CH710579A1 - A method of electroless plating of a precious metal. - Google Patents

A method of electroless plating of a precious metal. Download PDF

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CH710579A1
CH710579A1 CH02013/14A CH20132014A CH710579A1 CH 710579 A1 CH710579 A1 CH 710579A1 CH 02013/14 A CH02013/14 A CH 02013/14A CH 20132014 A CH20132014 A CH 20132014A CH 710579 A1 CH710579 A1 CH 710579A1
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Abstract

Procédé pour former une couche de métal précieux (5) sur une surface d’un substrat (1), comprenant les étapes consistant à: se doter d’un substrat (1); activer une surface dudit substrat (1) en mouillant ladite surface avec une suspension (2) de nanoparticules de métal précieux (3) dans un solvant, de façon à y déposer des nanoparticules de métal précieux (3), ledit solvant comprenant au moins un solvant organique; immerger la surface ainsi activée dans une solution aqueuse (4) comprenant au moins un sel de métal précieux de façon à déposer une couche de métal précieux (5) sur ladite surface.A method for forming a precious metal layer (5) on a surface of a substrate (1), comprising the steps of: providing a substrate (1); activating a surface of said substrate (1) by wetting said surface with a suspension (2) of precious metal nanoparticles (3) in a solvent, so as to deposit nanoparticles of precious metal (3), said solvent comprising at least one organic solvent; immersing the surface thus activated in an aqueous solution (4) comprising at least one precious metal salt so as to deposit a layer of precious metal (5) on said surface.

Description

Domaine techniqueTechnical area

[0001] La présente invention concerne le domaine du placage métallique de substrats. Plus spécifiquement, elle concerne le placage autocatalytique de métaux précieux sur des substrats. The present invention relates to the field of metal plating of substrates. More specifically, it relates to autocatalytic plating of precious metals on substrates.

Etat de la techniqueState of the art

[0002] Le placage autocatalytique de substrats non conducteurs ou semi-conducteurs, en particulier de matières plastiques tels que l’ABS, le polycarbonate, le polypropylène, etc., est bien connu en tant qu’alternative à la déposition physique en phase vapeur. Ces substrats plaqués sont utilisés par exemple pour des éléments esthétiques dans des automobiles et des articles électroniques de consommation, et aussi en tant que base pour les cartes de circuits imprimés dans des articles électroniques. [0002] Electroless plating of non-conductive or semiconductor substrates, in particular of plastics such as ABS, polycarbonate, polypropylene, etc., is well known as an alternative to physical vapor deposition. . These plated substrates are used for example for aesthetic elements in automobiles and consumer electronics, and also as a basis for printed circuit boards in electronic articles.

[0003] Le document EP 2 559 786 décrit une variante sans étain d’un tel procédé. Ce procédé comprend des étapes de prétraitement du substrat (dégraissage, gonflement au solvant), d’application d’un promoteur tel que l’acide sulfurique, l’acide chromique, un permanganate alcalin ou une gravure par plasma, suivie de l’application d’un neutralisateur pour neutraliser les quelconques résidus laissés par le promoteur, et de l’application d’un conditionneur. Ceci peut être suivi d’une microgravure. La surface du substrat est ensuite activée par immersion dans une solution aqueuse d’un catalyseur à base de métal précieux, comprenant des nanoparticules d’argent, d’or, de platine, de palladium, d’iridium, de cuivre, d’aluminium, de cobalt, de nickel et de fer, conjointement avec un composé stabilisant tel que l’acide gallique, ses dérivés et ses sels, opération suivie d’un placage électrolytique conventionnel de cuivre, d’alliage de cuivre, de nickel ou d’alliage de nickel. EP 2 559 786 discloses a tin-free variant of such a method. This process comprises steps of pretreatment of the substrate (degreasing, solvent swelling), application of a promoter such as sulfuric acid, chromic acid, alkaline permanganate or plasma etching, followed by application a neutralizer to neutralize any residues left by the promoter, and the application of a conditioner. This can be followed by a microgravure. The surface of the substrate is then activated by immersion in an aqueous solution of a precious metal catalyst, comprising nanoparticles of silver, gold, platinum, palladium, iridium, copper, aluminum , cobalt, nickel and iron, together with a stabilizing compound such as gallic acid, its derivatives and its salts, followed by conventional electroplating of copper, copper alloy, nickel or nickel alloy.

[0004] Toutefois, ces procédés comprennent de nombreuses étapes et prennent du temps, puisque la surface doit être préparée de façon que les nanoparticules dans la solution aqueuse de catalyseur puissent adhérer à la surface du substrat par liaison ionique. Ceci requiert de nombreuses étapes de procédé et de nombreux rinçages. However, these methods comprise many steps and take time, since the surface must be prepared so that the nanoparticles in the aqueous catalyst solution can adhere to the surface of the substrate by ionic bonding. This requires many process steps and many rinses.

[0005] En outre, pour obtenir un fini avec un métal précieux, ce fini doit être appliqué par voie électrolytique sur le placage autocatalytique conventionnel, puisque ce dernier est à base de cuivre ou de nickel. In addition, to obtain a finish with a precious metal, this finish must be applied electrolytically on conventional electroless plating, since the latter is based on copper or nickel.

[0006] Un objet de l’invention consiste donc à réduire le nombre d’étapes requises pour le dépôt autocatalytique d’une couche de métal précieux sur un substrat non conducteur. An object of the invention is therefore to reduce the number of steps required for the autocatalytic deposition of a precious metal layer on a non-conductive substrate.

