一种塑料金属化方法及制品

技术领域

本发明涉及绝缘性基材表面金属化领域，具体涉及一种塑料金属化方法及制品。

背景技术

在通信系统中，当二个或二个以上微波信号在微波无源器件中相遇时，就会产生PIM(Passive Inter Modulation，无源互调)失真，微波无源器件如天线振子、电缆、滤波器等，由于不可靠的机械连接，使用带有磁性的材料，接触面污损等原因，导致不同频率的信号在器件连接处非线性混频，产生不同幅度的互调产物，而这些互调失真信号又表现为通信频带中的干扰信号，使系统的信噪比下降，严重影响通信系统的容量和质量。随着微波无源器件集成度提高，输入功率增加，频谱使用越加紧密，无源互调问题越来越引起人们的重视。

目前天线振子、滤波器等基站通信相关的无源器件均有塑料解决方案，且未来塑料解决方案占比会越来越多，而塑料器件代替金属器件则必须在塑料器件表面进行金属化。

现有的塑料天线振子、滤波器等塑料器件金属化的方案有电镀和化学镀等金属化方案。以天线振子金属化方案为例，为了提升金属与基材直接的结合力以及便于功能线路镭雕，通常会在基材上表面以镍金属作为金属化的种子层。其中，塑料器件胚体的制备方式通常是采取注塑成型的方式。但是，特种工程材料在注塑成型过程中容易在塑料件表面或孔壁产生细小飞边。如果这些细小飞边去除不完全，那么这些细小飞边在金属化过程中的任一阶段都有脱落的风险，毛刺处金属层一旦脱落或者金属化的毛刺等的存在都会使电流不均匀，从而引起PIM值升高。

在注塑工艺完成后，虽然有人工去飞边工序以及喷砂工序，但这并不能完全解决该问题，比如存在孔内的飞边，人工无法完全去除等。因此，这将导致后续电镀的基材表面或是孔内存在飞边。同时喷砂工序会造成基材表面粗糙度增加，基材表面粗糙度增加会使种子层底层金属层粗糙度增加，由于电信号的传输特性，粗糙的金属层底层和表层均会引起PIM值增加，且喷砂还有不环保等问题。

此外，镍金属具有磁性，镍层的存在同样会影响PIM值，最终影响通讯质量。

在载频功率为43dBm的测量条件下，现有技术中采用磁性材料作为打底层的金属化方法制备而成的产品的PIM值普遍不低于-92.16dBm，行业内需要找到一种塑料金属化方案来改善高频通信领域的天线振子、滤波器等无源器件的无源互调值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种塑料金属化方法，改善天线振子、滤波器等无源器件的PIM值。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种塑料金属化方法，包括以下步骤：

制备塑料基材；

在所述塑料基材的表面沉积种子层；

所述种子层的材料为非磁性材料。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种塑料金属化方案采用非磁性材料作为打底层，区别于现有的塑料金属化工艺采用磁性材料作为打底层，可以应用于高频通信领域的天线振子、滤波器等无源器件，由于非磁性材料不易于对通信频带造成干扰，从而改善PIM值，提高通讯质量。

附图说明

图1为本发明一种塑料金属化方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中塑料基材表面金属层的结构图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

参考图1至图2，本发明实施例提供了一种塑料金属化方法，包括以下步骤：

制备塑料基材；

在所述塑料基材的表面沉积种子层；

所述种子层的材料为非磁性材料。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种塑料金属化方案采用非磁性材料作为打底层，区别于现有的塑料金属化工艺采用磁性材料作为打底层，可以应用于高频通信领域的天线振子、滤波器等无源器件，由于非磁性材料不易于对通信频带造成干扰，从而改善PIM值，提高通讯质量。

