一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法，其在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用帶中心通孔的掩模板，將其水平放置在聚合物基板上，并在掩模板的上表面均勻涂抹上一層強(qiáng)力粘結(jié)膠；然后再沉積上金屬涂層，并利用掩膜板厚度大于金屬涂層厚度，使得在拉力測(cè)試裝置施加拉力時(shí)，在界面處只會(huì)發(fā)生通孔下方金屬涂層與聚合物之間的界面分離。巧妙地解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的“所檢測(cè)到的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力數(shù)值，實(shí)際上是真實(shí)的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力與上述金屬涂層邊緣處斷裂所產(chǎn)生內(nèi)聚力的耗損值二者的合力”的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明測(cè)量結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確，具有普適性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料界面結(jié)合力的測(cè)量方法，尤其涉及一種金屬涂層和聚合物粘結(jié)力的測(cè)量方法，屬于復(fù)合材料界面強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬聚合物雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)在電子器件、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、光柵結(jié)構(gòu)以及傳感器等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
[0003]金屬涂層和聚合物之間的粘結(jié)力的大小直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，進(jìn)而影響到器件的性能。其中粘結(jié)力來(lái)源于金屬涂層和聚合物界面之間分子間的相互作用。因此金屬涂層和聚合物之間粘結(jié)力的檢測(cè)至關(guān)重要。
[0004]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量方法的流程圖。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的金屬涂層聚合物粘結(jié)力測(cè)量方法，主要步驟如下:
[0005]首先，將聚合物基板101固定；
[0006]然后，在聚合物基板上表面沉積一層金屬涂層102;
[0007]之后，拉力裝置104通過(guò)強(qiáng)粘結(jié)力膠103與金屬涂層102固結(jié)在一起；
[0008]最后，拉力裝置104垂直向上施加拉力，直至金屬涂層102與聚合物基板101分離，進(jìn)而測(cè)得金屬涂層102和聚合物101之間的粘結(jié)力。
[0009]但是，現(xiàn)有技術(shù)的金屬涂層聚合物粘結(jié)力測(cè)量方法，當(dāng)拉力裝置施加荷載使金屬涂層102與聚合物1I的界面分離時(shí)，在圖中原103與102的結(jié)合位置處(圖中用圓圈標(biāo)識(shí))，將受到與拉力垂直的側(cè)向力的作用，進(jìn)而導(dǎo)致金屬涂層102產(chǎn)生斷裂。
[0010]而，金屬涂層102邊緣處的斷裂所產(chǎn)生的內(nèi)聚力耗損，無(wú)法扣除。所以，現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量方法所檢測(cè)到的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力數(shù)值，實(shí)際上是真實(shí)的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力與上述內(nèi)聚力的耗損值，二者的合力。
[0011]亦即，現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量方法，其測(cè)量結(jié)果是不真實(shí)、不精確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是，提供一種檢測(cè)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確，并且操作簡(jiǎn)便的金屬涂層和聚合物粘結(jié)力的測(cè)量方法。
[0013]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0014]第一步，將預(yù)先開(kāi)設(shè)有一中心通孔的掩模板水平放置在聚合物基板上，并在掩模板的上表面均勻涂抹上一層強(qiáng)力粘結(jié)膠；
[0015]然后，在聚合物基板的掩模板所在一側(cè)的表面上沉積一層金屬，形成金屬涂層；
[0016]上述金屬涂層的厚度小于所述掩模板的厚度；