Divulguation de l’inventionDisclosure of the invention

[0007] De façon plus spécifique, l’invention concerne un procédé pour former une couche de métal précieux sur une surface d’un substrat, comprenant les étapes consistant à se doter d’un substrat, et à activer une surface dudit substrat (qui peut être soit la totalité de la surface du substrat soit une surface de celui-ci mouillée sélectivement) en la mouillant avec une suspension de nanoparticules de métal précieux dans un solvant, ledit solvant comprenant au moins un solvant organique, de façon à y déposer des nanoparticules de métal précieux. Ce mouillage fait adhérer les nanoparticules, qui agissent comme des catalyseurs pour une déposition autocatalytique de métal précieux, à la surface du substrat par des forces de Van der Waals. L’utilisation d’une telle suspension de nanoparticules de métal précieux dans un solvant organique, également appelée suspension colloïdale, fonctionne à cette fin et est plus simple, puisqu’une attraction polarisée entre les nanoparticules et la surface n’a pas besoin d’être générée comme dans le cas d’un régime aqueux. More specifically, the invention relates to a method for forming a precious metal layer on a surface of a substrate, comprising the steps of providing a substrate, and activating a surface of said substrate (which may be either the entire surface of the substrate or a surface thereof selectively wetted) by wetting it with a suspension of nanoparticles of precious metal in a solvent, said solvent comprising at least one organic solvent, so as to deposit therein nanoparticles of precious metal. This wetting adheres the nanoparticles, which act as catalysts for autocatalytic precious metal deposition on the substrate surface by Van der Waals forces. The use of such a suspension of precious metal nanoparticles in an organic solvent, also called colloidal suspension, works for this purpose and is simpler, since a polarized attraction between the nanoparticles and the surface does not need to be generated as in the case of an aqueous diet.

[0008] La surface ainsi activée du substrat est ensuite immergée dans une solution aqueuse, souvent appelée solution de placage, comprenant au moins un sel de métal précieux de façon qu’une couche de métal précieux soit déposée sur ladite surface. Cette déposition est catalysée par les nanoparticules déposées auparavant. The thus activated surface of the substrate is then immersed in an aqueous solution, often called a plating solution, comprising at least one precious metal salt so that a layer of precious metal is deposited on said surface. This deposition is catalyzed by previously deposited nanoparticles.

[0009] Il convient de noter que le métal précieux de la couche peut être identique au ou différent du métal précieux des nanoparticules. Si c’est le même métal, l’effet catalyseur peut être amélioré et la vitesse et la qualité de la couche de métal précieux déposée peuvent être améliorées. It should be noted that the precious metal of the layer may be identical to or different from the precious metal of the nanoparticles. If it is the same metal, the catalyst effect can be improved and the speed and quality of the deposited precious metal layer can be improved.

[0010] En conséquence, une couche de métal précieux peut être formée directement par placage autocatalytique sur la surface du substrat sans couche d’adhérence intervenante, et sans nécessiter une quelconque déposition électrolytique subséquente, en un nombre d’étapes très limité et par utilisation d’une chimie simple faiblement toxique avec de faibles coûts de mise au rebut des réactifs. Accordingly, a layer of precious metal can be formed directly by autocatalytic plating on the surface of the substrate without an intervening adhesion layer, and without requiring any subsequent electrolytic deposition, in a very limited number of steps and by use. simple, low toxicity chemistry with low disposal costs of reagents.

[0011] Avantageusement, la suspension comprend des nanoparticules de métal précieux ayant des diamètres situés dans la plage allant de 0,1 à 900 nm, plus spécifiquement de 1 à 100 nm, encore plus spécifiquement de 2 nm à 20 nm. Advantageously, the suspension comprises precious metal nanoparticles having diameters in the range from 0.1 to 900 nm, more specifically from 1 to 100 nm, more specifically from 2 nm to 20 nm.

[0012] Le mouillage de la surface peut être effectué par au moins l’un des procédés suivants: trempage du substrat dans ladite suspension; immersion du substrat dans un bain de ladite suspension; pulvérisation de ladite suspension sur ladite surface du substrat; impression de ladite suspension sur ladite surface du substrat, par exemple par impression par jet d’encre, impression au tampon, impression bobine-bobine, sérigraphie, impression par jet en aérosol, ou n’importe quel procédé d’impression commode.The wetting of the surface can be carried out by at least one of the following methods: dipping the substrate in said suspension; immersing the substrate in a bath of said suspension; spraying said suspension on said surface of the substrate; printing said suspension on said surface of the substrate, for example by ink jet printing, pad printing, coil-to-coil printing, screen printing, aerosol jet printing, or any convenient printing method.

[0013] Le trempage, l’immersion et la pulvérisation sont des procédés très simples, qui peuvent être combinés avec des masques déposés au préalable, tandis que l’impression de la suspension de nanoparticules colloïdale sur la surface du substrat permet une détermination très précise de l’emplacement de la couche de métal précieux déposée, avec une définition élevée et par utilisation d’une technologie standard, en particulier comme une impression par jet d’encre. Soaking, immersion and spraying are very simple processes, which can be combined with masks deposited beforehand, while the printing of the colloidal nanoparticle suspension on the surface of the substrate allows a very precise determination. the location of the deposited precious metal layer, with a high resolution and using standard technology, particularly as an inkjet printing.

[0014] Ces masques, ou l’impression par jet d’encre de la suspension, permettent de réaliser le mouillage de la surface de manière sélective afin de former des motifs de métal précieux déposé. These masks, or the ink jet printing of the suspension, allow the wetting of the surface selectively to form precious metal patterns deposited.

[0015] Le substrat peut comprendre au moins l’un parmi: un plastique ou une résine; une céramique; un verre; une vitrocéramique; un textile; le silicium. On utilise couramment une matière plastique ABS. The substrate may comprise at least one of: a plastic or a resin; a ceramic; a glass; a ceramic hob; a textile; silicon. ABS plastic is commonly used.

[0016] Le solvant utilisé pour la suspension de nanoparticules colloïdale comprend avantageusement de l’undécane (CH3(CH2)9CH3), qui a une viscosité adaptée à la mise en suspension de nanoparticules de métal précieux. The solvent used for the suspension of colloidal nanoparticles advantageously comprises undecane (CH3 (CH2) 9CH3), which has a viscosity suitable for suspending nanoparticles of precious metal.

[0017] Le métal précieux comprend au moins l’un parmi: l’argent, l’or, le platine, le rhodium, l’iridium, l’osmium, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le gallium, l’indium, le tellure. Dans une variante particulièrement économique, le métal précieux est l’argent ou un alliage de celui-ci, ce dernier étant de préférence un alliage précieux de celui-ci, c’est-à-dire constitué en majorité d’argent. [0017] The precious metal comprises at least one of: silver, gold, platinum, rhodium, iridium, osmium, palladium, rhenium, ruthenium, gallium, indium, tellurium. In a particularly economical variant, the precious metal is silver or an alloy thereof, the latter being preferably a precious alloy thereof, that is to say consisting predominantly of silver.

