专利名称：激光诱导选择性化学镀的方法
技术领域：
本发明属于一种非金属材料表面金属化的方法，特别是激光诱导聚乙烯吡咯烷酮/银胶体中的银被还原并以还原出的银粒子作活性种进行化学镀的方法。
背景技术：
在线路板制造业中，化学镀技术由于能在非金属表面上镀上金属而且具有廉价性和常温操作性而受到较广的应用。但传统化学镀技术步骤繁琐，表面处理需要(碱)清洗、表面调整、微刻蚀、预浸、催化、解胶六个步骤，操作不便且耗时较多，污染较大，难进行细微化生产从而限制了其部分应用。随着集成电路的发展，化学镀技术正在向微型化、简单化、和无污染化方向发展。而激光技术的引入不但可以大大减少工序，降低污染，提高镀层的分辨率和结合力，而且可以实现微机控制，利用计算机控制激光束的扫描轨迹可以得到预期的各种线路图形。在化学镀中，关键步骤是在非金属材料上种上活性种，镀层只会在活性种上生长。传统的化学镀工艺中活性种一般选择重金属金、钯、铂等，活性种的前驱体一般是金、钯、铂的无机胶体，制造繁琐、价格昂贵、而且不稳定、储存时间有限。利用有机金属胶体作前驱体并用激光诱导化学镀的报道较少，Yasuro NIIDOME等人在JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS杂志上发表了激光诱导胶体金中金纳米粒子的沉积并进行化学镀的方法，该法的缺点是合成胶体金的成本较高。聚乙烯吡咯烷酮/银胶体不但简单易制、廉价，而且有很好的稳定性，聚乙烯吡咯烷酮是一种常用的聚合物保护剂，它能防止胶体颗粒团聚从而保持其稳定性，并由于聚乙烯吡咯烷酮中即含有亲水基团又含有亲油基团，聚乙烯吡咯烷酮/银胶体在绝大多数的无机非金属、聚合物材料上有良好的铺展性和附着力。聚乙烯吡咯烷酮/银胶体作为化学镀的前驱体目前还没有报道。本方法在无机非金属、聚合物材料表面上利用激光诱导聚乙烯吡咯烷酮/银胶体中银的沉积来催化化学镀是一种新的化学镀工艺。
发明内容
本发明是将聚乙烯吡咯烷酮/银胶体均匀涂布于无机非金属或聚合物材料表面上，用紫外激光进行辐射还原出银从而进行选择性化学镀。
本发明激光诱导选择性化学镀的方法如下(1)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的制备秤取银盐溶于溶剂中，在20～80℃中搅拌溶解后再秤取聚乙烯吡咯烷酮加入银盐溶液中，在20～80℃中搅拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/银胶体，其中银盐的浓度是0.002～1g/mL；聚乙烯吡咯烷酮的浓度是0.005～1g/mL；聚乙烯吡咯烷酮的分子量从2000到2000000；银盐为硝酸银、甲酸银、乙酸银、丙酸银或丁酸银；溶剂为水、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/银胶体的涂布将制备好的聚乙烯吡咯烷酮/银胶体采用旋涂、浸涂、刷涂或喷涂等方式均匀的涂布在基体上，自然晾干，得到表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的基体；(3)将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的基体进行激光辐射将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的基体置于激光装置的样品台上，将激光聚焦，电脑程序控制光束或样品台的移动，激光的波长在133～400nm范围内，聚焦后能量为0.05～10mJ/cm2，扫描速度为0.01～10mm/s。激光辐射后在辐射区的胶体银中的银离子被还原成金属银粒子并嵌入基体中，而未辐射区域的银离子保持原样。辐射完之后将样品用清水或有机溶剂清洗，未辐射区域的胶体银被清洗掉，得到表面嵌有图形化银粒子的基体。
(4)化学镀将表面嵌有图形化银粒子的基体投入到商品或自制的化学镀铜或镀镍或镀银液中进行化学镀。化学镀的温度控制在20～60℃，时间为25～45分钟。镀完后用清水清洗，得到基体上微米级图形化的化学镀层。
本发明使用的基体为聚合物或无机非金属材料。
本发明激光诱导选择性化学镀采用了激光选择性辐射表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的基体来达到随后的选择性化学镀，最终在基体上得到微米级图形化的化学镀层。本发明工序很少、操作简单、成本低廉、污染小、图形可电脑实时控制，并且镀层与基体结合力好，镀层在基体上的附着力通过了国家标准GB4677.7-84胶带法的测试。图形分辨率、选择性高，采用本发明方法得到的化学镀铜的线宽可达到25微米，线厚最高可达到2微米。
图1是实施例1激光装置的示意图。
图2是实施例1在聚酰亚胺薄膜上化学镀铜后的扫描电镜图。
具体的实施方式以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1(1)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的制备秤取0.10g的硝酸银加入到10mL的乙醇溶剂中，在20℃下搅拌溶解后再秤取0.2g的聚乙烯吡咯烷酮加入到硝酸银乙醇溶液中，在20℃下搅拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/银胶体；(2)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的涂布将制备好的聚乙烯吡咯烷酮/银胶体采用旋涂方式均匀的涂布在聚酰亚胺薄膜上，自然晾干，得到表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的聚酰亚胺薄膜；(3)将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的聚酰亚胺薄膜进行激光辐射将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的聚酰亚胺薄膜置于激光装置的样品台上，图1是激光装置的示意图，将激光聚焦，电脑程序控制光束或样品台的移动，激光的波长选择266nm，聚焦后的能量控制在2.0mJ/cm2左右，扫描速度为0.1mm/s。激光辐射后得到表面嵌有图形化银粒子的聚酰亚胺薄膜。
(4)化学镀将表面嵌有图形化银粒子的聚酰亚胺薄膜投入自制的化学镀铜液内进行化学镀。镀液的成分是五水硫酸酮10g/L，氢氧化钠15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸钾钠24g。化学镀的温度控制在35℃，化学镀的时间为30分钟。镀完后用清水清洗，得到聚酰亚胺薄膜上微米级图形化的化学镀层，图2是在聚酰亚胺薄膜上化学镀铜后的扫描电镜图。
