Laser Induced Selective Activation For Subsequent Autocatalytic Electroless Plating

摘要

Temaet for denne PhD afhandling er “Laser induceret selektiv aktivering til efterfølgende autokatalytisk kemisk plettering”. Formålet med projektet er at undersøge proceskæder til mikrostrukturering af plastoverflader for efterfølgende selektiv metallisering. ”Laser induceret selektiv aktivering” (LISA) er en ny teknologi, der introduceres i projektet som en metode til fremstilling af såkaldte 3D moulded interconnect devices (3D-MID). Metoden muliggør metallisering af en plastoverflade, der er modificeret ved hjælp af en laser og aktiveret med en PdCl2/SnCl2 opløsning. Der eksisterer forskellige industrielle metoder til fremstilling af MID, f.eks. LDS® eller tokomponent sprøjtestøbning. LISA har økonomiske og miljømæssige fordele i forhold til disse teknologier. LISA kan bruges på mange forskellige plasttyper, uden at der blandes fyldstoffer i selve plasten. Projektet viser at bl.a. polyethylene, polystyrene, polycarbonate og ABS kan bruges i LISA processen. Derudover er brugen af meget giftige kemikalier som f.eks. kromsyre elimineret i LISA. PdCl2/SnCl2 aktiveringssystemet er baseret på andre forskeres arbejde. Undersøgelserne i projektet er fokuseret mod at forstå hvorfor de laseraktiverede områder fastholder aktiveringspartiklerne bedre end de andre dele af overfladen. Den første hypotese bygger på antagelsen om at der sker en kemisk ændring af polymeren ved laserstruktureringen, således at aktiveringspartiklerne bindes kemisk til plastoverfladen. Eksperimentelle undersøgelser med XPS og FTIR spektroskopi kunne hverken bekræfte eller afkræfte denne hypotese. Den anden hypotese bygger på antagelsen om, at den laserstrukturerede overflade har en større affinitet i forhold til aktiveringspartiklerne. Denne hypotese blev bekræftet ved hjælp af undersøgelser af overfladespændinger. Tredje hypotese bygger på diffusion af aktiveringspartikler ind i den laserstrukturerede overflade. Denne hypotese blev bekræftet af korttids-metalliseringsforsøg kombineret med en modellering baseret på Fick’s diffusionslove. Indflydelsen af laserparametre på den dannede overfladestruktur er blevet undersøgt for Nd:YAG, UV og fiber-lasere. Mekanismen i overfladedannelsen er diskuteret og Nd:YAG procesparametrenes indflydelse på overfladestrukturen blevet undersøgt. Der er en tendens til at højden af den laserstrukturerede del af plastoverfladen stiger med laserstrålens energi. Der er blevet udviklet en karakteriseringsmetode til de porøse overflader baseret på bærekurven for overfladen. To metalliseringsmetoder er blevet sammenlignet ved observation af hastigheden af metalliseringen. Det blev konstateret, at metalliseringshastigheden er uafhængig af lasersporets højde, under forudsætning af at lasersporet har en porøs struktur. Vedhæftningen af kobberlaget er afhængig af lasersporets struktur. En høj laserenergi resulterer i et højt voluminøst laserspor, der sikrer en bedre vedhæftning af kobberet til plastoverfladen. LISA metoden er blevet testet til fremstilling af en række antennestrukturer. To simple former (planar dipole og planar loop) og en såkaldt co-planar stripline blev undersøgt. Antennestrukturerne fremstillet med LISA teknologien viser impedans karakteristika som forventet og er sammenlignelige med standard PCB teknologi.