DE10043526C1 - Verfahren zur haftfesten Metallbeschichtung und metallbeschichtetes Funktionselement - Google Patents
Verfahren zur haftfesten Metallbeschichtung und metallbeschichtetes FunktionselementInfo
- Publication number
- DE10043526C1 DE10043526C1 DE2000143526 DE10043526A DE10043526C1 DE 10043526 C1 DE10043526 C1 DE 10043526C1 DE 2000143526 DE2000143526 DE 2000143526 DE 10043526 A DE10043526 A DE 10043526A DE 10043526 C1 DE10043526 C1 DE 10043526C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- plasma
- metal
- metal layer
- che
- acrylonitrile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/62—Plasma-deposition of organic layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
- B05D5/06—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain multicolour or other optical effects
- B05D5/067—Metallic effect
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
- H05K3/386—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of an organic polymeric bonding layer, e.g. adhesive
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/01—Dielectrics
- H05K2201/0137—Materials
- H05K2201/0179—Thin film deposited insulating layer, e.g. inorganic layer for printed capacitor
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/09—Treatments involving charged particles
- H05K2203/095—Plasma, e.g. for treating a substrate to improve adhesion with a conductor or for cleaning holes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
- H05K3/388—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of a metallic or inorganic thin film adhesion layer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines haftfest metallbeschichteten Funktionselements, das einen Grundkörper und eine darauf aufgetragene Metallbeschichtung umfasst, wobei die Metallbeschichtung nicht direkt auf den Grundkörper aufgebracht wird, sondern auf eine zuvor auf den Grundkörper mit Hilfe einer Plasmapolymerisation eines acrylnitril-haltigen Gases oder Dampfes aufgetragene dünne Zwischenschicht, sowie ein metallbeschichtetes Funktionselement, das die vorstehend genannten Merkmale aufweist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines metallbeschichteten Funk
tionselements, das einen Grundkörper und eine dar
auf aufgetragene Metallbeschichtung umfasst, wobei
die Metallbeschichtung nicht direkt auf den Grund
körper aufgebracht wird, sondern auf eine zuvor auf
den Grundkörper mit Hilfe einer Plasmapolymerisa
tion eines acrylnitril-haltigen Gases oder Dampfes
aufgetragene Zwischenschicht, sowie ein metallbe
schichtetes Funktionselement, das die vorstehend
genannten Merkmale aufweist.
Aus Kunststoff hergestellte Gegenstände werden häu
fig mit Metallschichten versehen, wobei eine solche
Kunststoff-Metallisierung aus unterschiedlichsten
Gründen erfolgen kann. Beispielsweise sind mit
einer Metallschicht versehene Kunststoff-Gegen
stände bei gleicher Funktion häufig leichter und
auch kostengünstiger herzustellen als Gegenstände,
die vollständig aus Metall bestehen. Eine Metalli
sierung kann den Kunststoff auch vor Korrosion, das
heißt vor dem Angriff chemischer oder elektrochemi
scher, physikalischer oder biologischer Faktoren,
oder vor der Einwirkung von Lösungsmitteln, Öl oder
Feuchtigkeit schützen. Eine Metallbeschichtung kann
jedoch auch zur ästhetischen Aufwertung von Kunst
stoffgegenständen erfolgen, beispielsweise bei Rah
men, Blenden und Gehäusen von Haushalts- und Rundfunkgeräten,
bei bestimmten Funktionsteilen in der
Automobilindustrie oder aber zur Herstellung von
Modeschmuck oder in der Textilindustrie. Die Kunst
stoff-Metallisierung kann auch zur Herstellung von
Verbundwerkstoffen eingesetzt werden, deren chemi
sche oder physikalische Eigenschaften die der Ein
zelkomponenten übertreffen. Solche Verbundwerk
stoffe, zu denen auch die sogenannten Schichtpress
stoffe gerechnet werden, werden als Hochleistungs-,
insbesondere Hochtemperaturwerkstoffe in der Flug
zeug- und Automobilindustrie, im Anlagen- und Appa
ratebau, aber auch in der Haushaltstechnik verwen
det.
Es gibt jedoch auch Anwendungsgebiete, bei denen
ein Kunststoff hauptsächlich als Trägermaterial für
ein metallisches Material als den eigentlichen
Funktionsträger eines Gegenstandes verwendet wird.