[0018] Comme on le sait habituellement, la solution aqueuse comprend en outre au moins un agent réducteur tel que l’acide ascorbique, et peut aussi comprendre un tensioactif tel que le CTAN et un agent réducteur de pH tel que l’acide nitrique. As is usually known, the aqueous solution further comprises at least one reducing agent such as ascorbic acid, and may also comprise a surfactant such as CTAN and a pH reducing agent such as nitric acid.

[0019] La couche de métal précieux est avantageusement déposée en une épaisseur telle que la conductivité de ladite couche de métal précieux soit d’au moins 60000 S/m. Cette conductivité est adéquate pour permettre la déposition électrolytique d’une autre couche métallique par-dessus. The precious metal layer is advantageously deposited in a thickness such that the conductivity of said precious metal layer is at least 60000 S / m. This conductivity is adequate to allow electrolytic deposition of another metal layer over it.

[0020] L’invention concerne en outre un substrat comprenant une couche de métal précieux déposée sur celui-ci au moyen d’un procédé tel que défini ci-dessus. The invention further relates to a substrate comprising a layer of precious metal deposited thereon by means of a method as defined above.

[0021] Finalement, l’invention concerne en outre un procédé pour former un composant métallique dans un moule formé par un substrat structuré, dans lequel une couche de métal précieux est déposée dans le moule par le procédé susmentionné, le composant métallique étant ensuite retiré du moule. Finally, the invention further relates to a method for forming a metal component in a mold formed by a structured substrate, wherein a layer of precious metal is deposited in the mold by the aforementioned method, the metal component being subsequently removed of the mold.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

[0022] D’autres détails de l’invention seront décrits plus en détail dans la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui montrent: <tb>fig. 1 :<SEP>un organigramme schématique des étapes principales du procédé selon l’invention; <tb>fig. 2 :<SEP>une photographie d’un substrat activé immédiatement après immersion dans la solution de placage; <tb>fig. 3 :<SEP>une photographie d’un substrat activé après plusieurs minutes d’immersion dans la solution de placage; <tb>fig. 4 :<SEP>une photographie d’un substrat activé après 30–40 minutes d’immersion dans la solution de placage; <tb>fig. 5 :<SEP>une photographie d’un substrat activé sélectivement après qu’il a été retiré de la solution de placage dans laquelle il a été immergé pendant 30–40 minutes; <tb>fig. 6 :<SEP>un logigramme schématique d’un procédé pour préparer un composant métallique, incorporant le procédé de l’invention.Other details of the invention will be described in more detail in the description which follows, with reference to the appended figures, which show: <Tb> Fig. 1: <SEP> a schematic flow diagram of the main steps of the process according to the invention; <Tb> Fig. 2: <SEP> a photograph of an activated substrate immediately after immersion in the plating solution; <Tb> Fig. 3: <SEP> a photograph of an activated substrate after several minutes of immersion in the plating solution; <Tb> Fig. 4: <SEP> a photograph of an activated substrate after 30-40 minutes of immersion in the plating solution; <Tb> Fig. 5: <SEP> a photograph of a selectively activated substrate after it has been removed from the plating solution in which it has been immersed for 30-40 minutes; <Tb> Fig. 6: <SEP> a schematic flow diagram of a process for preparing a metal component, incorporating the process of the invention.

Mode de réalisation de l’inventionEmbodiment of the invention

[0023] La fig. 1 illustre très génériquement les étapes principales du procédé de l’invention. FIG. 1 very generically illustrates the main steps of the method of the invention.

[0024] Sous leur forme la plus générique, les trois étapes principales sont: – étape 101: se doter d’un substrat 1; – étape 102: activation d’une surface du substrat 1 par mouillage de celle-ci avec une suspension 2 de nanoparticules de métal précieux dans un solvant, le solvant comprenant au moins un solvant organique; – étape 103: déposition d’une couche de métal précieux 5 sur la surface activée par immersion de la surface ainsi activée dans une solution aqueuse 4 comprenant au moins un sel de métal précieux. In their most generic form, the three main stages are: Step 101: providing a substrate 1; Step 102: activation of a surface of the substrate 1 by wetting it with a suspension 2 of nanoparticles of precious metal in a solvent, the solvent comprising at least one organic solvent; Step 103: depositing a layer of precious metal on the activated surface by immersing the surface thus activated in an aqueous solution comprising at least one precious metal salt.

[0025] Les étapes intermédiaires et de la technique antérieure, de dégraissage, rinçage, séchage, etc., n’ont pas été représentées sur la fig. 1 . The intermediate steps and the prior art, degreasing, rinsing, drying, etc., have not been shown in FIG. 1.

