Figure 1 :Modifications de l'adhérence d'un film de placage d'or sur un film PET dans différentes conditions d'irradiation par lumière pulsée (temps et intensité d'irradiation).
Des chercheurs de l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) ont découvert que lorsqu'un film mince métallique formé par placage autocatalytique sur un substrat en plastique est irradié pendant une très courte période avec une lumière pulsée à haute intensité, l'adhérence du film plaqué au substrat est considérablement améliorée sans endommager le substrat. Cette technologie fournit également une technique de modelage simple du film de placage.
Le placage autocatalytique a été largement utilisé dans les industries pour produire des films métalliques minces sur des matériaux isolants tels que des produits en plastique avec des formes complexes pour les pièces électroniques et automobiles. Généralement, dans la formation de films métalliques, la surface du substrat doit être prétraitée pour produire une rugosité (par exemple par traitement au plasma ou gravure chimique) pour améliorer l'adhérence au substrat. En placage autocatalytique, en particulier, il est difficile d'assurer une adhérence suffisante sans un tel prétraitement.
Dans la technologie développée, un film plaqué formé sans traitement de surface du substrat est irradié avec une lumière pulsée de haute intensité pendant un temps très court (plusieurs centaines de microsecondes), provoquant un échauffement instantané du film métallique à une température élevée. Par conséquent, seule l'interface entre le film plaqué et le substrat plastique peut être chauffée, augmentant ainsi l'adhérence du film sans endommager le substrat. Un grand film de placage (format A4) peut être traité en un temps très court (de l'ordre de la microseconde). En outre, l'irradiation de la lumière pulsée à travers un photomasque nous permet de réaliser des motifs métalliques sur des films plastiques. C'est-à-dire, la zone masquée reste faible en adhérence et peut être facilement décollée avec du ruban adhésif.
Le placage autocatalytique est un procédé de formation de film chimique humide pour former des films métalliques sur des matériaux isolants, comme les plastiques, verre et céramique, et a été utilisé dans diverses industries, y compris les industries de l'électronique (par exemple, les cartes de circuits imprimés) et de l'automobile (par exemple, les enjoliveurs et les volants). Contrairement aux procédés physiques de formation de film sec tels que la pulvérisation cathodique, qui nécessite un système de vide coûteux, le placage autocatalytique est un procédé peu coûteux et a donc été utilisé dans une grande variété d'applications pour former des films de cuivre, nickel, or, et autres métaux.
Le placage autocatalytique conventionnel nécessite une rugosité de surface pour améliorer l'adhérence. La surface est rendue rugueuse en utilisant un processus physique tel que le traitement au plasma qui utilise un système de vide ou un processus de gravure chimique utilisant des produits chimiques oxydants dangereux. Cependant, ces processus ont quelques problèmes. Par exemple, si la surface du substrat est rugueuse, le film mince métallique formé sur la surface n'est pas lisse et les caractéristiques électriques et optiques du film sont affectées défavorablement. De plus, pour former un motif conducteur fin, le film de placage métallique est formé sur toute la surface du substrat, un motif de masque est formé sur le film avec une résine photosensible, puis le film métallique est gravé. Ce procédé comprend plusieurs étapes qui produisent une grande quantité de déchets entraînant une charge environnementale élevée, tout comme le processus de gravure.
Figure 2 :Micro-motif plaqué or sur un film PET.
L'AIST a découvert une technique pour immobiliser, sur une surface en plastique, des nanoparticules de métaux nobles comme le palladium et le platine, qui agissent comme des catalyseurs pour le placage autocatalytique. AIST développe un procédé de placage autocatalytique sans gravure qui assure une adhérence élevée sans rendre rugueuse la surface du substrat. En collaboration avec Satoru Shimada (chercheur principal) et d'autres du Mesoscopic System Group, l'Institut de recherche en électronique et photonique (Directeur :Satoshi Haraichi), AIST, les chercheurs étudient les processus de formation de film qui utilisent la lumière pulsée à haute intensité. Dans la présente recherche, les chercheurs ont intégré les activités de recherche mentionnées ci-dessus pour améliorer l'adhérence du film de placage et développer un motif de film de placage simple à l'aide d'un masque photographique.
Les résultats de cette recherche ont été obtenus dans le cadre de la "Recherche sur un procédé avancé de placage autocatalytique sans gravure à haute adhérence", un projet de programme de transfert de technologie adaptatif et transparent par le biais de la R&D axée sur les cibles (A-STEP) de l'Agence japonaise des sciences et de la technologie.