[0017]第二步，在上述金屬涂層上，再涂上一層紫外光刻膠，使用紫外光照射至固化定型，制得待測(cè)板片；
[0018]此時(shí)，待測(cè)板片上的紫外光刻膠層的上表面為一平面；
[0019]第三步，將待測(cè)板片的紫外光刻膠一側(cè)表面通過(guò)第一真空吸盤(pán)吸附在拉力測(cè)試裝置的載物臺(tái)上，另一側(cè)表面通過(guò)帶有掛鉤的第二真空吸盤(pán)吸附住，并將第二真空吸盤(pán)的掛鉤勾掛在拉力測(cè)試裝置上；
[0020]上述中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤(pán)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部；
[0021]第四步，啟動(dòng)拉力測(cè)試裝置，沿待測(cè)板片的垂直方向上施加拉力，直至待測(cè)板片的聚合物基板與金屬涂層分離;與此同時(shí)，記錄拉力測(cè)試裝置的度數(shù)Fo;
[0022]并按下式計(jì)算得到金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力F:
[0023]F=Fo-(Gi+G2)；
[0024]上式中=G1S聚合物基板的重量，G2為第二真空吸盤(pán)的重量。
[0025]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，引入掩膜板，利用掩膜板上開(kāi)設(shè)的通孔，以及掩膜板的厚度大于金屬涂層厚度，這一簡(jiǎn)單、實(shí)用的技術(shù)手段，使得進(jìn)行金屬涂層與聚合物界面的粘結(jié)力測(cè)量時(shí)，僅能夠測(cè)量掩模板孔洞處金屬涂層和聚合物界面之間的粘結(jié)力:在拉力測(cè)試裝置施加拉力的作用下，在界面處只會(huì)發(fā)生金屬涂層與聚合物之間的界面分離，而不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中金屬涂層邊緣斷裂的現(xiàn)象，巧妙地解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的“所檢測(cè)到的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力數(shù)值，實(shí)際上是真實(shí)的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力與上述內(nèi)聚力的耗損值二者的合力”的技術(shù)問(wèn)題。
[0026]顯而易見(jiàn)，上述技術(shù)方案的測(cè)量方法，其測(cè)量結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確，測(cè)量精度可控。
[0027]更為重要的是，上述技術(shù)方案的技術(shù)原理決定了，這種層間結(jié)合力的測(cè)量方法具有普適性:既可用于金屬涂層與聚合物基材之間的結(jié)合力的測(cè)量，也可用于金屬基材的表面涂層與金屬基材之間的結(jié)合力的測(cè)量，還可用于其他材質(zhì)的基材與其表面涂層之間的粘合力的精確測(cè)量。
[0028]上述技術(shù)方案中，通孔之所以開(kāi)設(shè)置在中心(點(diǎn))處，目的是使得待測(cè)板片的重心點(diǎn)與該通孔的中心點(diǎn)重合，進(jìn)而保證拉力測(cè)試裝置上施加拉力過(guò)程中，待測(cè)板片始終保持“絕對(duì)”的水平狀態(tài)，從而保證測(cè)量結(jié)果盡可能地達(dá)到理想的精度。
[0029]需要說(shuō)明的是:
[0030]1、金屬涂層與聚合物界面之間的粘結(jié)力小于金屬涂層與強(qiáng)力粘結(jié)膠之間的粘結(jié)力，并且小于紫外光刻膠與金屬涂層之間的粘結(jié)力。
[0031]2、上述技術(shù)方案中，中心通孔的形狀實(shí)際上可以為任意形狀，只要是面積易于計(jì)算，并且該中心通孔的邊界線全部處于第一真空吸盤(pán)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部即可。
[0032]3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，金屬涂層不必要控制成一個(gè)平面。也就是說(shuō)，在中心通孔的邊界線內(nèi)部的區(qū)域范圍內(nèi)的金屬涂層在豎直方向的標(biāo)高，允許低于其周邊區(qū)域在豎直方向的標(biāo)高。簡(jiǎn)言之，就是金屬涂層整體上看，可以是中心位置處略凹入、周邊位置處略凸出。
[0033]這也就是，測(cè)量過(guò)程中，金屬涂層可以采用常規(guī)沉積方法，簡(jiǎn)單而直接地沉積上去的原因。
[0034]優(yōu)選為，上述金屬涂層和聚合物之間粘結(jié)力的測(cè)量方法，當(dāng)中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤(pán)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部的下方時(shí)，中心通孔的孔中心點(diǎn)與第一真空吸盤(pán)的中心點(diǎn)之間的連線垂直于水平面。