[0026] Premièrement, dans l’étape 101, on se procure un substrat 1. Celui-ci peut être en pratiquement n’importe quel matériau non conducteur et/ou diélectrique et/ou semi-conducteur. En pratique, il s’agirait habituellement d’une résine ou d’un polymère thermoplastique ou thermodurcissable. Une liste non limitative de telles substances comprend les résines cellulosiques telles que l’acétate d’éthyle, le propionate de cellulose, l’acétobutyrate de cellulose et le nitrate de cellulose, les résines d’acétal, les acryliques tels que l’acrylate de méthyle, les polyéthers, le nylon, le polyéthylène, le polystyrène, les mélanges de styrènes, les polycarbonates, le polychlorotrifluoroéthylène, et les polymères et copolymères de vinyle, tels que l’acétate de vinyle, le chlorure de vinyle, les copolymères de chlorure-acétate de vinyle, le chlorure de vinylidène,; l’alcool vinylique, le vinylbutyral, le vinyiformal, l’ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène), le phtalate d’allyle, le furane, les copolymères de mélamine-formaldéhyde, de phénol-formaldéhyde et de phénol-furfural, les esters polyacrylates, les silicones, les urée-formaldéhydes, les résines époxy, les résines allyliques, les phtalates de glycéryle, et les polyesters. D’autres exemples sont connus de l’homme du métier et n’ont pas besoin d’être répétés. D’autres classes convenables de matériaux sont les céramiques, les verres, les vitrocéramiques, les textiles et les semi-conducteurs tels que le silicium. First, in step 101, a substrate 1 is obtained. This can be in virtually any non-conductive material and / or dielectric and / or semiconductor. In practice, it would usually be a resin or a thermoplastic or thermosetting polymer. A non-limiting list of such substances includes cellulosic resins such as ethyl acetate, cellulose propionate, cellulose acetate butyrate and cellulose nitrate, acetal resins, acrylics such as methyl, polyethers, nylon, polyethylene, polystyrene, styrenes blends, polycarbonates, polychlorotrifluoroethylene, and vinyl polymers and copolymers, such as vinyl acetate, vinyl chloride, chloride copolymers vinyl acetate, vinylidene chloride; vinyl alcohol, vinyl butyral, vinyiformal, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene), allyl phthalate, furan, copolymers of melamine-formaldehyde, phenol-formaldehyde and phenol-furfural, esters polyacrylates, silicones, urea-formaldehyde, epoxy resins, allyl resins, glyceryl phthalates, and polyesters. Other examples are known to those skilled in the art and need not be repeated. Other suitable classes of materials are ceramics, glasses, glass ceramics, textiles and semiconductors such as silicon.

[0027] Ces substrats peuvent au final former des éléments décoratifs dans des automobiles, des articles électroniques de consommation, etc., des moules pour composants micromécaniques électroformés, des cartes de circuits imprimés, ou pour n’importe quel autre usage concevable. These substrates may ultimately form decorative elements in automobiles, consumer electronics, etc., molds for electromechanical micromechanical components, printed circuit boards, or for any other conceivable use.

[0028] Contrairement aux procédés de déposition autocatalytique de l’art antérieur, seule une préparation basique du substrat est requise, à savoir un dégraissage. Il n’est en aucune façon requis de doter la surface de rugosités et/ou d’une structure, par exemple par gravure (gravure ionique réactive profonde, gravure par plasma, gravure chimique ou similaire) ou par des moyens mécaniques (sablage, projection de billes, etc.), bien que le procédé soit compatible avec de tels prétraitements qui peuvent être effectués si on le souhaite. De même, l’application de divers promoteurs, neutralisateurs, conditionneurs, etc., et l’utilisation de stabilisateurs, ne sont pas requises. Unlike the autocatalytic deposition processes of the prior art, only a basic preparation of the substrate is required, namely a degreasing. It is in no way required to provide the surface with roughness and / or a structure, for example by etching (deep reactive ion etching, plasma etching, chemical etching or the like) or by mechanical means (sandblasting, projection bead, etc.), although the process is compatible with such pretreatments that can be performed if desired. Similarly, the application of various promoters, neutralisers, conditioners, etc., and the use of stabilizers, are not required.

[0029] Si nécessaire, un masque peut être appliqué à la surface du substrat pour masquer des zones sur lesquelles on ne souhaite pas déposer la couche de métal précieux 5, par exemple par lithographie, impression par jet d’encre ou sérigraphie d’une substance de masquage convenable, application de films adhésif, ou par n’importe quel autre procédé connu convenable. If necessary, a mask may be applied to the surface of the substrate to hide areas on which it is not desired to deposit the precious metal layer 5, for example by lithography, inkjet printing or screen printing of a suitable masking substance, application of adhesive films, or by any other suitable known method.

[0030] Après le dégraissage, dans l’étape 102, la surface du substrat 1 est mouillée avec une suspension 2 de nanoparticules de métal précieux 3 dans un solvant, lesquelles servent de catalyseur pour la déposition subséquente, de façon à faire en sorte qu’une certaine quantité des nanoparticules de métal précieux 3 adhère à la surface du substrat 1. Le diamètre des nanoparticules de métal précieux 3 est situé dans la plage allant de 0,1 à 900 nm, idéalement de 1 à 100 nm, encore plus idéalement de 2 à 20 nm. Le métal précieux des nanoparticules 3 peut être identique ou différent du métal précieux de la couche déposée finale 5, et est appliqué sous la forme d’une suspension colloïdale. Le solvant formant le composant liquide de la suspension colloïdale comprend au moins un solvant organique, et peut d’ailleurs comprendre exclusivement un ou plusieurs solvants organiques pratiquement sans eau; toutefois il peut aussi contenir de l’eau dans le cas où le solvant choisi est miscible avec l’eau, tel qu’un alcool. En pratique, l’undécane (CH3(CH2)9CH3) utilisé seul s’est avéré bien fonctionner. After degreasing, in step 102, the surface of the substrate 1 is wetted with a suspension 2 of precious metal nanoparticles 3 in a solvent, which serve as a catalyst for the subsequent deposition, so as to ensure that a certain amount of the precious metal nanoparticles 3 adheres to the surface of the substrate 1. The diameter of the precious metal nanoparticles 3 is in the range from 0.1 to 900 nm, ideally from 1 to 100 nm, even more ideally from 2 to 20 nm. The precious metal of the nanoparticles 3 may be identical or different from the precious metal of the final deposited layer 5, and is applied in the form of a colloidal suspension. The solvent forming the liquid component of the colloidal suspension comprises at least one organic solvent, and may moreover exclusively comprise one or more organic solvents practically without water; however, it may also contain water in the case where the selected solvent is miscible with water, such as an alcohol. In practice, undecane (CH3 (CH2) 9CH3) alone has proven to work well.