En placage autocatalytique, un film mince métallique est formé par réduction chimique d'ions métalliques dans la solution après immobilisation du catalyseur sur la surface du substrat. Dans cette recherche, colloïde de platine, nanoparticules de platine recouvertes de polymère uniformes de 3 nm dispersées de manière stable dans l'eau, est utilisé comme catalyseur. Lorsqu'un substrat tel que du plastique est immergé dans le colloïde de platine, les nanoparticules de platine sont uniformément immobilisées à la surface du substrat. Puis, lorsque le substrat est immergé dans une solution aqueuse mixte de peroxyde d'hydrogène à faible concentration et d'acide tétrachloroaurique (III), la catalyse par les nanoparticules de platine amène le peroxyde d'hydrogène à réduire le tétrac
2HAuCl
Classiquement, le substrat est recuit pendant environ 30 minutes à 100 à 250 ? après placage. (La température varie en fonction des propriétés du substrat.) En conséquence, l'adhérence du film de placage est améliorée, et un film de placage d'or est formé qui ne se décolle pas lors d'un "test Scotch-Tape" conformément à JIS K5600-5-6. Dans ce processus, la surface n'est pas rugueuse et l'adhérence du film de placage est améliorée par un recuit après placage. Le cuivre, nickel, et le placage au platine peut être effectué d'une manière similaire en utilisant du colloïde de palladium comme catalyseur. Cependant, le recuit post-placage peut causer des problèmes tels que le gauchissement et la déformation du substrat, et dure 10 à 30 minutes.
Les chercheurs ont étudié un processus de post-placage qui utilise une lumière pulsée à haute intensité comme alternative au processus de recuit conventionnel. Lorsqu'un film de placage formé sur un substrat en plastique est irradié avec plusieurs centaines de microsecondes de lumière pulsée, seule l'interface entre le film de placage et le substrat plastique est chauffée instantanément. Par conséquent, l'adhérence du film de placage est améliorée et des changements tels qu'un gauchissement et une déformation ne se produisent pas sur le substrat. La figure 1 montre les conditions d'irradiation par lumière pulsée et les conditions de post-irradiation (adhérence, suppression, pelage) d'un film de dorure sur un film de polyéthylène téréphtalate (PET). Lorsque le film a été irradié une fois avec 300 µs et 1,21 J/cm 2 de lumière pulsée, l'adhérence a été améliorée de sorte que le film ne s'est pas décollé lors d'un test de pelage de bande. Lorsqu'il a été irradié une fois avec de la lumière pulsée avec une énergie plus élevée (par exemple 300 µs et 2,06 J/cm 2 ), le film de placage a été retiré (gravé). Lorsque le film a été irradié avec une lumière pulsée de plus faible énergie (bleu sur la Fig. 1), l'adhérence n'a pas été améliorée et le film s'est facilement décollé lors d'un test de pelage de bande.
Pour déterminer si un motif métallique, comme un schéma de câblage, pourrait être formé par irradiation avec de la lumière pulsée, un masque photo avec un motif spécifié imprimé sur un film PET avec une imprimante laser a été placé sur un film de placage d'or et le film a été irradié une fois avec 300 µs et 1,21 J/cm 2 de lumière pulsée. L'adhérence du film de placage était mauvaise dans les zones qui étaient masquées et non exposées à la lumière. Du ruban adhésif a été attaché à ces zones et décollé. Le film s'est décollé avec le ruban adhésif, laissant le motif en métal doré sur le substrat. Lorsque l'énergie de la lumière pulsée a été augmentée, les zones exposées du film ont été gravées et un motif inversé a été formé. Il a été confirmé que l'amélioration de l'adhérence et la gravure à la lumière pulsée sont possibles sur divers substrats en plastique. Un micro-motif métallique (Fig. 2) peut être formé en utilisant un masque photographique avec le micro-motif.
Le processus de placage autocatalytique développé peut être appliqué à d'autres films de placage de métal et à divers substrats en plastique. AIST est en train de transférer cette technologie de placage autocatalytique aux entreprises des zones touchées par le grand tremblement de terre de l'est du Japon. Les chercheurs collecteront des données sur les conditions d'irradiation par lumière pulsée efficaces pour différentes combinaisons de métaux et de plastiques et développeront des applications de cette technologie, en tenant compte des besoins des entreprises touchées par le séisme. Parce que ce phénomène est spécifique aux films de placage et que ses effets sur les films métalliques formés par d'autres procédés tels que la pulvérisation cathodique ne sont pas les mêmes, les chercheurs ont l'intention d'étudier le mécanisme derrière cela.