[0035]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，這樣可以保證待測(cè)板片在空中的姿態(tài)處于較為理想的水平狀態(tài)(第一真空吸盤(pán)的中心點(diǎn)位于待測(cè)板片中心/重心點(diǎn)的正上方)，使測(cè)量結(jié)果更精確。
[0036]進(jìn)一步優(yōu)選，上述金屬涂層是采用磁控濺射、熱噴涂或電鍍方法沉積上去的。
[0037]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，采用磁控濺射、熱噴涂或電鍍方法沉積金屬涂層，一是技術(shù)成熟，二是操作簡(jiǎn)單、易控。
[0038]綜上所述，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有測(cè)量結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)便等有益效果O
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量方法的流程圖；
[0040]圖2為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0042]如圖2所示，本發(fā)明的聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法，其包括以下步驟:
[0043]第一步，將預(yù)先開(kāi)設(shè)有一中心通孔的掩模板2水平放置在聚合物基板I上，并在掩模板的上表面均勻涂抹上一層強(qiáng)力粘結(jié)膠；
[0044]然后，在聚合物基板的掩模板所在一側(cè)的表面上沉積一層金屬，形成金屬涂層3;
[0045]上述金屬涂層的厚度小于所述掩模板的厚度；
[0046]第二步，在上述金屬涂層上再涂上一層紫外光刻膠4，使用紫外光照射至固化定型，制得待測(cè)板片；
[0047]此時(shí)，待測(cè)板片上的紫外光刻膠層的上表面為一平面；
[0048]第三步，將待測(cè)板片的紫外光刻膠一側(cè)表面通過(guò)第一真空吸盤(pán)吸附在拉力測(cè)試裝置的載物臺(tái)上，另一側(cè)表面通過(guò)帶有掛鉤的第二真空吸盤(pán)吸附住，并將第二真空吸盤(pán)的掛鉤勾掛在拉力測(cè)試裝置上；
[0049]上述中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤(pán)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部；
[0050]第四步，啟動(dòng)拉力測(cè)試裝置，沿待測(cè)板片的垂直方向上施加拉力，直至待測(cè)板片的金屬涂層與聚合物基板結(jié)合面分離;與此同時(shí)，記錄拉力測(cè)試裝置的度數(shù)Fo;
[0051]并按下式計(jì)算得到金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力F:
[0052]F=Fo—(G1+G2)；
[0053]上式中=G1S聚合物基板的重量，G2為第二真空吸盤(pán)的重量。
[0054]實(shí)施例1:
[0055]操作步驟:
[0056]先在尺寸為50mmX 50mmX Imm的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I上放置一個(gè)尺寸與聚合物基板大小相同，中心位置處帶有一Φ 15mm的圓形通孔的金屬薄片掩模板2;
[0057]然后，在掩模板上表面涂上一層聚氨酯101強(qiáng)粘結(jié)力膠；
[0058]采用氣相化學(xué)沉積法，在掩模板的上表面和圓形孔洞區(qū)域內(nèi)裸露出來(lái)的聚合物層上表面無(wú)差別地(即，厚薄均勻)沉積一層厚度為2μπι的金屬銀涂層3，孔洞處的金屬銀涂層3與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚合物I粘結(jié)，此粘結(jié)處即為粘結(jié)力待測(cè)區(qū)域，并且掩模板上表面的金屬銀涂層在聚氨酯101強(qiáng)粘結(jié)力膠的作用下與掩模板固結(jié)；
[0059]在金屬涂層3上部涂上厚度為2mm左右的AM0NIL-MMS4型紫外光膠4，由于紫外光膠具有較大的流動(dòng)性，會(huì)使紫外光膠自動(dòng)填充到孔洞處與金屬涂層相結(jié)合；
[0060]通過(guò)紫外光照射2分鐘左右，在金屬層3上方固化一層光刻膠4，使紫外光刻膠4和金屬銀涂層3固結(jié);待紫外光刻膠4固化定型后，將紫外光刻膠的表面通過(guò)第一真空吸盤(pán)固定在拉力測(cè)試裝置的載物臺(tái)；然后使用帶有掛鉤的第二真空吸盤(pán)吸附在聚合物I表面;使用艾德堡HPB手壓式拉力機(jī)，將電子拉力計(jì)的掛鉤和聚合物I表面的掛鉤連接在一起，按下手壓桿使金屬涂層3和聚合物I分離，讀出拉力計(jì)的度數(shù)為87.2N。
[0061]將拉力計(jì)的度數(shù)，減去聚合物基板1、帶掛鉤的第二真空吸盤(pán)二者的重量之和
0.15N，即得金屬銀涂層3與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之間的粘結(jié)力為87.05N。
[0062]實(shí)施例2
[0063]除通孔形狀為等邊三角形(該等邊三角形的面積等于Φ15mm圓孔的面積)之外，其余均同實(shí)施例1。