Ein Beispiel dafür sind Leiterplatten oder Leiter
platinen, die unentbehrlicher Bestandteil elektro
nischer Einrichtungen sind. Leiterplatten bestehen
aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Trägermate
rial, auf dem eine sogenannte gedruckte Schaltung
aus einem elektrisch besonders leitfähigen Mate
rial, insbesondere Kupfer oder Kupferlegierung, an
geordnet ist. Die Leitungsbahnen der gedruckten
Schaltung dienen zur elektrischen Verbindung der an
der Leiterplatte angebrachten elektronischen Bau
teile sowie zu deren Befestigung zum Beispiel durch
das Löten oder Verkleben. Als Trägermaterialien
werden vor allem polymerhaltige Werkstoffe, aber
auch andere Isolatoren, zum Beispiel Keramiken,
verwendet. Für sogenannte flexible Leiterplatten
werden vorzugsweise Kunststoff-Folien verwendet,
die aus organischen Polymeren, wie Polyimiden oder
perfluorierten Polymeren bestehen.
Im Stand der Technik sind verschiedenste Verfahren
zum Beschichten eines Materials, zum Beispiel
Kunststoffs, mit einem Metall, das heißt zum Auf
bringen einer dünnen fest haftenden Metallschicht,
bekannt. Grundsätzlich kann man zwischen physika
lischen und chemischen Abscheidungen unterscheiden,
wobei die physikalischen Abscheidungsverfahren als
Vakuumabscheidungsverfahren oder Metallspritzen und
die chemischen Abscheidungsverfahren als Abschei
dungsverfahren aus der Gasphase (CVD) oder als
nasschemische Abscheidungsverfahren ausgeführt sein
können. Nasschemische Abscheidungsverfahren können
in Form von galvanischen oder außenstromlosen Ab
scheidungsverfahren ausgeführt sein.
Zu den physikalischen Abscheidungsverfahren gehören
beispielsweise das Metallspritzverfahren, bei dem
ein als Draht oder Pulver zugeführtes niedrig
schmelzendes Metall in Spritzpistolen geschmolzen,
durch Druckgase zerstäubt und als Nebel auf den zu
überziehenden Kunststoff-Gegenstand aufgebracht
wird. Die zum Schmelzen notwendige Wärme wird dabei
elektrisch oder im Lichtbogen zugeführt.
Mit Vakuum-Bedampfungsverfahren (PVD) lassen sich
sehr dünne Metallschichten auf Gegenstände aufbrin
gen. Oft werden dabei die Schichten zusätzlich auf
galvanisiert, um die erforderliche Schichtdicke zu
erhalten.
Unter Galvanisieren versteht man im allgemeinen die
elektrochemische Oberflächenbehandlung von Werk
stoffen, das heißt die elektrochemische Abscheidung
von Schichten. Dabei muss der zu beschichtende Ge
genstand elektrisch leitend gemacht werden, bei
spielsweise durch chemische Niederschlagung oder
Aufdampfung von Metallen, und wird dann mittels
einer externen Spannungs- oder Stromquelle als Ka
thode in der Galvanisierflüssigkeit mit dem abzu
scheidenden Metall überzogen.
Eine hohe wirtschaftliche Bedeutung besitzen auch
sogenannte außenstromlose nasschemische Verfahren,
die insbesondere zum Aufbringen von Cu-, Ni-, Au-
oder Ag-Schichten verwendet werden. Dabei werden
Metallverbindungen in der Nassphase mit Hilfe von
Reduktionsmitteln (auto-)katalytisch oder durch
Austauschreaktion mit dem Substratmetall reduziert
und die Metalle scheiden sich auf der Substratober
fläche ab. Außenstromlos erzeuge Metallschichten
dienen häufig als Grundlage für weitere galvanische
Beschichtungsverfahren.
Besondere Anforderungen werden bei der Herstellung
von Leiterplatten gestellt, da deren Versagen an
einer einzelnen Stelle zum Versagen des ganzen
elektronischen Systems führen kann.
Die Leiterbahnen werden zahlreichen Belastungen
ausgesetzt, wie thermischen Schocks beim Löten.
Insbesondere flexible Leiterplatten werden häufig
unter extremen Bedingungen eingesetzt, zum Beispiel
als flexible Kabel, im Auto-, Militär- oder Luft
fahrtbereich, und müssen Vibrationen sowie häufigen
Feuchte- und Temperaturänderungen standhalten. Be
sonders wichtig für die Zuverlässigkeit von Leiter
platten ist die Haftung zwischen den metallischen
Leiterbahnen und dem Substrat.
Derzeit werden solche flexiblen Leiterplatten her
gestellt, indem eine Kunststoff-Folie mit Kupferfo
lie laminiert wird, wobei beide Folien mit einem
Klebstoff verklebt werden. In der Regel werden dazu
Polyimide als Substrat verwendet, da sie gute di
elektrische Eigenschaften, ausreichende chemische
und hervorragende mechanische und thermische Be
ständigkeit haben. In speziellen Anwendungen, ins
besondere in der Ultrahochfrequenztechnik, werden
Perfluorpolymere eingesetzt, die sehr gute di
elektrische Eigenschaften mit einer hohen thermi
schen und chemischen Beständigkeit kombinieren.