[0031] Ce mouillage peut être effectué simplement par immersion dans un bain de la suspension de nanoparticules colloïdale 2, comme l’illustre la fig. 1 . Toutefois, il est aussi possible qu’il puisse être appliqué sous la forme d’une pulvérisation, ou au moyen d’une impression par jet d’encre. Cette dernière est particulièrement avantageuse si le substrat est destiné à être une carte de circuit imprimé (PCB), puisque l’impression par jet d’encre peut mouiller sélectivement la surface de façon à définir les trajets conducteurs souhaités du PCB avec une précision élevée et une définition extrêmement élevée. Dans l’étape de déposition 103, la couche de métal précieux 5 ne va être formée que sur les régions de la surface du substrat qui ont été activées par le catalyseur en nanoparticules, c’est-à-dire qui comprennent des nanoparticules de métal précieux 3 déposées sur celles-ci, en laissant non revêtues les autres régions qui ne comprennent pas de nanoparticules de métal précieux 3. This wetting can be carried out simply by immersion in a bath of the colloidal nanoparticle suspension 2, as shown in FIG. 1. However, it is also possible that it can be applied in the form of a spray, or by means of ink jet printing. The latter is particularly advantageous if the substrate is intended to be a printed circuit board (PCB), since ink jet printing can selectively wet the surface so as to define the desired conductive paths of the PCB with high accuracy and an extremely high definition. In the deposition step 103, the precious metal layer 5 will only be formed on the regions of the substrate surface which have been activated by the nanoparticle catalyst, that is to say which comprise nanoparticles of metal valuable 3 deposited on these, leaving uncoated other regions that do not include nanoparticles of precious metal 3.

[0032] Les nanoparticules de métal précieux 3 adhèrent à la surface du substrat 1 par des forces de Van der Waals plutôt que par attraction ionique; les demandeurs ont découvert de façon surprenante que ces forces de Van der Waals sont suffisantes pour faire adhérer les nanoparticules 3 à la surface du substrat 1, ce qui permet d’éliminer l’utilisation des divers promoteurs, neutralisateurs, conditionneurs, etc., nécessaires pour obtenir l’adhérence des nanoparticules dans les régimes aqueux utilisés dans l’artantérieur. Cette adhérence se produit en une seule étape qui peut être effectuée à la température ambiante en utilisant une chimie simple et sans danger. The precious metal nanoparticles 3 adhere to the surface of the substrate 1 by Van der Waals forces rather than by ionic attraction; the Applicants have surprisingly found that these Van der Waals forces are sufficient to adhere the nanoparticles 3 to the surface of the substrate 1, thereby eliminating the use of various promoters, neutralizers, conditioners, etc., necessary to obtain the adhesion of the nanoparticles in the aqueous regimes used in the prior art. This adhesion occurs in a single step that can be performed at room temperature using simple and safe chemistry.

[0033] Une fois que les nanoparticules de métal précieux 3 ont adhéré à la surface du substrat, la surface est activée puisque les nanoparticules de métal précieux 3 déposées dessus agissent comme un catalyseur pour la déposition autocatalytique de la couche de métal précieux 5. En d’autres termes, chaque nanoparticule individuelle agit comme un germe de catalyseur pour faire croître la couche de métal précieux 5, qui est déposée par réduction autocatalytique à partir d’une solution. Les nanoparticules de métal précieux 3 sont visibles à l’œil nu, en faisant apparaître avec une couleur marron clair les zones de la surface du substrat 1 sur lesquelles elles ont été déposées. Once the precious metal nanoparticles 3 have adhered to the surface of the substrate, the surface is activated since the precious metal nanoparticles 3 deposited thereon act as a catalyst for the autocatalytic deposition of the precious metal layer 5. in other words, each individual nanoparticle acts as a catalyst seed to grow the precious metal layer 5, which is deposited by autocatalytic reduction from a solution. The nanoparticles of precious metal 3 are visible to the naked eye, making appear with a light brown color areas of the surface of the substrate 1 on which they were deposited.

[0034] Une fois que la surface du substrat 1 a été activée, on rince le substrat 1 pour éliminer l’excès de solvant et les nanoparticules 3 n’ayant pas adhéré, et si nécessaire on peut retirer tout masque appliqué. Le substrat 1 est ensuite immergé dans une solution aqueuse 4 comprenant au moins un sel de métal précieux. Ce sel de métal précieux peut comprendre le même métal précieux que celui utilisé pour le catalyseur en nanoparticules; toutefois ceci n’est pas strictement nécessaire, et ces métaux précieux peuvent être différents. Dans le cas où le solvant utilisé est miscible avec l’eau, il peut ne pas être nécessaire de rincer le substrat, puisque te solvant en excès va se dissoudre dans la solution aqueuse et diffuser à distance de la surface. Once the surface of the substrate 1 has been activated, the substrate 1 is rinsed to remove the excess solvent and the nanoparticles 3 not adhered, and if necessary can be removed any mask applied. The substrate 1 is then immersed in an aqueous solution 4 comprising at least one precious metal salt. This precious metal salt may comprise the same precious metal as that used for the nanoparticle catalyst; however this is not strictly necessary, and these precious metals may be different. In the case where the solvent used is miscible with water, it may not be necessary to rinse the substrate, since the excess solvent will dissolve in the aqueous solution and diffuse away from the surface.

[0035] La solution aqueuse 4 comprend en outre, comme on le sait, un agent réducteur tel que l’acide citrique, l’acide ascorbique, l’hydrazine, l’hypophosphite de sodium, le borohydrure de sodium, les boranes d’amine ou le formaldéhyde. En résultat, il se produit une réaction autocatalytique ensemencée par les nanoparticules de métal précieux 3, qui réduit les ions de métal précieux du sel de métal précieux de façon à déposer une couche 5 de ce métal précieux sur les zones activées de la surface du substrat 1. The aqueous solution 4 further comprises, as is known, a reducing agent such as citric acid, ascorbic acid, hydrazine, sodium hypophosphite, sodium borohydride, boranes. amine or formaldehyde. As a result, an autocatalytic reaction seeded by the precious metal nanoparticles 3 occurs, which reduces the precious metal ions of the precious metal salt so as to deposit a layer 5 of this precious metal on the activated areas of the substrate surface. 1.

[0036] Finalement, on rince le substrat 1 pour éliminer les traces de la solution aqueuse. Finally, rinsing the substrate 1 to remove traces of the aqueous solution.