[0064]測(cè)量結(jié)果:金屬銀涂層3與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之間的粘結(jié)力為87.06N。
[0065]實(shí)施例3
[0066]除通孔形狀為菱形(該菱形的面積等于Φ15_圓孔的面積)之外，其余均同實(shí)施例1o
[0067]測(cè)量結(jié)果:金屬銀涂層3與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之間的粘結(jié)力為87.04Ν。
[0068]實(shí)施例4
[0069]除通孔形狀為矩形(該矩形的面積等于Φ15_圓孔的面積)之外，其余均同實(shí)施例1o
[0070]測(cè)量結(jié)果:金屬銀涂層3與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I之間的粘結(jié)力為87.05Νο
[0071]對(duì)比上述實(shí)施例1-4，不難看出，本發(fā)明的方法，其重復(fù)性好、系統(tǒng)誤差小。
[0072 ]基于本發(fā)明的技術(shù)原理，不難看出:
[0073]1、掩模板上所開(kāi)設(shè)的通孔的形狀，不影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和測(cè)量精度。
[0074]2、本發(fā)明的方法，其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性、測(cè)量精度，與聚合物基板的材質(zhì)、金屬涂層的化學(xué)成分、紫外光刻膠的理化性能指標(biāo)均無(wú)關(guān)。
[0075]換言之，本發(fā)明的方法在具體的技術(shù)領(lǐng)域范圍內(nèi)，具有普適性。
[0076]3、本發(fā)明的方法，其系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面:
[0077](I)、金屬涂層在表面上各處的厚薄是否一致(極端情形下，例如金屬涂層所形成的表面有裂紋、不連續(xù)，將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真)；
[0078](2)、通孔的中心是否與待測(cè)板片的重心之間的連線是否垂直于水平面。換言之就是，在拉力測(cè)試裝置縱向拉伸過(guò)程中，待測(cè)板片水平度如何(待測(cè)板片處于傾斜狀態(tài)時(shí)，將因?yàn)橹行狞c(diǎn)位置的變化，產(chǎn)生不準(zhǔn)確的重力的分力)；
[0079](3)、拉力測(cè)試裝置的系統(tǒng)誤差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，將預(yù)先開(kāi)設(shè)有一中心通孔的掩模板水平放置在聚合物基板上，并在掩模板的上表面均勻涂抹上一層強(qiáng)力粘結(jié)膠； 然后，在聚合物基板的掩模板所在一側(cè)的表面上沉積一層金屬，形成金屬涂層； 上述金屬涂層的厚度小于所述掩模板的厚度； 第二步，在上述金屬涂層上再涂上一層紫外光刻膠，使用紫外光照射至固化定型，制得待測(cè)板片； 此時(shí)，待測(cè)板片上的紫外光刻膠層的上表面為一平面； 第三步，將待測(cè)板片的紫外光刻膠一側(cè)表面通過(guò)第一真空吸盤(pán)吸附在拉力測(cè)試裝置的載物臺(tái)上，另一側(cè)表面通過(guò)帶有掛鉤的第二真空吸盤(pán)吸附住，并將第二真空吸盤(pán)的掛鉤勾掛在拉力測(cè)試裝置上； 上述中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤(pán)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部； 第四步，啟動(dòng)拉力測(cè)試裝置，沿待測(cè)板片的垂直方向上施加拉力，直至待測(cè)板片的金屬涂層與聚合物基板結(jié)合面分離;與此同時(shí)，記錄拉力測(cè)試裝置的度數(shù)Fo; 并按下式計(jì)算得到金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力F:F = Fo-(Gi+G2)； 上式中A1為聚合物基板的重量，G2為第二真空吸盤(pán)的重量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法，其特征在于，當(dāng)中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤(pán)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部的下方時(shí)，中心通孔的中心點(diǎn)與第一真空吸盤(pán)的中心點(diǎn)之間的連線垂直于聚合物基板所在平面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測(cè)量方法，其特征在于，所述金屬涂層是采用磁控濺射、熱噴涂或電鍍方法沉積上去的。
【文檔編號(hào)】G01N19/04GK105842163SQ201610286668
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】王清, 鄭旭, 張睿, 馬立俊, 張星遠(yuǎn), 杜文權(quán)
【申請(qǐng)人】山東科技大學(xué)