一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測量方法，其在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過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，使得在拉力測試裝置施加拉力時，在界面處只會發(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“所檢測到的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力數(shù)值，實際上是真實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)問題。本發(fā)明測量結(jié)果真實、準(zhǔn)確，具有普適性。
【專利說明】
一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料界面結(jié)合力的測量方法，尤其涉及一種金屬涂層和聚合物粘結(jié)力的測量方法，屬于復(fù)合材料界面強(qiáng)度檢測技術(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)力的檢測至關(guān)重要。
[0004]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的測量方法的流程圖。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，在圖中原103與102的結(jié)合位置處(圖中用圓圈標(biāo)識)，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，無法扣除。所以，現(xiàn)有技術(shù)的測量方法所檢測到的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力數(shù)值，實際上是真實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)的測量方法，其測量結(jié)果是不真實、不精確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是，提供一種檢測結(jié)果真實、準(zhǔn)確，并且操作簡便的金屬涂層和聚合物粘結(jié)力的測量方法。
[0013]本發(fā)明為實現(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)力的測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0014]第一步，將預(yù)先開設(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，制得待測板片；
[0018]此時，待測板片上的紫外光刻膠層的上表面為一平面；
[0019]第三步，將待測板片的紫外光刻膠一側(cè)表面通過第一真空吸盤吸附在拉力測試裝置的載物臺上，另一側(cè)表面通過帶有掛鉤的第二真空吸盤吸附住，并將第二真空吸盤的掛鉤勾掛在拉力測試裝置上；
[0020]上述中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部；
[0021]第四步，啟動拉力測試裝置，沿待測板片的垂直方向上施加拉力，直至待測板片的聚合物基板與金屬涂層分離;與此同時，記錄拉力測試裝置的度數(shù)Fo;
[0022]并按下式計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為第二真空吸盤的重量。
[0025]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，引入掩膜板，利用掩膜板上開設(shè)的通孔，以及掩膜板的厚度大于金屬涂層厚度，這一簡單、實用的技術(shù)手段，使得進(jìn)行金屬涂層與聚合物界面的粘結(jié)力測量時，僅能夠測量掩模板孔洞處金屬涂層和聚合物界面之間的粘結(jié)力:在拉力測試裝置施加拉力的作用下，在界面處只會發(fā)生金屬涂層與聚合物之間的界面分離，而不會出現(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“所檢測到的金屬涂層與聚合物之間的粘結(jié)力數(shù)值，實際上是真實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)問題。
[0026]顯而易見，上述技術(shù)方案的測量方法，其測量結(jié)果真實、準(zhǔn)確，測量精度可控。
[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量。
[0028]上述技術(shù)方案中，通孔之所以開設(shè)置在中心(點)處，目的是使得待測板片的重心點與該通孔的中心點重合，進(jìn)而保證拉力測試裝置上施加拉力過程中，待測板片始終保持“絕對”的水平狀態(tài)，從而保證測量結(jié)果盡可能地達(dá)到理想的精度。
[0029]需要說明的是:
[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，中心通孔的形狀實際上可以為任意形狀，只要是面積易于計算，并且該中心通孔的邊界線全部處于第一真空吸盤所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部即可。
[0032]3、實驗過程中，金屬涂層不必要控制成一個平面。也就是說，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，測量過程中，金屬涂層可以采用常規(guī)沉積方法，簡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所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部的下方時，中心通孔的孔中心點與第一真空吸盤的中心點之間的連線垂直于水平面。
[0035]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，這樣可以保證待測板片在空中的姿態(tài)處于較為理想的水平狀態(tài)(第一真空吸盤的中心點位于待測板片中心/重心點的正上方)，使測量結(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，二是操作簡單、易控。
[0038]綜上所述，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有測量結(jié)果真實、準(zhǔn)確，操作簡便等有益效果O
【附圖說明】
[0039]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的測量方法的流程圖；
[0040]圖2為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0041 ]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[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)力的測量方法，其包括以下步驟:
[0043]第一步，將預(yù)先開設(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，制得待測板片；
[0047]此時，待測板片上的紫外光刻膠層的上表面為一平面；
[0048]第三步，將待測板片的紫外光刻膠一側(cè)表面通過第一真空吸盤吸附在拉力測試裝置的載物臺上，另一側(cè)表面通過帶有掛鉤的第二真空吸盤吸附住，并將第二真空吸盤的掛鉤勾掛在拉力測試裝置上；
[0049]上述中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部；
[0050]第四步，啟動拉力測試裝置，沿待測板片的垂直方向上施加拉力，直至待測板片的金屬涂層與聚合物基板結(jié)合面分離;與此同時，記錄拉力測試裝置的度數(shù)Fo;
[0051]并按下式計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為第二真空吸盤的重量。
[0054]實施例1:
[0055]操作步驟:
[0056]先在尺寸為50mmX 50mmX Imm的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物基板I上放置一個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)裸露出來的聚合物層上表面無差別地(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性，會使紫外光膠自動填充到孔洞處與金屬涂層相結(jié)合；
[0060]通過紫外光照射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第一真空吸盤固定在拉力測試裝置的載物臺；然后使用帶有掛鉤的第二真空吸盤吸附在聚合物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，讀出拉力計的度數(shù)為87.2N。
[0061]將拉力計的度數(shù)，減去聚合物基板1、帶掛鉤的第二真空吸盤二者的重量之和
0.15N，即得金屬銀涂層3與聚對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，其余均同實施例1。
[0064]測量結(jié)果:金屬銀涂層3與聚對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，其余均同實施例1o
[0067]測量結(jié)果:金屬銀涂層3與聚對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，其余均同實施例1o
[0070]測量結(jié)果:金屬銀涂層3與聚對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]對比上述實施例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、掩模板上所開設(shè)的通孔的形狀，不影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和測量精度。
[0074]2、本發(fā)明的方法，其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性、測量精度，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)誤差主要來源于以下幾個方面:
[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)致測量結(jié)果失真)；
[0078](2)、通孔的中心是否與待測板片的重心之間的連線是否垂直于水平面。換言之就是，在拉力測試裝置縱向拉伸過程中，待測板片水平度如何(待測板片處于傾斜狀態(tài)時，將因為中心點位置的變化，產(chǎn)生不準(zhǔn)確的重力的分力)；
[0079](3)、拉力測試裝置的系統(tǒng)誤差。
【主權(quán)項】
1.一種聚合物基板與金屬涂層之間粘結(jié)力的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，將預(yù)先開設(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，制得待測板片； 此時，待測板片上的紫外光刻膠層的上表面為一平面； 第三步，將待測板片的紫外光刻膠一側(cè)表面通過第一真空吸盤吸附在拉力測試裝置的載物臺上，另一側(cè)表面通過帶有掛鉤的第二真空吸盤吸附住，并將第二真空吸盤的掛鉤勾掛在拉力測試裝置上； 上述中心通孔的邊界線全部處于上述第一真空吸盤所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部； 第四步，啟動拉力測試裝置，沿待測板片的垂直方向上施加拉力，直至待測板片的金屬涂層與聚合物基板結(jié)合面分離;與此同時，記錄拉力測試裝置的度數(shù)Fo; 并按下式計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所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部的下方時，中心通孔的中心點與第一真空吸盤的中心點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】G01N19/04GK105842163SQ201610286668
【公開日】2016年8月10日
【申請日】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)
【申請人】山東科技大學(xué)