[0037] En résultat, une couche de métal précieux 5 peut être déposée directement sur la surface d’un substrat non conducteur ou semi-conducteur 1 sans déposition d’une couche métallique intermédiaire, par exemple en nickel ou en cuivre, et sans nécessiter une déposition électrolytique du métal précieux, en seulement deux étapes fondamentales: une étape unique d’activation de la surface 102, et une étape unique de déposition 103. As a result, a layer of precious metal 5 can be deposited directly on the surface of a non-conductive or semiconductor substrate 1 without deposition of an intermediate metal layer, for example nickel or copper, and without requiring electrolytic deposition of the precious metal, in only two basic steps: a single step of activation of the surface 102, and a single deposition step 103.

[0038] Une fois que la couche de métal précieux a été formée sur la surface du substrat, toutes autres couches métalliques souhaitées peuvent être formées dessus par déposition électrolytique. Dans le cas où le substrat est structuré de façon à former un moule pour une pièce (micro)mécanique 9, la couche de métal précieux est formée sur la surface intérieure du moule, cette couche de métal précieux formant un conducteur pour permettre au moule d’être ensuite rempli de métal par formation galvanique d’une manière similaire au procédé LIGA bien connu (lithographie allemande, Galvanoformung, Abformung), suivie de la séparation de la pièce ainsi formée hors du moule. La fig. 6 illustre plus en détail un tel procédé pour former une pièce métallique 9. Once the precious metal layer has been formed on the surface of the substrate, any other desired metal layers may be formed thereon by electrolytic deposition. In the case where the substrate is structured so as to form a mold for a (micro) mechanical part 9, the precious metal layer is formed on the inner surface of the mold, this layer of precious metal forming a conductor to allow the mold to to be then filled with metal by galvanic formation in a manner similar to the well-known LIGA process (German lithography, Galvanoformung, Abformung), followed by the separation of the piece thus formed out of the mold. Fig. 6 illustrates in more detail such a method for forming a metal part 9.

[0039] Dans l’étape 201, on dispose d’un substrat structuré 1, le substrat comprenant une cavité formant un moule. Cette étape correspond à l’étape 101 du procédé basique tel que décrit ci-dessus. Le substrat 1 peut être structuré par n’importe quel moyen connu. Dans l’étape 202, une couche de métal précieux 5 est formée au moins sur les surfaces intérieures de la cavité au moyen des étapes 102 et 103 du procédé basique. Ensuite, un contact électrique est fait avec la couche de métal précieux 5, et la cavité est remplie par déposition électrolytique d’un métal 7 tel que le cuivre, le nickel, l’argent, ou n’importe quel autre métal approprié, en formant ainsi une pièce métallique 9. In step 201, there is a structured substrate 1, the substrate comprising a cavity forming a mold. This step corresponds to step 101 of the basic method as described above. The substrate 1 can be structured by any known means. In step 202, a precious metal layer 5 is formed at least on the interior surfaces of the cavity by means of steps 102 and 103 of the basic method. Then, an electrical contact is made with the precious metal layer 5, and the cavity is filled by electrolytic deposition of a metal 7 such as copper, nickel, silver, or any other suitable metal, thus forming a metal part 9.

[0040] La pièce métallique 9 est ensuite libérée du substrat 1, soit mécaniquement, soit par élimination du substrat 1 par dissolution dans un solvant approprié. The metal part 9 is then released from the substrate 1, either mechanically or by removing the substrate 1 by dissolution in a suitable solvent.

Exemple pratiquePractical example

[0041] L’exemple qui suit décrit un procédé concrétisé et éprouvé en laboratoire pour déposer une couche d’argent 5 sur un substrat en ABS 1. Il ne doit toutefois pas être considéré comme limitant l’invention. En particulier, les longueurs de temps mentionnées peuvent aisément varier en fonction des nécessités de l’homme du métier, on peut utiliser d’autres métaux précieux, d’autres agents réducteurs, d’autres agents réducteurs de pH et d’autres solvants, et on peut mettre en œuvre des étapes telles qu’un dégraissage de n’importe quelle manière connue avec n’importe quels produits chimiques ou produits déposés connus. The following example describes a method concretized and tested in the laboratory for depositing a silver layer 5 on an ABS substrate 1. However, it should not be considered as limiting the invention. In particular, the lengths of time mentioned can easily vary according to the needs of the person skilled in the art, it is possible to use other precious metals, other reducing agents, other pH reducing agents and other solvents. and steps can be implemented such as degreasing in any known manner with any known chemicals or deposited products.

1. Dégraissage du substrat en ABS1. Degreasing ABS substrate

[0042] On dispose d’un substrat en ABS 1 que l’on nettoie d’abord aux ultrasons dans un bain d’éthanol pendant 5 minutes, puis on le sèche à l’air pendant 30 secondes. Ensuite, on le nettoie pendant 3 minutes avec un nettoyant tel que, mais sans s’y limiter, MP-900 (un agent dégraissant alcalin déposé comprenant un mélange d’hydroxyde de sodium et d’éthanolamine, disponible chez Dow Chemical), après quoi on rince soigneusement à l’eau puis à l’éthanol. On sèche ensuite le substrat à l’air avec de l’air comprimé. There is an ABS substrate 1 which is first cleaned with ultrasound in an ethanol bath for 5 minutes, then air dried for 30 seconds. Then, it is cleaned for 3 minutes with a cleaner such as, but not limited to, MP-900 (a deposited alkaline degreasing agent comprising a mixture of sodium hydroxide and ethanolamine, available from Dow Chemical), after which is rinsed thoroughly with water and ethanol. The substrate is then air dried with compressed air.

2. Activation de surface2. Surface activation

[0043] On immerge le substrat dégraissé 1 pendant 5 minutes dans un bain contenant une suspension 2 de 0,4% en poids d’Ag-D02 dans de l’undécane (CH3(CH2)9CH3). Ag-D02 est une poudre de nanoparticules d’argent comprenant des granulométries allant de 2 nm à 20 nm, typiquement fournie sous la forme d’une pâte comprenant 5–20% d’undécane, que l’on peut aisément mélanger avec davantage d’undécane pour obtenir la concentration souhaitée. The defatted substrate 1 is immersed for 5 minutes in a bath containing a suspension 2 of 0.4% by weight of Ag-D0 2 in undecane (CH 3 (CH 2) 9 CH 3). Ag-D02 is a silver nanoparticle powder comprising particle sizes ranging from 2 nm to 20 nm, typically provided in the form of a paste comprising 5-20% undecane, which can be easily mixed with more undecane to obtain the desired concentration.

