Onderzoekers van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) hebben ontdekt dat wanneer een dunne metalen film gevormd door stroomloos plateren op een plastic substraat gedurende een zeer korte tijd wordt bestraald met gepulseerd licht van hoge intensiteit, de hechting van de geplateerde film aan het substraat wordt drastisch verbeterd zonder beschadiging van het substraat. Deze technologie biedt ook een eenvoudige patroontechniek van de plaatfilm.

Stroomloos plateren wordt in de industrie veel gebruikt om dunne metaalfilms te produceren op isolatiematerialen zoals kunststofproducten met complexe vormen voor elektronische en auto-onderdelen. Over het algemeen, bij metaalfilmvorming, het oppervlak van het substraat moet worden voorbehandeld om ruwheid te produceren (bijvoorbeeld door plasmaverwerking of chemisch etsen) om de hechting aan het substraat te verbeteren. Bij stroomloos plateren, vooral, het is moeilijk om voldoende hechting te verzekeren zonder een dergelijke voorbehandeling.

In de ontwikkelde technologie, een geplateerde film gevormd zonder oppervlaktebehandeling van het substraat wordt bestraald met gepulseerd licht van hoge intensiteit gedurende een zeer korte tijd (enkele honderden microseconden), waardoor de metaalfilm onmiddellijk wordt verwarmd tot een hoge temperatuur. Als resultaat, alleen de interface tussen de geplateerde film en het plastic substraat kan worden verwarmd, waardoor de filmhechting wordt verhoogd zonder de ondergrond te beschadigen. Een grote (A4-formaat) plating film kan in zeer korte tijd (orde van microseconden) worden behandeld. In aanvulling, de bestraling van het gepulseerde licht door een fotomasker stelt ons in staat om metaalpatronen op plastic films te produceren. Dat is, het gemaskeerde gebied blijft slecht hechten en kan gemakkelijk met plakband worden afgepeld.

Stroomloos plateren is een nat chemisch filmvormingsproces om metaalfilms te vormen op isolatiematerialen, zoals kunststoffen, glas en keramiek, en is gebruikt in verschillende industrieën, waaronder elektronica (bijv. printplaten) en auto-industrie (bijv. wieldoppen en stuurwielen). In tegenstelling tot fysieke droge filmvormende processen zoals sputteren, waarvoor een duur vacuümsysteem nodig is, stroomloos plateren is een goedkoop proces en wordt daarom in een groot aantal toepassingen gebruikt om films van koper, nikkel, goud, en andere metalen.

Conventioneel stroomloos plateren vereist opruwen van het oppervlak om de hechting te verbeteren. Het oppervlak wordt opgeruwd door een fysiek proces te gebruiken, zoals plasmaverwerking met een vacuümsysteem of een chemisch etsproces met behulp van gevaarlijke oxiderende chemicaliën. Echter, deze processen hebben een aantal problemen. Bijvoorbeeld, als het oppervlak van de ondergrond is opgeruwd, de op het oppervlak gevormde dunne metaalfilm is niet glad en de elektrische en optische eigenschappen van de film worden nadelig beïnvloed. Bovendien, om een ​​fijn geleidend patroon te vormen, de metaallaagfilm wordt over het gehele oppervlak van het substraat gevormd, een maskerpatroon wordt op de film gevormd met een fotoresist, en dan wordt de metaalfilm geëtst. Dit proces omvat verschillende stappen die een grote hoeveelheid afval produceren met een hoge milieubelasting, net als het etsproces.

AIST heeft een techniek ontdekt voor het immobiliseren, op een plastic oppervlak, nanodeeltjes van edele metalen zoals palladium en platina, die fungeren als katalysatoren voor stroomloos plateren. AIST ontwikkelt een etsloos stroomloos galvanisatieproces dat zorgt voor een hoge hechting zonder het oppervlak van het substraat op te ruwen. In samenwerking met Satoru Shimada (Senior Researcher) en anderen van Mesoscopic System Group, het Electronics and Photonics Research Institute (directeur:Satoshi Haraichi), AIST, de onderzoekers bestuderen filmvormingsprocessen die gepulseerd licht met hoge intensiteit gebruiken. In het huidige onderzoek is de onderzoekers hebben de bovengenoemde onderzoeksactiviteiten geïntegreerd om de hechting van de plating-film te verbeteren en om eenvoudige plating-film-patronen te ontwikkelen met behulp van een fotomasker.

De resultaten van dit onderzoek zijn verkregen als onderdeel van "Research on an Advanced High-Adhesion Etchingless Electroless Plating Process", een project van Adaptive and Seamless Technology Transfer Program via Target-driven R&D (A-STEP) van het Japan Science and Technology Agency.

