聚合物表面无电解镀镍及图案化研究

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先进科学技术的快速发展与精细微观结构的构筑密切相关,材料表面微图案的构筑在集成电路、微机电系统、生物芯片、组织工程等诸多领域都具有很大的发展潜力和广阔的应用前景。聚合物材料作为柔性基材性能优异,且成本低、质量轻、易加工,如今将其应用于微电路已得到了广泛关注。然而聚合物表面惰性使得增大基材表面与金属间的结合力成为一个难题,而界面结合力的强弱直接影响着产品的工作性能和使用寿命。传统微电子加工中一般通过增加基材表面的粗糙度来增强界面间结合力,但是,这样会增大微电路的制备难度;而表面图案的精细化发展趋势对表面金属沉积的选择性提出了更高的要求。因此,探索出一种简单而有效的表面改性和微加工技术,在基材表面进行微图案的小型化和精细化构筑的同时,提高基体与金属间的结合力以及微图案中金属沉积的选择性显得尤为重要。本文选用聚合物材料PET作为基材,首先采用紫外光辐射技术对基材进行表面改性,引入活性官能团;然后自组装APTES单分子膜到基材表面,实现基材表面氨基化,进而利用紫外光刻蚀技术通过Mask对基材表面性质进行区域性微调控;最后采用无电解镀镍技术,使金属镍选择性地沉积在PET表面,构筑了微米级的金属镍微图案。具体内容如下:1、运用紫外光辐射技术成功地使PET基材表面惰性改变,引入亲水性的活性官能团,通过自组装APTES单分子膜技术,成功实现表面氨基化,为提高基材表面镍层的附着力奠定了基础。静态水接触角测试表明:经紫外光辐射后,PET基材表面的亲水性明显增强;自组装APTES单分子膜后,基材表面的水接触角有所回升,且茚三酮显色反应和XPS测试结果均表明,APTES单分子膜的自组装在PET基材上成功实现。2、采用优化后无电解镀镍的配方和工艺,在改性后的PET表面得到的金属镍层光泽度好、附着力强,且镀液的稳定性好,金属镍的沉积速率高。运用控制变量法,确定了无电解镀镍的最佳镀液配方和镀镍工艺:六水合硫酸镍(镍盐)20g/L,次磷酸钠(还原剂)140g/L,柠檬酸钠(络合剂)10g/L,氨水(pH调节剂)30mL/L;镀液温度为50°C,镀镍时间5.5min。3、通过真空紫外光刻蚀技术对PET表面进行选择性刻蚀,实现了金属镍在基材表面选择性沉积的精确控制,成功地构筑了微米级的金属镍微图案。光学显微镜和SEM测试结果表明:构筑的金属镍微图案纹路清晰、界限分明、光亮度好、分辨率高、保真性好;镍沉积区域内的镍颗粒大小均匀,颗粒的平均直径约为20nm。通过本文的方案和技术,有望实现在聚合物PET基材表面构筑亚微米级的金属镍微图案,且图案综合性能优良。这为亚微米级微电路和生物传感器等设计与加工提供了可能性,并为集成电路、微机电系统、生物芯片、组织工程等领域的快速发展奠定了基础。
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