[0044] Après l’immersion, on retire le substrat 1 du bain et on le rince deux fois à l’undécane pour éliminer les nanoparticules en excès, et ensuite on le rince deux fois à l’éthanol pour éliminer l’undécane. On sèche ensuite le substrat 1. After immersion, the substrate 1 is removed from the bath and rinsed twice with undecane to remove the excess nanoparticles, and then rinsed twice with ethanol to remove the undecane. The substrate 1 is then dried.

3. Déposition autocatalytique3. Autocatalytic deposition

[0045] On immerge le substrat 1 ainsi activé à la température ambiante dans une solution aqueuse 4 de sel d’argent conjointement avec un agent réducteur, à savoir l’acide ascorbique. Cette solution comprend approximativement les composants suivants. <tb>Nitrate d’argent (AgNO3)<SEP>0,004%<SEP>Sel de métal précieux <tb>Acide nitrique (HNO3)<SEP>0,3%<SEP>Réducteur de pH <tb>CTAN (nitrate de cétyltriméthylammonium)<SEP>0,01%<SEP>Tensioactif <tb>Acide ascorbique<SEP>0,02%<SEP>Agent réducteur <tb>Eau<SEP>Le reste<SEP>SolvantThe substrate 1 thus activated is immersed at room temperature in an aqueous solution 4 of silver salt together with a reducing agent, namely ascorbic acid. This solution comprises approximately the following components. <tb> Silver nitrate (AgNO3) <SEP> 0.004% <SEP> Precious metal salt <tb> Nitric acid (HNO3) <SEP> 0.3% <SEP> pH reduction <tb> CTAN (cetyltrimethylammonium nitrate) <SEP> 0.01% <SEP> Surfactant <tb> Ascorbic acid <SEP> 0.02% <SEP> Reducing agent <tb> Water <SEP> The rest <SEP> Solvent

[0046] On agite bien la solution avec un barreau d’agitation magnétique, et on effectue la déposition jusqu’à ce que l’épaisseur souhaitée de la couche d’argent soit atteinte. Il se forme un fini miroir en 0,5 à 2 minutes, après quoi la couche 5 blanchit progressivement. On atteint une épaisseur de couche pratique maximale après environ 40 minutes. On peut stopper la déposition à tout moment quand l’épaisseur ou la finition souhaitée de la couche d’argent 5 ainsi déposée a été obtenue. The solution is stirred well with a magnetic stir bar, and the deposition is carried out until the desired thickness of the silver layer is reached. A mirror finish is formed in 0.5 to 2 minutes, after which the layer 5 gradually whitens. A maximum practical layer thickness is reached after about 40 minutes. The deposition can be stopped at any time when the desired thickness or finish of the silver layer thus deposited has been obtained.

[0047] Ensuite, on rince bien le substrat 1, comprenant naturellement la couche d’argent 5 déposée dessus, avec de l’eau déminéralisée et ensuite dans de l’éthanol, après quoi on le sèche à l’air comprimé. Subsequently, the substrate 1, naturally comprising the silver layer 5 deposited on it, is thoroughly rinsed with deionized water and then in ethanol, after which it is dried with compressed air.

[0048] Comme on peut le voir à partir de cet exemple concret, très peu d’étapes de procédé sont nécessaires en comparaison avec la technique antérieure, ce qui a pour résultat qu’il faut moins de matières premières, moins de produits chimiques différents, moins de rinçages et donc moins de gaspillage tant en temps qu’en matériaux. Le procédé de l’invention est donc extrêmement économique, il convient en outre de noter que tous les produits chimiques utilisés sont couramment disponibles, sont faiblement toxiques et ont un faible impact sur l’environnement, ce qui réduit le coût d’acquisition et de mise au rebut des produits chimiques utilisés. As can be seen from this concrete example, very few process steps are necessary in comparison with the prior art, which has the result that it requires less raw materials, fewer different chemicals. less rinsing and therefore less waste both in time and materials. The process of the invention is therefore extremely economical, it should also be noted that all the chemicals used are commonly available, are low in toxicity and have a low impact on the environment, which reduces the cost of acquisition and disposal of used chemicals.

[0049] Les fig. 2 – 5 illustrent divers substrats en ABS 1 différents à différents stades du procédé susmentionné. Figs. 2 - 5 illustrate various different ABS 1 substrates at different stages of the aforementioned process.

[0050] La fig. 2 illustre un substrat activé 1 juste après immersion dans la solution aqueuse 4, montrant la décoloration du substrat en ABS 1 due aux nanoparticules d’argent 3 déposées dessus. FIG. 2 illustrates an activated substrate 1 just after immersion in the aqueous solution 4, showing the discoloration of the ABS substrate 1 due to silver nanoparticles 3 deposited thereon.

[0051] La fig. 3 illustre un substrat activé 1 après 1–3 minutes d’immersion dans la solution aqueuse 4, avec une mince couche analogue à un miroir d’argent métallique 5 qui a été déposé dessus. FIG. 3 illustrates an activated substrate 1 after 1-3 minutes of immersion in the aqueous solution 4, with a thin layer similar to a metallic silver mirror 5 which has been deposited thereon.

[0052] La fig. 4 illustre un substrat activé 1 après 30–40 minutes d’immersion dans la solution aqueuse 4, avec une couche significativement plus épaisse (0,2 à 10 µm) d’argent métallique 5 déposé sur le substrat 1. Cette couche plus épaisse paraît blanche à l’œil nu, du fait de la texture de l’argent métallique lorsque la couche croît. FIG. 4 illustrates an activated substrate 1 after 30-40 minutes of immersion in the aqueous solution 4, with a significantly thicker layer (0.2 to 10 μm) of metallic silver deposited on the substrate 1. This thicker layer appears white to the naked eye, because of the texture of metallic silver as the layer grows.