Bij stroomloos plateren, een dunne metaalfilm wordt gevormd door chemische reductie van metaalionen in de oplossing na immobilisatie van de katalysator op het oppervlak van het substraat. In dit onderzoek, platina colloïde, uniforme 3-nm polymeer bedekte platina nanodeeltjes stabiel gedispergeerd in water, wordt gebruikt als katalysator. Wanneer een substraat zoals plastic wordt ondergedompeld in het platinacolloïde, de platina-nanodeeltjes worden uniform geïmmobiliseerd op het oppervlak van het substraat. Vervolgens, wanneer het substraat wordt ondergedompeld in een gemengde waterige oplossing van waterstofperoxide met een lage concentratie en tetrachloorgoud (III) zuur, katalyse door de platina-nanodeeltjes zorgt ervoor dat waterstofperoxide tetrac . vermindert _H loroaurinezuur (III) zuur (zie onderstaande formule), en een vergulde film van ongeveer 100 nm dik wordt gevormd:

2HAuCl ₄ +3H ₂ O ₂ ? ^pt 2Au+3O ₂ +8HCl

conventioneel, het substraat wordt ongeveer 30 minuten gegloeid bij 100 tot 250 ? na het plateren. (De temperatuur varieert afhankelijk van de eigenschappen van de ondergrond.) Hierdoor wordt de hechting van de plating film is verbeterd, en er wordt een vergulde film gevormd die niet loslaat in een "Scotch-Tape-test" in overeenstemming met JIS K5600-5-6. In dit proces, het oppervlak wordt niet opgeruwd en de hechting van de plateerfilm wordt verbeterd door na het plateren te gloeien. Koper, nikkel, en platina kan op een vergelijkbare manier worden uitgevoerd met palladiumcolloïde als katalysator. Echter, gloeien na het plateren kan problemen veroorzaken zoals kromtrekken en vervorming van het substraat, en duurt 10 tot 30 minuten.

De onderzoekers onderzochten een post-plating-proces dat gebruik maakt van gepulseerd licht met hoge intensiteit als alternatief voor het conventionele gloeiproces. Wanneer een op een plastic substraat gevormde plaatfilm wordt bestraald met enkele honderden microseconden gepulseerd licht, alleen het grensvlak tussen de plateerfilm en het plastic substraat wordt ogenblikkelijk verwarmd. Bijgevolg, de hechting van de bekledingsfilm wordt verbeterd en veranderingen zoals kromtrekken en vervorming treden niet op de ondergrond op. Figuur 1 toont de omstandigheden van bestraling met gepulseerd licht en omstandigheden na bestraling (adhesie, verwijdering, afpellen) van een vergulde film op een polyethyleentereftalaat (PET) film. Toen de film eenmaal werd bestraald met 300 µs en 1,21 J/cm ² van gepulseerd licht, de hechting was verbeterd zodat de film niet losliet in een tape-peeling-test. Wanneer het eenmaal werd bestraald met gepulseerd licht met hogere energie (bijv. 300 µs en 2,06 J/cm ² ), de bekledingsfilm werd verwijderd (geëtst). Toen de film werd bestraald met gepulseerd licht van lagere energie (blauw in Fig. 1), de hechting was niet verbeterd en de film pelde gemakkelijk af in een tape-afpeltest.

Om te bepalen of een metaalpatroon, zoals een bedradingspatroon, kan worden gevormd door bestraling met gepulseerd licht, een fotomasker met een gespecificeerd patroon gedrukt op een PET-film met een laserprinter werd op een vergulde film geplaatst en de film werd eenmaal bestraald met 300 µs en 1,21 J/cm ² van gepulseerd licht. De hechting van de bekledingsfilm was slecht in de gebieden die waren gemaskeerd en niet aan het licht waren blootgesteld. Op deze plekken werd plakband geplakt en eraf gehaald. De film pelde af met de tape, het gouden metaalpatroon op het substraat achterlatend. Toen de energie van het gepulseerde licht werd verhoogd, de belichte delen van de film werden geëtst en er werd een omgekeerd patroon gevormd. Er werd bevestigd dat adhesieverbetering en etsen met gepulseerd licht mogelijk zijn op verschillende kunststofsubstraten. Een metalen micropatroon (Fig. 2) kan worden gevormd door een fotomasker met het micropatroon te gebruiken.

Het ontwikkelde stroomloze galvanisatieproces kan worden toegepast op andere metaalplateringsfilms en verschillende kunststofsubstraten. AIST is bezig deze stroomloze platingtechnologie over te dragen aan bedrijven in gebieden die getroffen zijn door de Grote Aardbeving in Oost-Japan. De onderzoekers zullen gegevens verzamelen over de bestralingsomstandigheden met gepulseerd licht die effectief zijn voor verschillende combinaties van metalen en kunststoffen en zullen toepassingen van deze technologie ontwikkelen, rekening houdend met de behoeften van door de aardbeving getroffen bedrijven. Omdat dit fenomeen specifiek is voor plateringsfilms en de effecten ervan op metaalfilms gevormd door andere processen zoals sputteren niet hetzelfde zijn, de onderzoekers willen het mechanisme erachter onderzoeken.