦，電腦程序控制光束或樣品臺的移動，激光的波長在133～400nm范圍內，聚焦后能量為0.05～10mJ/cm2，掃描速度為0.01～10mm/s。激光輻射后在輻射區(qū)的膠體銀中的銀離子被還原成金屬銀粒子并嵌入基體中，而未輻射區(qū)域的銀離子保持原樣。輻射完之后將樣品用清水或有機溶劑清洗，未輻射區(qū)域的膠體銀被清洗掉，得到表面嵌有圖形化銀粒子的基體。
(4)化學鍍將表面嵌有圖形化銀粒子的基體投入到商品或自制的化學鍍銅或鍍鎳或鍍銀液中進行化學鍍?；瘜W鍍的溫度控制在20～60℃，時間為25～45分鐘。鍍完后用清水清洗，得到基體上微米級圖形化的化學鍍層。
本發(fā)明使用的基體為聚合物或無機非金屬材料。
本發(fā)明激光誘導選擇性化學鍍采用了激光選擇性輻射表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的基體來達到隨后的選擇性化學鍍，最終在基體上得到微米級圖形化的化學鍍層。本發(fā)明工序很少、操作簡單、成本低廉、污染小、圖形可電腦實時控制，并且鍍層與基體結合力好，鍍層在基體上的附著力通過了國家標準GB4677.7-84膠帶法的測試。圖形分辨率、選擇性高，采用本發(fā)明方法得到的化學鍍銅的線寬可達到25微米，線厚最高可達到2微米。


圖1是實施例1激光裝置的示意圖。
圖2是實施例1在聚酰亞胺薄膜上化學鍍銅后的掃描電鏡圖。
具體的實施方式以下的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
實施例1(1)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的制備秤取0.10g的硝酸銀加入到10mL的乙醇溶劑中，在20℃下攪拌溶解后再秤取0.2g的聚乙烯吡咯烷酮加入到硝酸銀乙醇溶液中，在20℃下攪拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體；(2)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的涂布將制備好的聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體采用旋涂方式均勻的涂布在聚酰亞胺薄膜上，自然晾干，得到表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的聚酰亞胺薄膜；(3)將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的聚酰亞胺薄膜進行激光輻射將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的聚酰亞胺薄膜置于激光裝置的樣品臺上，圖1是激光裝置的示意圖，將激光聚焦，電腦程序控制光束或樣品臺的移動，激光的波長選擇266nm，聚焦后的能量控制在2.0mJ/cm2左右，掃描速度為0.1mm/s。激光輻射后得到表面嵌有圖形化銀粒子的聚酰亞胺薄膜。
(4)化學鍍將表面嵌有圖形化銀粒子的聚酰亞胺薄膜投入自制的化學鍍銅液內進行化學鍍。鍍液的成分是五水硫酸酮10g/L，氫氧化鈉15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸鉀鈉24g?；瘜W鍍的溫度控制在35℃，化學鍍的時間為30分鐘。鍍完后用清水清洗，得到聚酰亞胺薄膜上微米級圖形化的化學鍍層，圖2是在聚酰亞胺薄膜上化學鍍銅后的掃描電鏡圖。
實施例2(1)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的制備秤取0.05g的硝酸銀加入到10mL的N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，在20℃下攪拌溶解后再秤取0.15g的聚乙烯吡咯烷酮加入到硝酸銀N，N-二甲基甲酰胺溶液中，在20℃下攪拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體；(2)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的涂布將制備好的聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體采用浸涂方式均勻的涂布在硅片上，自然晾干，得到表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的硅片；
(3)將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的硅片進行激光輻射將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的硅片置于激光裝置的樣品臺上，將激光聚焦，電腦程序控制光束或樣品臺的移動，激光的波長選擇355nm，聚焦后的能量控制在4.0mJ/cm2左右，掃描速度為0.2mm/s。激光輻射后得到表面嵌有圖形化銀粒子的硅片。
(4)化學鍍將表面嵌有圖形化銀粒子的硅片投入自制的化學鍍銅液內進行化學鍍。鍍液的成分是五水硫酸酮10g/L，氫氧化鈉15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸鉀鈉24g?；瘜W鍍的溫度控制在35℃，化學鍍的時間為30分鐘。鍍完后用清水清洗，得到硅片上微米級圖形化的化學鍍層。