Die Festigkeit einer durch Verklebung hergestellten
Verbindung hängt unter anderem von der Adhäsion,
das heißt der Haftwirkung zwischen den zu verkle
benden Materialien, und der Kohäsion, das heißt der
inneren Festigkeit der Klebstoffe ab. Diese sind
von mehreren Faktoren abhängig, zu denen zum Bei
spiel die Oberflächenspannung der Klebstoffe, die
Grenzflächenspannung zwischen Klebstoff und Sub
strat, deren chemische Reaktivität, Polarität und
Struktur der zu verklebenden Oberflächen und physi
kalische Eigenschaften des Klebfilms, wie Reiß
festigkeit und Dehnungsverhalten, gehören.
Problematisch ist vielfach das Verkleben von Fluor-
und Silicon-Polymeren.
Das Verkleben von Kunststoff mit Metallfolien weist
eine Reihe von Nachteilen auf. Aus technologischen
Gründen muss die zu verklebende Metallfolie eine
bestimmte Mindestdicke aufweisen, die für die spä
tere Funktion der aus der Metallfolie herausgeätz
ten Leiterbahnen jedoch nicht immer unbedingt er
forderlich sein muss. Dadurch wird zum Teil mehr
Metall auf die Trägerfolie aufgebracht, als tat
sächlich erforderlich ist. Weiterhin werden immer
dünnere Trägerfolien verwendet, um das Gewicht zu
reduzieren (was insbesondere in den mobilen Anwen
dungen, wie zum Beispiel Mobiltelefonen, wichtig
ist). Da aber die Klebeschicht aus technologischen
Gründen eine gewisse Mindestdicke von etwa 10 bis
20 µm aufweisen muss, trägt Kleber erheblich zum
Gesamtgewicht des Gerätes bei.
Ein direktes Auftragen des Metalls auf einen Kunst
stoffträger, wie eine Polyimidfolie, mit Hilfe von
Beschichtungsverfahren im Vakuum würde demgegenüber
einige technische und wirtschaftliche Vorteile bie
ten, da es diese Verfahren prinzipiell ermöglichen,
Metallschichten geringer Dicke aufzutragen. Eine
Verwendung dieser Verfahren ist jedoch bislang dar
an gescheitert, dass beispielsweise Kupfer auf
einem Kunststoff wie Polyimid nur mangelhaft haf
tet. Durch die Verwendung einer Zwischenschicht aus
Ti oder Cr oder ähnlichen Metallen konnte zwar die
Haftungsfähigkeit von Kupfer auf Polyimid-Folien
verbessert werden, beim nachfolgenden Ätzen der
Leiterplatinen ergaben sich jedoch große Schwierig
keiten, da diese Metalle gegenüber Kupferätzlösun
gen sehr beständig sind, und ein zusätzlicher Ätz
prozess notwendig wäre. Deshalb werden Zwischenschichten
aus derartigen Metallen bei der indu
striellen Fertigung von Leiterplatinen nicht ver
wendet.
Bei den sogenannten Resin Coated Copper (RCC)-
Folien wird eine Kupferfolie mit flüssigem Prepoly
mer beschichtet und nachfolgend polymerisiert. Die
so erzeugten Metall-Polymer-Verbunde sind durch
gute Haftfestigkeiten gekennzeichnet, besitzen je
doch den wesentlichen Nachteil, dass keine mit kom
merziellen Polymerfolien vergleichbare und für
elektronische, insbesondere Hochfrequenz-Anwendun
gen notwendige Schichtdicken-Homogenität erreicht
wird.