进一步的，所述在所述塑料基材的表面沉积种子层包括：

在所述塑料基材的表面沉积种子层底层；

在所述种子层底层远离所述塑料基材的表面沉积种子层表层。

进一步的，所述种子层底层的材料包括Ti、Cr、Ni/Cr以及Ni/Cu合金中的一种或多种。

进一步的，所述种子层表层的材料包括Cu。

由上述描述可知，上述材料为非磁性材料，通过非磁性材料作为塑料基材的种子层，区别于现有的塑料金属化工艺采用磁性材料作为种子层，非磁性材料不易对电信号造成干扰，从而改善PIM值。

进一步的，所述塑料基材包括聚醚酰亚胺基复合材料、聚苯硫醚基复合材料、聚2,6—二甲基—1,4—苯醚基复合材料、间规聚苯乙烯基复合材料、液晶聚合物、液晶聚合物基复合材料、间规聚苯乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯基复合材料、间规聚苯乙烯/聚2,6—二甲基—1,4—苯醚基复合材料、间规聚苯乙烯/聚苯硫醚基复合材料以及间规聚苯乙烯/液晶聚合物基复合材料中的一种或多种。

由上述描述可知，所述塑料基材选自上述材料，通过在基材表面进行金属化，可以制成天线振子、滤波器等无源器件，以应用于高频通信领域，并为基站通信相关的无源器件提供更多塑料解决方案。

进一步的，在所述在所述塑料基材的表面沉积种子层之前还包括对所述塑料基材进行预处理；

所述对所述塑料基材进行预处理包括：

对所述塑料基材进行去披锋处理；

将所述去披锋处理后的塑料基材进行超声波清洗，所述超声波清洗的温度为45～60℃，时间为10～30分钟；

将超声波清洗后的塑料基材进行烘干，所述烘干的温度为80～150℃，时间为0.5～2小时；

将烘干后的塑料基材在腔室中进行等离子活化，所述腔室温度为80～150℃，所述等离子活化的电压不小于3KV。

由上述描述可知，通过去披锋处理可以去除基材表面的细小飞边，避免细小飞边在金属化时脱落造成电流不均匀，改善PIM值；通过进行超声波清洗、烘干和等离子体活化处理可以改善基材表面状态，提高塑料基材与金属层之间的结合力。

进一步的，所述在所述塑料基材的表面沉积种子层还包括：

将所述等离子体活化后的塑料基材放在PVD腔室中，采用物理气相沉积金属化的方法，在所述塑料基材的表面溅射形成所述种子层底层，所述种子层底层的厚度为50～100nm；

在所述种子层底层远离所述塑料基材的表面溅射形成所述种子层表层，所述种子层表层的厚度为100～300nm；

所述PVD腔室的真空度为0.15-0.2Pa，氩气流量为100～300sccm。

由上述描述可知，通过采用物理气相沉积金属化工艺，并适应性的调节PVD工艺参数，可以实现塑料基材和金属层的之间的百格结合力达到5B，保证塑料制品的产品性能。

进一步的，在所述种子层表层远离所述种子层底层的表面采用电镀的方式形成功能层；

所述功能层材料为Cu。

由上述描述可知，通过种子层作为塑料基材的非磁性打底材料，在种子层的基础上沉积功能层，实现材料的导电，使塑料基材具有了金属导电的特性，从而实现塑料器件可以代替金属器件应用于通信领域。

由上述描述可知，通过在种子层表层表面采用电镀的方式沉积功能层，功能层的厚度可以足够大，从而提高塑料制品金属层的导电性能，相对使用PVD工艺也提高了金属化的效率。

进一步的，在所述功能层远离所述种子层的表面采用电镀的方式形成防护层；

所述防护层的材料包括Ag、Au以及Sn中的任意一种。

由上述描述可知，通过在功能层表面电镀防护层可以达到防护的效果，保护金属层不被氧化，易于焊接，同时避免焊接时金属层表面的功能线路变形或变色，保护功能线路，减少外力对功能线路造成的损伤。

