非金属材料的镀前处理

    非金属材料有很多，大多为非导电材料，不能够直接进行电镀，必须进行镀前处理使其表面金属化，然后再进行化学镀、电镀。非金属镀件目前已经获得了广泛的应用，其产品几乎应用到各个领域，从装饰性应用领域到工业应用领域几乎都有非金属镀件。

    非金属材料化学镀工艺通常包括以下几个过程：基体→除油→表面粗化→表面敏化→表面活化→化学镀。前面几个过程都是基体化学镀前的前置处理工序，其中的表面活化步骤是前置处理工序中最为关键的一步，其余的前置处理都是为了优化这一步，它的好坏直接关系到镀层是否均匀、镀层与基体的结合力的强弱等，是化学镀工艺中至关重要的环节。

    所谓活化就是在基体表面上沉积一层连续的、均匀分布的金属颗粒，使之成为镀层金属进一步沉积的结晶中心或催化活化中心。

    1.常规活化方法

    常规的基体表面活化法有浸钯法、催化性涂料法、银浆法、钼锰法等。目前实践中用得最广泛的就是胶体钯活化工艺。具体的工艺流程及操作规范见第五章中的相关内容。

    这些常规的活化方法虽然工业上应用较早，有的工艺也比较成熟，有的甚至在化学镀的历史上以及现在都起着十分重要的作用，但由于这些方法存在诸如没有区域选择性、步骤多、贵金属(例如钯)浪费严重等缺点，促使人们寻找新的方法以解决上述问题。

    2.气相沉积法

    气相沉积法可笼统地分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。气相沉积法是将基体放在高温真空室中，将所要沉积的金属制成靶体(PVD)或易挥发物质(CVD)通过物理或化学方法使金属沉积在基体表面上，从而形成以后化学镀所需的活性层。

    气相沉积法制得的活性层与基体结合紧密，导致镀层金属与基体的结合也很紧密，且有时可以制得用常规方法难以得到的活性层，但该法通常需要昂贵的高真空设备，没有区域选择性，要求基体耐高温，体积不宜太大，有时还要将镀层金属制成易挥发的物质(通常有毒),因而限制了它在化学镀中的应用。

    3.运用介电层放电(DBD)进行活化

    这种方法先用DBD对基体表面进行清洁和粗化，接着用旋转法在基体表面均匀涂上一层醋酸钯(PdAc₂),再通过DBD即可在基体上获得活性钯颗粒，用氯仿CHCl₃洗去未分解的PdAc₂,即可在基体表面得到活性钯图案，之后即可进行化学镀，该过程如图7-1所示，DBD装置如图7-2所示。

    运用介电层放电进行活化无需昂贵的激光和真空设备，可在常压空气中进行，得到的活性钯颗粒分散均匀，活性好，效率也很高，但其图案分辨率依赖于所涂的DBD的分辨率。

    4.光化学法

    光化学方法是目前非金属材料化学镀基体表面活化领域的研究热点，它将光学和化学两个学科领域结合起来，通过光辐射诱发活性物质母体在基体表面发生化学或物理化学反应，形成一层均匀的活性物质，成为进一步化学镀的活性中心。所用光源有可见激光、紫外准分子激光、准分子灯、红外灯等；活性物质母体既有制成固体膜的，也有制成溶液的，有钯氨络合物、醋酸钯、氯化钯、硫酸钯、乙酰丙酮合镍、银氨络合物等；基体材料也是多种多样的，如聚酰亚胺(PI)、有机玻璃(PMMA)、聚酯薄膜(mylar,PET)、三氧化二铝陶瓷晶片、多孔硅、玻璃等。光源为准分子灯或红外灯的活化方法通常将活性物质母体制成固态膜涂覆在基体上，接着用类似于照相技术的原理对其"曝光",活性颗粒即可沉积在基体上。这种方法通常没有区域选择性，若想使其具有区域选择性，需在“曝光”时用特制的模具进行掩膜。运用激光方法对基体活化的原理如图7-3所示，该法若再配以AUTOCAD技术，可以得到任意的图案，区域选择性好(分辨率可达2μm),活化速度快，步骤少，常温常压下可以实现。

    光化学方法活化的机理比较复杂，大致有如下几种类型：光电化学机理，热电化学机理，光分解反应机理，热分解反应机理等。通过光化学方法对基体先活化，再化学镀，所得镀层平整，镀层与基体结合力好，镀层金属导电性也好，因此有较大的发展前景和实用性。

    5.自催化活化法

    自催化活化法是从上述的光化学方法演变而来的，其不同之处在于所用光源通常是激光，且没有活性物质母体。它运用激光从化学镀液或固体薄膜中直接沉积出镀层金属，整个过程没有单独的活化步骤，也就是人们通常所说的激光镀技术。但是仔细分析这个过程，就会发现在激光照射过程中，基体会吸收光能而发生物理的(如消融等)或化学的(分解等)变化，从而既进一步洁净了受照射部分的基体表面，又使其变得粗糙了，为镀层金属的沉积创造了条件。与此同时，镀液或薄膜也吸收光能而使其局部温度升高，导致镀层少量金属离子从镀液的还原剂或基体中吸收电子而还原成金属原子，对固体薄膜则会相应地发生光分解或热分解而生成金属原子。这些新生成的金属原子具有自催化作用，将成为金属进一步沉积的催化活性中心，诱导镀层金属进一步沉积，直至完成。

    自催化活化法操作步骤最少，可以节约甚至不用贵金属，也具备区域选择性。但目前工艺尚未成熟，仍存在镀层与基体结合力不强，镀层金属导电性差等问题，需进一步改进。

本文转载自《电镀前处理与后处理》编著    李异
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