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等离子体处理提高石墨膜表面的亲水性

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-06-14
随着电子元器件以及产品向微型化、轻量化、集成化、高效化发展,其功率密度和发热量随之倍增,散热问题成为制约电子产品性能进一步发展的主要瓶颈。石墨膜是近年来兴起的一种新型散热材料,其水平方向具有超高的热传导率。但是由于石墨膜是层状晶体结构,在片层之间存在范德华力,使石墨膜垂直方向的热传导率较差,甚至具有一定的隔热效果,这严重影响了石墨膜的散热性能。石墨膜/金属基复合材料,通过利用金属材料优良的导热性能,有效地弥补了石墨膜垂直方向热传导率不佳的缺点,目前主要的制备方式是在石墨膜表面磁控溅射铜等金属薄膜或通过复卷机将石墨膜、导热胶以及金属材料复合成形。

由于石墨膜表面光滑且具有很强的疏水性,导致石墨膜与金属薄膜间的界面性能很差,石墨膜与金属薄膜之间的结合力非常弱。因此,如何提升石墨膜的亲水性是增强石墨膜与金属镀层之间结合力的关键问题。
近年来,国内外学者在碳类材料表面改性技术方面进行了大量的研究工作,目前主要的方法有氧化处理、高能射线辐射处理、等离子体处理、聚合物涂层处理等,其中等离子体处理技术备受关注。等离子体改性只发生在材料表面,能在不改变材料固有性能的前提下,充分改善材料的表面性能,是一种操作简单、清洁高效、节能环保的表面改性方法。

等离子体处理提高铜镀层与石墨膜结合力的机理

图1上半部分是人工石墨膜的化学结构式,人工石墨膜是以聚酰亚胺薄膜(PI膜)为原料,通过加压炭化、石墨化制备而得。等离子体处理可提高铜与石墨膜结合力的机理有两点。其一,如图1所示,等离子体处理石墨膜,会使其表面产生大量的羧基、羟基,这些含氧官能团明显增强了石墨膜表面的亲水性。在石墨膜表面电沉积铜时,铜与羧基或羟基中的氧反应,生成Cu—O键,这能增强铜与基底之间的结合力。其二,等离子体处理使石墨膜表面变粗糙,而材料表面粗糙度对镀层结合力的提高有良好的效果。
等离子体处理提高 Cu 与石墨膜结合力机理示意图
等离子体处理提高 Cu 与石墨膜结合力机理示意图

石墨膜经等离子体处理后,表面被刻蚀并且引入含氧极性基团,等离子体处理显著提高了石墨膜表面的亲水性。
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