Forskare från National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) har funnit att när en tunn metallfilm bildad av strömlös plätering på ett plastsubstrat bestrålas under en mycket kort tid med högintensivt pulsat ljus, vidhäftningen av den pläterade filmen till substratet förbättras dramatiskt utan skada på substratet. Denna teknik tillhandahåller också en enkel mönstringsteknik för pläteringsfilmen.

Elektrofri plätering har använts i stor utsträckning i industrier för att producera tunna metallfilmer på isoleringsmaterial som plastprodukter med komplexa former för elektroniska delar och bildelar. Rent generellt, vid formning av metallfilm, ytan på substratet måste förbehandlas för att producera grovhet (t.ex. genom plasmabearbetning eller kemisk etsning) för att förbättra vidhäftningen till substratet. Vid strömlös plätering, särskilt, det är svårt att säkerställa tillräcklig vidhäftning utan sådan förbehandling.

I den utvecklade tekniken, en pläterad film bildad utan ytbehandling av substratet bestrålas med högintensivt pulserat ljus under en mycket kort tid (flera hundra mikrosekunder), orsakar omedelbar uppvärmning av metallfilmen till en hög temperatur. Som ett resultat, endast gränsytan mellan den pläterade filmen och plastsubstratet kan värmas upp, ökar således filmvidhäftningen utan att skada substratet. En stor (A4-storlek) pläteringsfilm kan behandlas på mycket kort tid (ordningen av mikrosekunder). Dessutom, bestrålningen av det pulserade ljuset genom en fotomask gör att vi kan producera metallmönster på plastfilmer. Det är, det maskerade området förblir dåligt i vidhäftning och kan lätt dras av med tejp.

Elektrolös plätering är en våtkemisk filmbildande process för att bilda metallfilmer på isoleringsmaterial, som plast, glas och keramik, och har använts i olika industrier inklusive elektronik (t.ex. tryckta kretskort) och fordonsindustrier (t.ex. hjulkapslar och rattar). Till skillnad från fysiska torrfilmbildande processer som sputtering, som kräver ett dyrt vakuumsystem, strömlös plätering är en billig process och har därför använts i en mängd olika tillämpningar för att bilda filmer av koppar, nickel, guld, och andra metaller.

Konventionell strömlös plätering kräver ytuppruggning för att förbättra vidhäftningen. Ytan ruggas upp genom att använda en fysikalisk process som plasmabearbetning som använder ett vakuumsystem eller en kemisk etsningsprocess med farliga oxiderande kemikalier. Dock, dessa processer har vissa problem. Till exempel, om underlagets yta är uppruggad, den tunna metallfilmen som bildas på ytan är inte slät och filmens elektriska och optiska egenskaper påverkas negativt. Dessutom, att bilda ett fint ledande mönster, metallpläteringsfilmen bildas över hela ytan av substratet, ett maskmönster bildas på filmen med en fotoresist, och sedan etsas metallfilmen. Denna process innefattar flera steg som producerar en stor mängd avfall som orsakar en hög miljöbelastning, liksom etsningsprocessen.

AIST har upptäckt en teknik för att immobilisera, på en plastyta, nanopartiklar av ädelmetaller som palladium och platina, som fungerar som katalysatorer för strömlös plätering. AIST utvecklar en etsfri strömlös pläteringsprocess som säkerställer hög vidhäftning utan att rugga upp underlagets yta. I samarbete med Satoru Shimada (seniorforskare) och andra från Mesoscopic System Group, Electronics and Photonics Research Institute (direktör:Satoshi Haraichi), AIST, forskarna studerar filmbildningsprocesser som använder högintensivt pulserat ljus. I den aktuella forskningen, forskarna har integrerat de ovan nämnda forskningsaktiviteterna för att förbättra vidhäftningen av plätering-film och utveckla enkel plätering-filmmönstring med hjälp av en fotomask.

Resultaten av denna forskning har erhållits som en del av "Research on an Advanced High-Adhesion Etchingless Electroless Plating Process", ett projekt av Adaptive and Seamless Technology Transfer Program genom målstyrd FoU (A-STEP) från Japan Science and Technology Agency.