[0053] La fig. 5 illustre un substrat revêtu sélectivement d’argent métallique 5. Avant application du catalyseur en nanoparticules d’argent sur la surface du substrat 1, la périphérie du substrat 1 a été masquée de façon à empêcher l’adhérence sur celle-ci des nanoparticules d’argent 3. En conséquence, seule la partie centrale rectangulaire de la surface du substrat 1 a reçu le revêtement d’argent 5. FIG. 5 illustrates a substrate selectively coated with metallic silver 5. Prior to the application of the silver nanoparticle catalyst to the surface of the substrate 1, the periphery of the substrate 1 has been masked so as to prevent adhesion thereto of the nanoparticles of the substrate. As a result, only the rectangular central portion of the surface of the substrate 1 has received the silver coating 5.

[0054] Bien que l’invention ait été décrite en référence à des modes de réalisation spécifiques, il n’est pas prévu que la portée de l’invention, telle que définie dans les revendications, soit limitée par ceux-ci. Although the invention has been described with reference to specific embodiments, it is not intended that the scope of the invention, as defined in the claims, be limited by them.

Claims (15)

1. Procédé pour former une couche de métal précieux (5) sur une surface d’un substrat (1), comprenant les étapes consistant à: – se doter d’un substrat (1); – activer une surface dudit substrat (1) en mouillant ladite surface avec une suspension (2) de nanoparticules de métal précieux (3) dans un solvant, de façon à y déposer des nanoparticules de métal précieux (3), ledit solvant comprenant au moins un solvant organique; – immerger la surface ainsi activée dans une solution aqueuse (4) comprenant au moins un sel de métal précieux de façon à déposer une couche de métal précieux (5) sur ladite surface.A method for forming a precious metal layer (5) on a surface of a substrate (1), comprising the steps of: - to have a substrate (1); Activating a surface of said substrate (1) by wetting said surface with a suspension (2) of precious metal nanoparticles (3) in a solvent, so as to deposit nanoparticles of precious metal (3), said solvent comprising at least an organic solvent; - Immerse the surface thus activated in an aqueous solution (4) comprising at least one precious metal salt so as to deposit a layer of precious metal (5) on said surface. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite couche de métal précieux (5) est formée directement sur ladite surface.The method of claim 1, wherein said precious metal layer (5) is formed directly on said surface. 3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel ladite couche de métal précieux (5) est formée du même métal précieux que lesdites nanoparticules de métal précieux (3).3. Method according to one of claims 1 and 2, wherein said layer of precious metal (5) is formed of the same precious metal as said nanoparticles of precious metal (3). 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite suspension comprend des nanoparticules de métal précieux (3) ayant des diamètres situés dans la plage allant de 2 nm à 20 nm.The process according to one of claims 1 to 3, wherein said suspension comprises precious metal nanoparticles (3) having diameters in the range of 2 nm to 20 nm. 5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit mouillage de la surface est effectué par au moins l’un des procédés suivants: – trempage du substrat (1) dans ladite suspension (2); – immersion du substrat (1) dans un bain de ladite suspension (2); – pulvérisation de ladite suspension (2) sur ladite surface du substrat (1); – impression de ladite suspension (2) sur ladite surface du substrat (1).5. Method according to one of claims 1 to 4, wherein said wetting of the surface is carried out by at least one of the following methods: - Soaking the substrate (1) in said suspension (2); - Immersing the substrate (1) in a bath of said suspension (2); Spraying said suspension (2) on said surface of the substrate (1); Printing said suspension (2) on said surface of the substrate (1). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit mouillage de ladite surface du substrat (1) est effectué de manière sélective.The method of claim 5, wherein said wetting of said surface of the substrate (1) is performed selectively. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit substrat (1) comprend au moins l’un parmi: un plastique ou une résine; une céramique; un verre; une vitrocéramique; un textile; le silicium.The method of any of the preceding claims, wherein said substrate (1) comprises at least one of: plastic or resin; a ceramic; a glass; a ceramic hob; a textile; silicon. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit solvant comprend de l’undécane.The process of any one of the preceding claims, wherein said solvent comprises undecane. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit métal précieux comprend au moins l’un parmi: l’argent, l’or, le platine, le rhodium, l’iridium, l’osmium, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le gallium, l’indium, le tellure.9. Process according to any one of the preceding claims, wherein said precious metal comprises at least one of: silver, gold, platinum, rhodium, iridium, osmium, palladium, rhenium, ruthenium, gallium, indium, tellurium. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit métal précieux est l’argent ou un alliage de celui-ci.The method of claim 9, wherein said precious metal is silver or an alloy thereof. 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite solution aqueuse (4) comprend en outre au moins un agent réducteur tel que l’acide ascorbique.The method of any of the preceding claims, wherein said aqueous solution (4) further comprises at least one reducing agent such as ascorbic acid. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite solution aqueuse (4) comprend en outre un tensioactif et un agent réducteur de pH.The method of claim 11, wherein said aqueous solution (4) further comprises a surfactant and a pH reducing agent. 13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite couche de métal précieux (5) est déposée en une épaisseur telle que la conductivité de ladite couche de métal précieux (5) soit d’au moins 60000 S/m.13. A method according to any one of the preceding claims, wherein said layer of precious metal (5) is deposited in a thickness such that the conductivity of said precious metal layer (5) is at least 60,000 S / m. 14. Substrat (1) comprenant une couche de métal précieux (5) déposée sur celui-ci au moyen d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.14. Substrate (1) comprising a layer of precious metal (5) deposited thereon by means of a process according to any one of the preceding claims. 15. Procédé pour produire une pièce métallique (9), comprenant les étapes consistant à: – se doter d’une couche de métal précieux (5) sur une surface d’un substrat (1) au moyen du procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 12, le substrat (1) étant structuré de façon à former un moule pour ladite pièce métallique (9); – former ladite pièce métallique (9.) par électroformation de métal (7) sur ladite couche de métal précieux (5); – séparer ladite pièce métallique (9) dudit substrat (1).A method for producing a metal part (9), comprising the steps of: A precious metal layer (5) is provided on a surface of a substrate (1) by means of the method of any one of claims 1 to 12, the substrate (1) being structured so as to form a mold for said metal part (9); Forming said metal part (9) by electroforming metal (7) on said precious metal layer (5); Separating said metal part (9) from said substrate (1).
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