[发明专利]材料表面金属图案的激光直写预成形光催化镀制备方法

说明书

一种材料表面金属图案的激光直写预成形光催化镀制备方法，属于材料表面处理技术领域。本发明将激光直写技术与光催化镀技术相结合，在激光直写蚀刻预成形高精度纳米半导体薄膜图案的基础上，进行光催化镀制备高质量金属图案。本发明的材料表面金属图案的激光直写预成形光催化镀制备方法绿色环保、流程短、节约金属、高效、低成本，具有普适性和高的稳定性，制备得到的金属图案尺寸精度高、镀层表面质量好、与基体结合强度高、性能优异。

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，特别是提供了一种材料表面金属图案的激光直写预成形光催化镀制备方法。

背景技术

表面金属化材料(如印刷电路板、表面金属化半导体芯片、端面金属化真空管、太阳能电池、金属化薄膜电容器等)由于兼具导电、可焊、绝缘和导热等优异的综合性能，在电子信息、智能交通、医疗保健、航空航天、能源电力和日常生活等领域得到了广泛应用。在表面金属化材料的实际生产中，不仅需要在基体材料表面覆上金属化层，而且通常还需要对金属化层进行处理制备得到金属图案(如金属电路、栅形电极等)。传统的材料表面金属图案制备方法主要有两种，一种是直接在材料表面制备出金属图案的短流程制备方法，另一种是在材料表面整体覆上金属化层后再进行后续处理得到金属图案的长流程制备方法。

传统的材料表面金属图案短流程制备方法主要是丝网印刷法。采用丝网印刷法可以通过浆料在材料表面特定区域的选择性印刷和高温烧结实现材料表面厚膜金属图案的短流程直接制备，操作简便、成本低廉，因而被广泛应用于金属化陶瓷基板等产品的制造中；但是，该方法生产过程中能耗较大，制备得到的金属图案镀层易出现裂纹、孔隙等缺陷，而且表面平整度也较差。

传统的材料表面金属图案长流程制备方法主要是先通过磁控溅射法、真空蒸镀法、化学镀法或直接敷金属法在材料表面整体制备出薄膜金属化层，然后使用光刻技术等手段制备得到金属图案的方法。采用目前的长流程制备工艺可以在材料表面制备出平整度、致密度、导电性等性能较优的薄膜金属图案；但是，这些方法在生产过程中均需蚀刻去除图案区域外的金属镀层，工艺流程繁琐且镀层金属浪费严重。

因此，开发新的材料表面高质量金属图案短流程无模制备方法是未来发展的主要方向。对此，本专利申请人等基于自主研发的绿色环保、简便快捷、成本低廉的光催化镀技术[见：刘雪峰，熊小庆，谢建新.一种表面金属化复合材料的光催化化学镀制备方法.中国发明专利，授权号ZL200910081920.X，授权日2010-08-18]，通过一定能量光的照射在材料表面的纳米半导体薄膜上发生光催化氧化还原反应，还原镀液中的金属离子制备得到金属化层，并进一步的，从控制光照区域形状入手，结合激光直写技术和光催化技术，开发了实现材料表面金属图案短流程无模制备的激光正光催化直写镀金属图案方法[见：刘敏，刘雪峰.一种陶瓷电路基板表面精细化金属图案的制备方法.中国发明专利，申请号201610855059.8，申请日2016-09-27]和激光背光催化直写镀金属图案方法[见：刘雪峰，刘敏，徐可.一种透光材料表面金属图案的背光催化镀制备方法.中国发明专利，申请号201710363124.X，申请日2017-05-22]。采用上述方法可以快速、高效地在材料表面直接制备得到图形精度高、结合强度好、导电性能优异的金属图案，简化了生产流程，解决了原来使用有模控形光催化镀金属图案方法[见：刘雪峰，刘敏，欧阳凌霄，等.一种材料表面金属图案的光催化镀制备方法.中国发明专利，申请号201510120018.X，申请日2015-03-18]制备过程中精密模板生产成本高、不连续模板(如镂空区为同心圆环)制备困难等问题，提高了金属图案的制备精度和生产灵活性。但在上述激光正光/背光催化直写镀金属图案的过程中也存在一些问题，如：①激光作为催化光源需穿过镀液或基体材料参与反应，而镀液或基体材料对激光的吸收会造成一定的能量损失使能量利用率降低，同时激光冲击材料表面易造成烧蚀、图案精度控制困难、镀层均匀度较差、结合强度降低等问题；②为避免对镀层的冲击和烧蚀一般采用较小能量的激光进行制备，难以充分发挥其能量密度大的优点；③在高精度图案的成形过程中对镀液、基体材料的均匀性和激光光源的稳定性等条件要求较高，同时激光作为催化光源一般需为短波光或极短波光以满足催化时的能量要求，降低了该方法的普遍适用性。