塑料薄膜屏蔽材料的生产工艺

曾海军

（北川天讯新材料有限公司，四川 北川622600）

0 前言

塑料薄膜是指以高分子合成材料为主要原料，与其他辅助原料按一定比例均匀混合后，在塑料成型机械设备上成型为有一定厚度、宽度和无限长度的，表面平整、光滑而柔软的片材。塑料薄膜在包装领域的应用最为广泛，可用于食品包装、电器产品包装、日用品包装、服装包装等。塑料薄膜具有质量轻、价格便宜、综合性能好等优点，开发出的功能性薄膜正在向新的技术水平发展。关于功能性薄膜，因其具有特殊的功能，更具市场竞争力。

在塑料薄膜表面通过低温等离子体表面处理、磁控溅射过渡层和植晶层的导电化处理以及电沉积的工艺，生产出一种新型屏蔽材料。

1 试验

1.1 试验材料

根据使用要求，可以选择厚度适合的PET，PI，PEI，PEN等材料作为基材。本试验选用厚度为12μm的PET薄膜作为基材。

1.2 工艺流程

1.3 主要工序说明

1.3.1 低温等离子体表面处理

PET薄膜属于极性高分子材料，其表面自由能较高，表面张力约为4.0×10-4N／cm。为了增加磁控溅射镀层及电镀层与PET薄膜之间的结合力，需要对PET薄膜进行表面处理，以进一步提高其表面张力。采用辉光放电低温等离子体来处理薄膜，可以在不影响材料性能的前提下大幅提高材料的表面张力。具体处理工艺为：基础真空度5.0×10-2Pa，放电真空度3～5Pa，加载气体Ar和O2，处理功率180W，1～3min。

真空辉光放电的特点为：视觉上呈现均匀的雾状放电；放电时功率密度大；处理薄膜类材料时不会出现击穿和燃烧等问题；处理温度接近室温，不会因温度高而产生变形。

1.3.2 磁控溅射

磁控溅射的工艺条件为：基础真空度＜5.0×10-3Pa，溅射气压0.18Pa，靶与基片的距离100 mm，溅射功率100W，靶直径60mm，靶材金属Ni-Cr或Cu，工作气体Ar。

试验在JPGS-300型磁控溅射机上进行。低温等离子体表面处理完成后，依次溅射Ni-Cr过渡层和Cu植晶层。该设备所制得的膜层致密、针孔少、结合力强。

1.3.3 电镀铜

镀液配方及工艺条件为：硫酸铜180～220 g／L，浓硫酸40～70g／L，氯离子40～90mg／L，开缸剂4～8mL／L，光亮剂A 0.3～0.8mL／L，光亮剂B 0.2～0.5mL／L，1～6A／dm2，20～40°C，搅拌方式 空气搅拌，阳极 磷铜阳极（磷的质量分数为0.03%～0.06%）。其中，开缸剂和光亮剂为德国进口产品。该工艺所得镀层不易产生针孔，光泽度高，内应力低，延展性好，厚度均匀；同时镀层的沉积速率快，镀液稳定，对杂质的容忍度高。

1.3.4 电镀镍

镀液配方及工艺条件为：氨基磺酸镍300～450 g／L，氯化镍0～15g／L，硼酸30～45g／L，pH值3.5～4.5，2～5A／dm2，40～60℃。

与传统的硫酸镍镀液相比，采用氨基磺酸镍镀液能获得机械性能更好的金属镀层。该工艺的电流效率高，可节约电镀时间，提高生产效率。

2 结果与讨论

2.1 等离子体处理时间对薄膜表面张力的影响

等离子体处理时间对PET薄膜的表面张力影响显著。未经过等离子体处理的PET薄膜的表面张力较低，约为3.7×10-4N／cm。经过等离子体处理后，即使处理时间很短，PET薄膜的表面张力也有显著提高，如表1所示。处理时间超过3min后，表面张力的提高不再明显。

表1 等离子体处理时间对薄膜表面张力的影响

2.2 磁控溅射过渡层对镀层剥离强度的影响

在PET薄膜表面直接溅射铜的结合力很差，镀层加厚时会发生脱落现象。因此，必须以Ni-Cr合金层作为过渡层，Cu层作为植晶层。过渡层厚度一般控制在2.0×10-8m，Cu层厚度控制在8.0×10-8m。Ni-Cr合金层太薄，起不到应有的效果；太厚，既增加生产成本，又容易造成薄膜变形而失去应用价值。Cu层厚度控制在8.0×10-8m可以大幅降低表面电阻，提高后续的电镀速率。

2.3 镀镍层的应力控制

为防止镀层应力造成薄膜卷曲，影响材料的使用性能，要严格控制电镀镍的工艺条件，使应力降至最低。温度控制在40～60℃之间，最好是在50℃左右。pH值越高，应力越大。pH值要严格控制在3.5～4.5之间，最佳的pH值在4.0左右。电流密度越高，应力越小，但过高会使镀层烧焦。在搅拌条件下，电流密度控制在2～5A／dm2。主盐的质量浓度越高，应力越小。一般控制氨基磺酸盐的质量浓度不低于300g／L。

2.4 性能测试结果

2.4.1 材料外观及表面电阻

采用上述工艺制备的塑料薄膜电磁屏蔽材料表面平整、光亮、针孔极少，无油污、脏点，色泽均匀。材料的表面电阻较小，铜层厚度控制在1μm。采用ZY 9987型数字式微欧计（上海正阳仪表厂）测得样品的横向电阻为0.014Ω／sq，纵向电阻为0.016 Ω／sq。这表明材料的导电性良好。

2.4.2 抗拉强度和断裂伸长率

试验在XLW-500型薄膜电子拉力试验机（济南兰光公司）上进行，试验结果，如表2所示。其中，膜层和镀层的总厚度为13.5μm。结果表明：材料的抗拉强度均已超过同类产品标准。

表2 材料的抗拉强度和断裂伸长率

2.4.3 屏蔽效能

不同厚度的铜层的屏蔽效能，如表3所示。结果表明：该材料在很宽的波段内具有良好的电磁屏蔽效能。

表3 铜层的屏蔽效能

2.4.4 镀层结合力

采用胶带法定性测试镀层的结合力。将附着强度大于8N／25mm的胶带粘在材料的镀层表面，用滚轮滚压以除去气泡，10s后，以一稳定的垂直于镀层表面的拉力将胶带拉起，镀层没有脱落。电阻测试显示表面电阻没有明显变化。

3 产品应用

本工艺在实际生产中已实现规模化连续生产，可以生产各种厚度的单双面金属层的以塑料薄膜为基材的屏蔽材料，其具有成本低、生产过程控制简单、产品合格率高等优点。采用本工艺生产的产品已通过美国ASTM D-1000标准检测，用于手机、笔记本电脑及数码产品中，可屏蔽电磁信号。

4 结论

塑料薄膜经低温等离子体表面处理后，采用物理沉积和电沉积结合的方法制备电磁屏蔽材料。该材料的导电性能较好，结合力强，在很宽的波段内屏蔽效能均在60dB以上，可以满足各种条件下的电磁屏蔽要求。