實施例3(1)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的制備秤取0.15g的乙酸銀加入到10mL的N，N-二甲基乙酰胺溶劑中，在20℃下攪拌溶解后再秤取0.15g的聚乙烯吡咯烷酮加入到乙酸銀N，N-二甲基乙酰胺溶液中，在20℃下攪拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體；(2)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的涂布將制備好的聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體采用浸涂方式均勻的涂布在玻璃片上，自然晾干，得到表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的玻璃片；(3)將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的玻璃片進行激光輻射將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的玻璃片置于激光裝置的樣品臺上，將激光聚焦，電腦程序控制光束或樣品臺的移動，激光的波長選擇355nm，聚焦后的能量控制在4.0mJ/cm2左右，掃描速度為0.2mm/s。激光輻射后得到表面嵌有圖形化銀粒子的玻璃片。
(4)化學鍍將表面嵌有圖形化銀粒子的玻璃片投入自制的化學鍍銅液內進行化學鍍。鍍液的成分是五水硫酸酮10g/L，氫氧化鈉15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸鉀鈉24g。化學鍍的溫度控制在35℃，化學鍍的時間為30分鐘。鍍完后用清水清洗，得到玻璃片上微米級圖形化的化學鍍層。
權利要求
1.激光誘導選擇性化學鍍的方法，其特征在于其方法如下(1)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的制備秤取銀鹽溶于溶劑中，在20～80℃中攪拌溶解后再秤取聚乙烯吡咯烷酮加入銀鹽溶液中，在20～80℃中攪拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體，其中銀鹽的濃度是0.002～1g/mL；聚乙烯吡咯烷酮的濃度是0.005～1g/mL聚乙烯吡咯烷酮的分子量從2000到2000000；銀鹽為硝酸銀、甲酸銀、乙酸銀、丙酸銀或丁酸銀；溶劑為水、吡啶、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、乙醇、丁醇、丙醇或N-甲基-2-吡咯烷酮；(2)聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的涂布將制備好的聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體采用旋涂、浸涂、刷涂或噴涂等方式均勻的涂布在基體上，自然晾干，得到表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的基體；(3)將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的基體進行激光輻射將表面覆蓋聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體的基體置于激光裝置的樣品臺上，將激光聚焦，電腦程序控制光束或樣品臺的移動，激光的波長在133～400nm范圍內，聚焦后能量為0.05～10mJ/cm2，掃描速度為0.01～10mm/s。激光輻射后在輻射區(qū)的膠體銀中的銀離子被還原成金屬銀粒子并嵌入基體中，而未輻射區(qū)域的銀離子保持原樣。輻射完之后將樣品用清水或有機溶劑清洗，未輻射區(qū)域的膠體銀被清洗掉，得到表面嵌有圖形化銀粒子的基體。(4)化學鍍將表面嵌有圖形化銀粒子的基體投入到商品或自制的化學鍍銅或鍍鎳或鍍銀液中進行化學鍍?；瘜W鍍的溫度控制在20～60℃，時間為25～45分鐘。鍍完后用清水清洗，得到基體上微米級圖形化的化學鍍層。
2.如權利要求1所述的基體為聚合物或無機非金屬材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光誘導選擇性化學鍍的方法，將聚乙烯吡咯烷酮/銀膠體涂布在基體上，用聚焦的紫外激光進行選擇性輻射，在輻射區(qū)的膠體銀中的銀離子被還原成金屬銀粒子并嵌入基體中，未輻射區(qū)域的膠體銀被清洗掉，然后實施化學鍍即可得到基體上微米級圖形化的化學鍍層。本發(fā)明方法的工序很少、操作簡單、成本低廉、污染小、圖形可電腦實時控制，并且鍍層與基體結合力好，圖形分辨率、選擇性高，在線路板制造、集成電路等電子工業(yè)有良好的應用前景。
文檔編號H05K3/02GK1772949SQ20051011043
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權日2005年11月17日
發(fā)明者路慶華, 陳東升 申請人:上海交通大學