Vid strömlös plätering, en tunn metallfilm bildas genom kemisk reduktion av metalljoner i lösningen efter immobilisering av katalysatorn på ytan av substratet. I denna forskning, platina kolloid, enhetliga 3-nm polymertäckta platinananopartiklar stabilt dispergerade i vatten, används som katalysator. När ett substrat som plast är nedsänkt i platinakolloiden, platinananopartiklarna är likformigt immobiliserade på ytan av substratet. Sedan, när substratet är nedsänkt i en blandad vattenlösning av lågkoncentrerad väteperoxid och tetrakloroaurinsyra (III), katalys av platinananopartiklarna får väteperoxid att reducera tetrac _h loroaurinsyra (III) (se formeln nedan), och en guldpläteringsfilm ca 100 nm tjock bildas:

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

Konventionellt, substratet glödgas i ca 30 minuter vid 100 till 250 ? efter plätering. (Temperaturen varierar beroende på substratets egenskaper.) Som ett resultat vidhäftningen av pläteringsfilmen förbättras, och en guldpläteringsfilm bildas som inte lossnar i ett "Scotch-Tape-test" i enlighet med JIS K5600-5-6. I denna process, ytan är inte ruggig och vidhäftningen av pläteringsfilmen förbättras genom glödgning efter plätering. Koppar, nickel, och platinaplätering kan utföras på liknande sätt med användning av palladiumkolloid som katalysator. Dock, efterplätering glödgning kan orsaka problem såsom skevhet och deformation av substratet, och tar 10 till 30 minuter.

Forskarna undersökte en efterpläteringsprocess som använder högintensivt pulserat ljus som ett alternativ till den konventionella glödgningsprocessen. När en pläteringsfilm bildad på ett plastsubstrat bestrålas med flera hundra mikrosekunder pulserande ljus, endast gränsytan mellan pläteringsfilmen och plastsubstratet värms upp omedelbart. Följaktligen, vidhäftningen av pläteringsfilmen förbättras och förändringar såsom skevhet och deformation inträffar inte på substratet. Figur 1 visar förhållandena för pulserande ljusbestrålning och förhållanden efter bestrålning (vidhäftning, avlägsnande, peeling) av en guldpläteringsfilm på en polyetentereftalat (PET) film. När filmen bestrålades en gång med 300 µs och 1,21 J/cm ² av pulserande ljus, vidhäftningen förbättrades så att filmen inte lossnade i ett tejpavdragningstest. När den bestrålades en gång med pulserande ljus med högre energi (t.ex. 300 µs och 2,06 J/cm ² ), pläteringsfilmen avlägsnades (etsades). När filmen bestrålades med pulserande ljus med lägre energi (blått i fig. 1), vidhäftningen förbättrades inte och filmen skalade lätt av i ett tejpavdragningstest.

För att avgöra om ett metallmönster, såsom ett ledningsmönster, kan bildas genom bestrålning med pulserande ljus, en fotomask med ett specificerat mönster tryckt på en PET-film med en laserskrivare placerades på en guldpläteringsfilm och filmen bestrålades en gång med 300 µs och 1,21 J/cm ² av pulserande ljus. Vidhäftningen av pläteringsfilmen var dålig i de områden som var maskerade och inte exponerade för ljus. Självhäftande tejp fästes på dessa områden och skalades av. Filmen skalade av med tejpen, lämnar guldmetallmönstret på underlaget. När energin hos det pulserade ljuset ökades, de exponerade områdena av filmen etsades och ett omvänt mönster bildades. Det bekräftades att vidhäftningsförbättring och etsning med pulserande ljus är möjliga på olika plastsubstrat. Ett metallmikromönster (fig. 2) kan formas genom att använda en fotomask med mikromönstret.

Den utvecklade strömlösa pläteringsprocessen kan appliceras på andra metallpläteringsfilmer och olika plastsubstrat. AIST håller på att överföra denna strömlösa pläteringsteknik till företag i områden som drabbats av jordbävningen i östra Japan. Forskarna kommer att samla in data om de pulserande ljusstrålningsförhållandena som är effektiva för olika kombinationer av metaller och plaster och kommer att utveckla tillämpningar av denna teknik, med hänsyn till behoven hos jordbävningsdrabbade företag. Eftersom detta fenomen är specifikt för plätering av filmer och dess effekter på metallfilmer som bildas av andra processer såsom sputtering är inte desamma, forskarna avser att undersöka mekanismen bakom det.