聚酰亞胺（PI）薄膜等離子處理改性原理

Dec. 25, 2023

聚酰亞胺(Polyimide,簡稱PI)薄膜以其優(yōu)異的機(jī)械性能、耐高溫性能、耐輻射性能、低介電常數(shù)和高電阻率等優(yōu)異性能,廣泛應(yīng)用于微電子行業(yè)作為介電空間層、金屬薄膜的保護(hù)覆蓋層和基材,尤其用于撓性覆銅板領(lǐng)域。然而PI薄膜因表面親水性差,導(dǎo)致其與膠粘劑、金屬粘合性差。為了改善粘合性,有必要對(duì)PI薄膜表面進(jìn)行改性處理。低溫等離子體技術(shù)因操作簡單、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等原因而被廣泛的應(yīng)用于環(huán)保處理、材料改性等方面。

等離子體處理

等離子體是一種全部或部分電離的氣體狀態(tài)物質(zhì),含有原子、分子、離子亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài),并且電子、正離子與負(fù)離子的含量大致相等,物質(zhì)能量較高,易與其他物質(zhì)起物理、化學(xué)和生理反應(yīng)。

等離子體表面處理技術(shù)是一種結(jié)合物理和化學(xué)方法的氣態(tài)處理技術(shù)，因?yàn)榫哂械臀廴?、不耗水、低能耗等特點(diǎn)在材料表面改性的應(yīng)用中得到廣泛的關(guān)注。等離子體刻蝕對(duì)材料表面形態(tài)、對(duì)材料物理機(jī)械性能、對(duì)材料表面親疏水性都有著重要的影響。因?yàn)榈入x子體中粒子的能量一般高于材料中常規(guī)化學(xué)鍵鍵能，因此在這些高能粒子轟擊下，材料表面可能發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、重組，從而達(dá)到材料表面性能改變的目的。

等離子體材料處理的作用主要有：

（1）刻蝕，等離子體中高速運(yùn)動(dòng)的粒子對(duì)材料表面的轟擊，對(duì)材料表面具有一定的燒蝕作用，在材料表面會(huì)產(chǎn)生坑洼、孔洞，增加了材料比表面積并改善表面潤濕性。

（2）表面交聯(lián)、修飾，等離子體中高能粒子包括電子、激發(fā)態(tài)粒子、自由基等轟擊材料表面使化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，形成新的自由基，或通過自由基的撞擊直接向材料表面?zhèn)鬟f自由基。這些自由基之間發(fā)生組合形成新的基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)材料表面的交聯(lián)和修飾作用。

聚酰亞胺薄膜等離子處理改性原理

等離子體對(duì)材料的改性實(shí)際上是等離子體與材料表面之間相互作用的過程，在這個(gè)過程中，主要發(fā)生材料表面的刻蝕、分子鏈的交聯(lián)以及極性官能團(tuán)的引入。高活性的等離子體使空氣中的許多分子(如H2O、O2、N2等)發(fā)生電離或者激發(fā)，并形成粒子產(chǎn)物(N2+、O2+、O.、H.、紫外光等)，這些粒子產(chǎn)物在等離子體處理過程中會(huì)帶上較高的能量并撞擊PI薄膜，使得PI薄膜發(fā)生交聯(lián)或刻蝕，并引入-OH、-NH2等極性親水基團(tuán)，進(jìn)而增強(qiáng)薄膜表面的親水性以及表面能。此外，等離子的刻蝕也會(huì)使得薄膜表面的粗糙度增加，粗糙度的增加亦會(huì)增強(qiáng)其表面的親水性。在改性過程中，由于PI分子鏈中的醚鍵(C-O-C)及酰亞胺環(huán)上的C-N鍵較弱，在等離子體與PI分子鏈作用過程中會(huì)首先發(fā)生斷裂，斷裂的分子鏈與等離子體中游離的H.、O.等原子發(fā)生作用，進(jìn)而形成-NH2等新的基團(tuán)。等離子體與PI分子鏈可能的作用過程見圖1。

聚酰亞胺（PI）薄膜等離子處理改性原理