本发明另一实施例提供了一种塑料金属化制品，根据上述塑料金属化方法制备而成。

实施例一：

一种塑料金属化方法，包括步骤：制备塑料基材；

具体的，本实施例中采取注塑的方式制备塑料基材，采用高速注塑机将塑料粒子制备无源器件胚体，其中，注塑及后处理工艺根据材料种类适当调整；

所述塑料基材选自聚醚酰亚胺复合材料、聚苯硫醚基复合材料、聚2,6—二甲基—1,4—苯醚基复合材料、间规聚苯乙烯基复合材料、液晶聚合物、液晶聚合物基复合材料、间规聚苯乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯基复合材料、间规聚苯乙烯/聚2,6—二甲基—1,4—苯醚基复合材料、间规聚苯乙烯/聚苯硫醚基复合材料以及间规聚苯乙烯/液晶聚合物基复合材料中的一种；

本实施例中，选用的基材材料为聚醚酰亚胺基复合材料；

在所述塑料基材的表面沉积种子层；

所述种子层的材料为非磁性材料；

所述在所述塑料基材的表面沉积种子层包括：

在所述塑料基材的表面沉积种子层底层；

在所述种子层底层远离所述塑料基材的表面沉积种子层表层；

所述种子层底层的材料包括Ti、Cr、Ni/Cr以及Ni/Cu合金中的一种或多种。

所述种子层表层的材料包括Cu；

本实施例中，所述种子层底层选用的材料为Ti；

在所述在所述塑料基材的表面沉积种子层之前还包括对所述塑料基材进行预处理；

所述对所述塑料基材的预处理包括：

对所述塑料基材进行去披锋处理；

本实施例中，所述去披锋处理是对塑料基材进行升华处理，去除塑料基材表面及孔内的细小飞边；

将所述去披锋处理后的塑料基材进行超声波清洗，所述超声波清洗的温度为45～60℃，时间为10～30分钟；

将超声波清洗后的塑料基材进行烘干，所述烘干的温度为80～150℃，时间为0.5～2小时；

将烘干后的塑料基材在腔室中进行等离子活化，所述腔室温度为80～150℃，所述等离子活化的电压不小于3KV；

本实施例中上述参数设置为：超声波清洗温度为45℃，清洗时间为10分钟；烘干温度为100℃，干燥时间为0.5小时；等离子活化电压为3KV，腔室温度为100℃；

将所述等离子体活化后的塑料基材放在PVD腔室中，采用物理气相沉积金属化的方法，在所述塑料基材的表面溅射形成所述种子层底层，所述种子层底层的厚度为50～100nm；

在所述种子层底层远离所述塑料基材的表面溅射形成所述种子层表层，所述种子层表层的厚度为100～300nm；

所述PVD腔室的真空度为0.15-0.2Pa，氩气流量为100～300sccm；

具体的，本实施例中PVD腔室的真空度为0.15Pa；种子层底层材料Ti的厚度为50nm，种子层表层材料Cu的厚度为100nm；

在另一种可选的实施例中，PVD工艺过程后的下一个步骤为镭雕，具体采用红外或紫外(UV)激光器镭雕机在所述基材上加工出清晰、完整的功能线路，以确保所述功能线路与非功能区域断开；

在所述种子层表层远离所述种子层底层的表面采用电镀的方式形成功能层；

所述功能层材料为Cu；

本实施例中，利用电镀将功能线路中的铜层加厚至5-25μm，使铜层的厚度大幅度增加以提高塑料基材表面金属层的导电性能；

在另一种可选的实施例中，形成所述电镀功能层的过程中伴随着蚀刻，具体为利用电镀液溶剂退去所述金属层上除所述功能线路以外的部分，其中所述电镀液溶剂为包括硫酸、过硫化钠及双氧水的复配溶剂；

在所述功能层远离所述种子层的表面采用电镀的方式形成防护层；

所述防护层的材料包括Ag、Au以及Sn中的任意一种；

本实施例中防护层选用的材料为Ag，通过在所述铜层上电镀一层Ag层，达到防护的效果，保护所述铜层不被氧化，易于焊接，同时避免焊接时所述功能线路变形或变色，保护所述功能线路，减少外力对所述功能线路造成的损伤。

