米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）制造技术研究部再制造研究组、北中由纪研究员、中岛智彦研究组组长等人开发了一种可以在大气环境中轻松实施的新方法，可将难粘性氟树脂表面改性为高粘性状态，而无需使其粗糙化。
下一代通信（后 5G/6G）在电路板上传输损耗低，介电损耗的小基板与低电阻的电路以平滑的界面接合。氟树脂是众多树脂材料中介电损耗最低的材料之一，有望用于下一代通信电路板。另一方面，氟树脂的排斥性很强，很难与不同的材料粘合。与常规氟树脂粘合金属钠处理进行表面改性虽然广泛实施，但存在使表面粗糙化至100nm以上的深度以及树脂劣化等问题。因此，需要一种在不影响光滑度的情况下增加附着力的表面改性技术。该技术适用于光滑的树脂表面。金属有机酸盐通过将涂覆和光反应相结合，我们能够在不劣化树脂的情况下将粗糙度抑制到几纳米，并实现了可应用于下一代通信电路的高平滑度和强粘合性。该技术的详细信息将于 2023 年 10 月 4 日至 6 日在幕张展览馆（千叶县千叶市）举办的高性能材料周展位（27-15）展出。
虽然氟树脂具有优异的防水防油性，但粘合剂容易剥离，难以与不同材料粘合。广泛使用的粘合氟树脂的方法是将其浸入含有分散在溶剂中的金属钠的溶液中来改性表面。然而，由于其强烈的反应性，存在表面变得过于粗糙并且树脂变黑的问题。此外，从提高工艺安全性和减少废液对环境影响的角度来看，替代方法受到强烈追捧。此外，近年来，氟树脂表现出极低的介电损耗，因此其在下一代通信电路板中的使用需求不断增长。另一方面，高频信号传输到导体的表层（皮肤厚度)的性质，基板-导体界面处的不均匀会导致信号路径拉长，从而显着增加高频传输损耗。因此，由于界面附着力不均匀锚定效应不能使用，并且需要以约10 nm（皮肤厚度的1/10）光滑度粘合到导体上以支持300 GHz频段的高频通信。另外还有等离子处理、电晕放电处理等干法的表面改性方法也已开发出来，但需要真空排气和工艺气体，因此难以在大气开放的环境中实施，并且难以处理复杂的形状。
AIST 开发了一种形成功能膜的技术，该技术利用主要由紫外线引起的光诱导化学反应，作为安全、轻松地将纳米涂层涂覆到各种基材上的技术。通过将该技术应用于氟树脂的表面处理，我们在不牺牲光滑度的情况下实现了表面改性。粘合表面的平滑化还有望通过减少粘合剂的用量来提高粘合产品的热稳定性、化学稳定性以及耐候性。
图1这种表面处理技术的优点
该技术使用即使在大气中也稳定的金属有机酸盐的有机溶剂溶液。将该溶液涂布于氟树脂表面并干燥而形成有机金属膜后，照射紫外线，促进膜中的有机金属成分的反应，形成纳米尺寸的涂膜。该涂膜与改性氟树脂牢固地结合。在图 2 中，PFA树脂的金属离子2+时的表面改性效果。被选中。与各种粘合剂的粘合强度超过 7 N/cm。此外，由于剥离发生在粘合剂内部而不是粘合剂界面，因此氟树脂表面的纳米涂层实现了高粘合力。对粘合表面进行元素分析的结果表明，有机金属在紫外线的作用下与树脂中的C-F键发生反应，同时将F离子引入纳米涂膜中，并在树脂表面形成C-O键，键合变得更强。另外，由于纳米涂膜根据金属离子种类的选择而变成水溶性，因此也可以在粘接前用水清洗表面，将纳米涂膜溶解除去，然后直接粘接到暴露的改性氟树脂表面。传统的氟树脂表面处理存在的问题是，处理后的表面容易暴露，因此改性效果的寿命往往较短。而采用该技术，在表面改性的同时形成纳米涂膜，因此可以预期延长表面改性效果的寿命。
图2（左）这种表面处理（金属离子中的Ni）2+时）。 （中）90°剥离测试。 PFA 和被接合物（聚酰亚胺板）上均附着有粘合剂，由于粘合剂内部的破坏而发生剥离。 （右）这种表面处理的光化学反应模型
图3显示了使用该技术进行表面改性的PFA树脂表面形状的变化(原子力显微镜雕像）。改性前的PFA树脂表面粗糙度值为(Ra值，3μm x 3μm范围）具有约6nm的高平滑度，但Ni2+表面改性后的Ra值约为8纳米，显示出与修改前相同的平滑度。这种高光滑度来自于氟树脂表面形成极薄的氧化镍涂层。此外，通过清洗并除去水溶性涂层而露出的氟树脂表面以Ra值显示约10nm的平滑度。在工业上广泛使用的金属Na处理中，试剂与氟树脂的反应性高，已知表面通常具有100nm以上的凹凸。在该方法中，通过将温和反应性试剂与紫外线照射相结合，我们成功开发了一种方法，可显着抑制对氟树脂的损害，并实现表面改性，将光滑度的恶化降至传统方法的1/10以下，从而能够在极其光滑的表面上进行高强度粘合。
图3 PFA树脂表面粗糙度因表面处理而发生的变化
新开发的氟树脂表面改性技术已能够将对表面粗糙度的影响抑制到几纳米，并有望用于传统金属Na处理无法应用的应用，例如满足预期应用氟树脂的下一代通信电路板所需的光滑度。此外，可以将溶液施用和紫外线照射的区域限制在必要的区域，这有望减少化学品消耗量和废液处理对环境的影响。未来，我们计划更多地利用这种方法的优势，即一种可以在开放大气环境下轻松进行的溶液工艺，通过支持复杂形状、加工大面积以及涂覆功能材料，将其应用于更广泛的应用。这种方法形成了高光滑度和高粘合性的表面，与使用墨水的打印技术高度兼容，我们希望它能够与使用3D打印技术和树脂成型技术的局部加工相结合。我们还致力于开发利用溶液工艺优势的应用，例如使用通过该方法牢固形成的无机金属膜作为种子层，在三维形成的电路元件上直接形成三维布线（图4）。
图4该技术未来发展前景