实施例2(1)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的制备秤取0.05g的硝酸银加入到10mL的N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，在20℃下搅拌溶解后再秤取0.15g的聚乙烯吡咯烷酮加入到硝酸银N，N-二甲基甲酰胺溶液中，在20℃下搅拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/银胶体；(2)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的涂布将制备好的聚乙烯吡咯烷酮/银胶体采用浸涂方式均匀的涂布在硅片上，自然晾干，得到表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的硅片；
(3)将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的硅片进行激光辐射将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的硅片置于激光装置的样品台上，将激光聚焦，电脑程序控制光束或样品台的移动，激光的波长选择355nm，聚焦后的能量控制在4.0mJ/cm2左右，扫描速度为0.2mm/s。激光辐射后得到表面嵌有图形化银粒子的硅片。
(4)化学镀将表面嵌有图形化银粒子的硅片投入自制的化学镀铜液内进行化学镀。镀液的成分是五水硫酸酮10g/L，氢氧化钠15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸钾钠24g。化学镀的温度控制在35℃，化学镀的时间为30分钟。镀完后用清水清洗，得到硅片上微米级图形化的化学镀层。
实施例3(1)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的制备秤取0.15g的乙酸银加入到10mL的N，N-二甲基乙酰胺溶剂中，在20℃下搅拌溶解后再秤取0.15g的聚乙烯吡咯烷酮加入到乙酸银N，N-二甲基乙酰胺溶液中，在20℃下搅拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/银胶体；(2)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的涂布将制备好的聚乙烯吡咯烷酮/银胶体采用浸涂方式均匀的涂布在玻璃片上，自然晾干，得到表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的玻璃片；(3)将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的玻璃片进行激光辐射将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的玻璃片置于激光装置的样品台上，将激光聚焦，电脑程序控制光束或样品台的移动，激光的波长选择355nm，聚焦后的能量控制在4.0mJ/cm2左右，扫描速度为0.2mm/s。激光辐射后得到表面嵌有图形化银粒子的玻璃片。
(4)化学镀将表面嵌有图形化银粒子的玻璃片投入自制的化学镀铜液内进行化学镀。镀液的成分是五水硫酸酮10g/L，氢氧化钠15g/L，甲醛溶液(37.2wt.％)12mL，酒石酸钾钠24g。化学镀的温度控制在35℃，化学镀的时间为30分钟。镀完后用清水清洗，得到玻璃片上微米级图形化的化学镀层。
权利要求
1.激光诱导选择性化学镀的方法，其特征在于其方法如下(1)聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的制备秤取银盐溶于溶剂中，在20～80℃中搅拌溶解后再秤取聚乙烯吡咯烷酮加入银盐溶液中，在20～80℃中搅拌直至全溶，得到聚乙烯吡咯烷酮/银胶体，其中银盐的浓度是0.002～1g/mL；聚乙烯吡咯烷酮的浓度是0.005～1g/mL聚乙烯吡咯烷酮的分子量从2000到2000000；银盐为硝酸银、甲酸银、乙酸银、丙酸银或丁酸银；溶剂为水、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/银胶体的涂布将制备好的聚乙烯吡咯烷酮/银胶体采用旋涂、浸涂、刷涂或喷涂等方式均匀的涂布在基体上，自然晾干，得到表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的基体；(3)将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的基体进行激光辐射将表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮/银胶体的基体置于激光装置的样品台上，将激光聚焦，电脑程序控制光束或样品台的移动，激光的波长在133～400nm范围内，聚焦后能量为0.05～10mJ/cm2，扫描速度为0.01～10mm/s。激光辐射后在辐射区的胶体银中的银离子被还原成金属银粒子并嵌入基体中，而未辐射区域的银离子保持原样。辐射完之后将样品用清水或有机溶剂清洗，未辐射区域的胶体银被清洗掉，得到表面嵌有图形化银粒子的基体。(4)化学镀将表面嵌有图形化银粒子的基体投入到商品或自制的化学镀铜或镀镍或镀银液中进行化学镀。化学镀的温度控制在20～60℃，时间为25～45分钟。镀完后用清水清洗，得到基体上微米级图形化的化学镀层。
2.如权利要求1所述的基体为聚合物或无机非金属材料。
全文摘要
本发明公开了一种激光诱导选择性化学镀的方法，将聚乙烯吡咯烷酮/银胶体涂布在基体上，用聚焦的紫外激光进行选择性辐射，在辐射区的胶体银中的银离子被还原成金属银粒子并嵌入基体中，未辐射区域的胶体银被清洗掉，然后实施化学镀即可得到基体上微米级图形化的化学镀层。本发明方法的工序很少、操作简单、成本低廉、污染小、图形可电脑实时控制，并且镀层与基体结合力好，图形分辨率、选择性高，在线路板制造、集成电路等电子工业有良好的应用前景。
文档编号H05K3/02GK1772949SQ20051011043
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者路庆华, 陈东升 申请人:上海交通大学