Oberflächenmodifizierung und Metallisierung von Hochleistungspolymeren

Mit der Entwicklung von neuen Materialien für Folienschaltungen werden Polymer-Kupfer-Verbunde mit möglichst hoher Verbundhaftung benötigt. Im Fokus stehen lötbare Hochtemperaturthermoplaste wie das Polyetheretherketon (PEEK), das Polyphenylensulfid (PPS) oder das Liquid Crystalline Polymer (LCP).

Die Folienherstellung erfolgt über eine Flachfolienextrusion nach dem Chill-Roll-Verfahren. Je nach Material und Herstellungsparameter unterscheiden sich bereits die mechanischen und optischen Eigenschaften sowie die Oberflächeneigenschaften der Polymerfolien signifikant. Bei der Folienherstellung eingefrorene Orientierungen oder eine nicht vollständige Kristallisation von teilkristallinen Polymeren bewirkt einen Schrumpf der Folien bei nachfolgender thermischer Belastung der Schaltungsträger beispielsweise im Lötprozess.

Die Haftungen von Beschichtungen auf diesen chemisch inerten Polymeren ist in der Regel ausgesprochen gering. Um die hohen Anforderungen an die Metallisierungshaftung im Elektronikbereich erfüllen zu können, ist eine  Oberflächenvorbehandlung der Kunststoffe notwendig.

Für alle betrachteten Materialien ist über eine entsprechende Oberflächenaktivierung eine deutliche Steigerung der Metallisierungshaftung erzielbar. Es wird eine nasschemische Ätzung mit einer Plasmabehandlung verglichen. Für die unterschiedlichen Polymere wirken diese beiden Vorbehandlungen über  verschiedene Mechanismen. Neben einer teilweisen chemischen Zersetzung der Polymere durch die nasschemische Ätzung, welche zu einer Erhöhung der Oberflächenrauheit führt, kommt es durch beide Vorbehandlungen zu einer oberflächennahen Veränderung der chemischen Zusammensetzung. Untersuchungen mittels ESCA (Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse) ermöglichen eine quantitative Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Polymeroberflächen.

Es zeigt sich für alle Polymere eine oxidierende Wirkung der Oberflächenvorbehandlungen, welche sich in Benetzungsuntersuchungen in verstärkten polaren Wechselwirkungen an der Polymeroberfläche zeigt. Jedoch entstehen bei jedem Polymer unterschiedliche sauerstoffhaltige Gruppen, die letztlich für die Steigerung der Metallisierungshaftung verantwortlich sind.

Für die entwickelten PEEK-Kupfer-Klebeverbunde konnte eine hohe thermische Langzeitstabilität der Metallisierungshaftung nachgewiesen werden. Eine Extrapolation der Dauergebrauchstemperaturen nach ISO 2578 ermöglicht eine Vorhersage der maximalen Lebensdauer der Verbunde bei bestimmten Temperaturen und gibt somit wertvolle Hinweise für deren thermische Belastbarkeit im technischen Einsatz. Die Alterung der Metallisierungshaftung wird für diese Verbunde insbesondere durch die thermo-oxidative Alterung des eingesetzten Klebstoffes beeinflusst, welche zu dessen Versprödung führt.

 

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