实施例二：

本实施例与上述实施例一的不同之处在于：

基材为聚苯硫醚基复合材料；

金属化前的去披锋处理过程包括喷砂前处理，其中优选80-100目的河沙；

种子层底层材料为Cr；种子层表层材料为Cu；功能层材料为Cu；防护层材料为Au；

本实施例中对塑料基材预处理和物理气相沉积金属化过程的工艺参数具体设置为：超声波清洗温度为60℃，清洗时间为30分钟；烘干温度为150℃，干燥时间为1小时；等离子体活化电压为5KV，腔室温度为150℃；PVD腔室真空度为0.2Pa；种子层底层Cr的厚度为80nm，种子层表层Cu的厚度为150nm。

实施例三：

本实施例与上述实施例一的不同之处在于：

基材为聚2,6—二甲基—1,4—苯醚基复合材料；

金属化前的去披锋处理过程包括升华和Plasma前处理；

种子层底层材料为NiCr合金，种子层表层材料为Cu；功能层材料为Cu；保护层材料为Sn；

本实施例中对塑料基材预处理和物理气相沉积金属化的工艺参数具体设置为：超声波清洗温度为50℃，清洗时间为45分钟；烘干温度为120℃，干燥时间为2小时；等离子活化电压为6KV，腔室温度为120℃；PVD腔室真空度为0.19Pa；种子层底层NiCr层的厚度为100nm，种子层表层Cu层的厚度为200nm。

实施例四：

本实施例与上述实施例二的不同之处在于：

基材为间规聚苯乙烯基复合材料；

金属化前的去披锋处理过程包括升华和Plasma前处理；

种子层底层材料为NiCu合金，种子层表层材料为Cu；功能层材料为Cu；防护层材料为Sn；

本实施例中对塑料基材预处理和物理气相沉积金属化的工艺参数具体设置为：超声波清洗温度为60℃，清洗时间为30分钟；烘干温度为120℃，干燥时间为2小时；等离子活化电压为6KV，腔室温度为120℃；PVD腔室真空度为0.18Pa；种子层底层NiCu层的厚度为100nm，种子层表层Cu层的厚度为300nm。

实施例五：

本实施例与上述实施例二的不同之处在于：

基材为液晶聚合物材料。

实施例六：

本实施例与上述实施例二的不同之处在于：

基材为间规聚苯乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯基复合材料。

对实施例一至实施例六中所述塑料金属化方法制备而成的产品进行性能测试，测试结果如表1所示：

表1塑料金属化制品性能测试结果

通过上表可得，实施例一至实施例六中所述塑料金属化方法制备而成的产品经测试，百格结合力达到5B，无高温起泡或分层现象，满足塑料金属化制品的性能要求；上表中的对比例为现有技术中采用磁性材料作为打底层的金属化方法制备而成的产品，在载频功率为43dBm的测量条件下，实施例一至实施例六中金属化制品的PIM值均小于对比例的PIM值，所以采用本发明所述的塑料金属化方法制备而成的产品PIM值更优异。

实施例七：

一种塑料金属化制品，具体为一种天线振子，由上述实施例一至实施例六中任一种所述塑料金属化方法制备而成；相对现有技术中的无源器件，质量更轻，尺寸稳定性更好，PIM值更优异。

综上所述，本发明提供的一种塑料金属化方案采用非磁性材料作为打底层，区别于现有的塑料金属化工艺采用磁性材料作为打底层，并选择特定材料种类范围内的塑料基材，采用PVD金属化的方式，并在具体工艺过程中设置特定数值范围内的参数，经所述金属化方案制备而成的塑料制品，可以应用于高频通信领域的天线振子、滤波器等无源器件，相对于金属器件，所述塑料制品质量更轻及尺寸稳定性更好，而且由于非磁性材料不易于对通信频带造成干扰，可以改善PIM值，提高通讯质量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。