脉冲激光改性聚氨酯表面无钯化学镀铜的实验研究

徐久升

摘要：提出了一种在改性聚氨酯(PUR) 材料表面进行金属化的方法。以掺杂了铜基金属复合物粉末的PUR 浆料为基体，采用SPI 光纤激光器( 波长1064 nm) 对PUR表面进行刻蚀改性，达到传统化学镀铜中粗化和活化的目的，最后进行化学镀铜。对铜镀层进行了结合力、导电性以及延展性测试。结果表明，制备的铜镀层光亮、致密、结合力强、导电性好、延展性优良。通过扫描电子显微镜、X 射线能谱仪、X射线光电子能谱(XPS) 分析和俄歇电子能谱(XAES)分析对经过激光刻蚀改性的基体表面形貌和成分进行表征。探讨了激光刻蚀改性材料表面后，基体表面上铜元素的价态，分析XPS 图谱和XAES图谱发现，激光刻蚀改性后的基体表面上铜元素以Cu+ 形式存在。研究了不同激光功率对刻蚀表面粗糙度的影响规律，通过胶带拉力实验验证了基体表面形貌与镀层结合强度的关系，实验结果表明，当

用功率为7 W的激光刻蚀基体表面时，材料表面粗糙度值最大，并且其镀层结合力也最强。

关键词：改性聚氨酯；激光刻蚀改性；化学镀铜；结合力

 

ExperimentalStudies About Purlsed Laser Modified Polyurethane Surface ChemicalCopperplating Without Palladium

XuJiusheng

Abstract ：A method of metallization on modifiedpolyurethane(PUR) surface was presented. To achieve coarse and activation effectas in the process of the traditional electroless copper plating，SPI fiber laser(wavelength 1064nm) was used to etch and modify PUR surface，which was prepared by doping copper-based metalcomposite powder to PUR slurry，then submitted to electroless copper plating. Copper plating layerwas tested ，includingadhesion strength，conductivityand ductility. The results indicated that copper plating was bright，compact，with good conductivity andexcellent ductility. The composition and morphology of the PUR surface modifiedby laser etched were characterized by scanning electron microscopy，X-ray energy dispersive spectroscopy，X-ray photoelectronspectroscopy(XPS) and Auger electron spectroscopy(XAES)，respectively. Copper valence ofthe substrate surface modified by laser etching was investigated. Result of XPSspectrum and XAES spectrum analysis showed that Cu on substrate surfacemodified by laser etching existed in the form of Cu+. The influence ofdifferent laser power on the roughness of the etched surface was studied，and the relationship between thesubstrate surface morphology and the coating bond strength were verified byexperiment of the tape pulling，the result indicated that when the substrate surface was laseretched by laser power 7 W，the surface roughness reached the maximum and coating adhesion wasalso the strongest.

Keywords ：modified polyurethane ；laser etching modified ；electroless plating copper ；bonding strength

近年来，德国LPKF公司提出了一种激光改性技术，实现了在塑料表面完成选择性化学镀铜过程，在手机天线直接成型等领域得到广泛应用。与传统的化学改性技术相比，激光改性技术具有无需掩模、无污染、精确度高、加工速度快等优点，并可以局域选择性地改变材料表面的物理化学性能。目前该技术主要应用于丙烯腈– 丁二烯– 苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺等塑料表面的金属化。笔者力图利用激光选择性活化技术制作一种柔性导电电极。典型的柔性高分子材料如硅橡胶等，能很好实现柔性变形的需要，但通过大量的实验发现，由于硅橡胶一类的高分子材料分子极性不明显，表面能低，难于采用通过激光刻蚀的方法达到表面

活化的目的。

为此笔者提出了一种在掺杂了添加剂( 铜基金属复合物) 的柔性聚氨酯(PUR)表面进行无钯化学镀铜的方法。PUR 在经过激光刻蚀后，添加剂中的铜元素以亚铜离子的形式暴露于基体表面，在化学镀铜反应中亚铜离子首先被甲醛还原为铜单质作为催化中心；此外，使用激光刻蚀材料表面，聚焦后的激光束照射到工件表面，激光较高的功率密度，能够在极短的时间内使材料发生熔化、汽化，材料汽化膨胀产生的压力将熔融的材料抛出形成空穴、凹槽、

凸起，达到表面粗化的效果，粗化后的材料表面在化学镀反应中对沉积的金属粒子起到铆合锁扣的作用，从而增加镀层与材料表面的结合力。利用激光改性刻蚀基体表面，达到将基体的粗化和活化一步完成的前处理效果，最后经过自催化化学镀铜 (AED) 得到性能良好的铜镀层。

结论

实验以掺杂了铜基金属复合物的PUR 浆料为基体材料，利用波长为1 064 nm 脉冲激光刻蚀基体表面达到对基体表面粗化、活化的前处理效果，接着进行化学镀铜。对镀层的测试结果表明，铜镀层的结合强度可以到4～5 级的水平，电阻率为1.7～2.2 μΩ · cm，延展性良好。分析了激光刻蚀PUR表面后，掺杂了铜基金属复合物的PUR 表面出现铜元素的价态。结果表明，刻蚀后的PUR 表面出现的铜元素以Cu+ 的形成存在；得出了激光功率对PUR表面粗糙度的影响规律，实验发现，激光刻蚀功率从1 W 增加到7 W，粗糙度呈非线性增加。在7 W时，PUR 表面粗糙度达到最大值1.919 μm，从8 W开始粗糙度下降，功率10 W 时粗糙度最小。采用胶带拉力实验法验证了功率为7 W 时，经过刻蚀的PUR 化学镀铜后，镀层的结合强度最大。提出的在PUR 表面进行无钯化学镀是可行的，与传统的化学

镀前处理方法相比，这种方法更加简单、高效，可以实现在柔性树脂表面进行选择性化学镀铜。