Die Verwendung von plasmapolymerisierten Acrylniti
ril zur Verbesserung der Haftung in Kompositmate
rialien, zum Beispiel zwischen Kohlefasern und Epo
xidmatrices ist bekannt (B. Harris et al., "The
surface treatment of carbon fibres by electro
polymerization and plasma polymerization", Pla
stics, Rubber and Composites Processing and Appli
cations, Bd. 18 (1992), 221-240). Die beschriebenen
Anwendungen beschränken sich jedoch ausschließlich
auf nicht-metallische Systeme.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher,
ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe es
möglich ist, den Grundkörper eines Funktionsele
ments mit mindestens einer Metallschicht zu verse
hen, das die Nachteile der im Stand der Technik be
kannten Verfahren überwindet und zu einer bessern
Haftung der aufgetragenen Metallschicht(en) an der
Oberfläche des Grundkörpers und, in bevorzugter
Ausführung, zu (einer) homogenen Schichtdicke(e)
der aufgetragenen Materialien führt.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe sieht
die vorliegende Erfindung vor, dass die Metall
schicht nicht direkt auf die Oberfläche eines
Grundkörpers aufgetragen wird, sondern auf eine
vorher auf dem Grundkörper, insbesondere dessen
Oberfläche, aufgebrachte Zwischenschicht, die er
hältlich ist durch Plasmapolymerisation eines
Acrylnitril-haltigen Gases, Dampfes oder deren Ge
misch, wobei im Verlauf der Plasmapolymerisation
ein Polymer auf der Oberfläche des Grundkörpers ab
geschieden wird. Erst danach wird die Metallschicht
auf die so aufgebrachte polymere Zwischenschicht
aufgetragen, beispielsweise mit Hilfe von ther
mischem Verdampfen, Elektronenstrahl-Verdampfen,
Sputtern oder CVD. Gegebenenfalls kann die Metall
schicht anschließend verstärkt werden, um die für
den späteren Verwendungszweck erforderliche
Schichtdicke zu erreichen. Eine Verstärkung der Me
tallschicht kann beispielsweise mit Hilfe galvani
scher Metallisierungsverfahren erfolgen. Die Zwi
schenschicht kann den Grundkörper vollständig oder
teilweise bedecken, zum Beispiel in Form von Bah
nen, Leitungen, Flächen oder Mustern. Ebenso kann
die Metallschicht die Zwischenschicht vollständig
oder teilweise bedecken. Im Falle, wenn der Grund
körper nur teilweise mit der Plasmapolymer-
Zwischenschicht bedeckt ist, kann die Metallschicht
sowohl die mit der Zwischenschicht bedeckten als
auch die nicht-bedeckten Bereiche der Oberfläche
bedecken.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbe
sondere zur Herstellung flexibler Leiterplatten,
deren Grundkörper eine Polymer-Folie umfasst, die
mit einer Metallschicht, zum Beispiel Kupfer
schicht, versehen werden soll, aus der in einem
späteren Verfahrensschritt die gedruckte Schaltung
hergestellt wird.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Abscheidung von
Plasmapolymer aus Acrylnitril führt überraschender
weise zu einer deutlichen Verbesserung der Haftung
von Metallen insbesondere von Kupfer auf Kunst
stoffoberflächen. So werden Haftungen von 5 N/cm
erreicht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird
vorgesehen, dass das Acrylnitril-haltige Gas ein
Gemisch aus Acrylnitril und einem nicht-polymeri
sierbaren Gas, insbesondere Stickstoff, ist, wobei
in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine
niedrige Konzentration von Acrylnitril eingesetzt
wird. Erfindungsgemäß kann mit einem Gemisch aus
Stickstoff und Acrylnitril eine besonders hohe Haf
tung von bis zu 13 N/cm im Abzugstest erzielt wer
den. Ohne durch die Theorie beschränkt sein zu wol
len, ist es denkbar, dass bei einer Polymerisation
im Stickstoff-Acrylnitril-Plasma, insbesondere un
ter den erfindungsgemäßen Bedingungen, nicht nur
Polymerisation an der C=C-Doppelbindung, sondern
auch eine Polymerisation an der Dreifach-Bindung
C/N stattfindet, so dass ringförmige stickstoffhal
tige Strukturen entstehen können. Denkbar erscheint
es, dass Stickstoff aus dem N2 in das Plasmapolymer
eingebaut wird, so dass N2 nicht nur die passive
Rolle eines Trägergases spielt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Metallbeschich
tungen, insbesondere Kupferbeschichtungen, zeigen
eine erheblich verbesserte Korrosionsbeständigkeit
als direkt auf Polyimid abgeschiedenes Kupfer. So
bleibt die Farbe des Kupfers bei erfindungsgemäßer
Vorgehensweise in einem Klimatest (7 Tage bei 85°C
und 85% relativer Feuchte) unverändert, während
bei herkömmlich auf Polyimid abgeschiedenem Kupfer
eine deutliche Korrosion zu sehen ist, was durch
eine dunklere Kupferfarbe an der Grenzfläche zwi
schen Metall und Polyimid deutlich wird. Auch die
Haftungswerte liegen selbst nach Durchführung des
Klimatestes immer noch erheblich über der herkömm
lich abgeschiedenen Kupfers, insbesondere bei 8 bis
12 N/cm. Die erfindungsgemäß beobachtete Inhibition
der Korrosion ist auch als deutlicher Hinweis dafür
zu werten, dass eine starke chemische Bindung zwi
schen dem Kupfer und dem Plasmapolymer stattgefun
den hat.
In der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform,
das heißt die Verwendung eines N2-Acrylnitril-Ge
misches mit niedriger Acrylnitril-Konzentration,
weist die Erfindung den weiteren wesentlichen Vor
teil auf, dass eine deutlich geringere Staubbildung
durch Polymerisationsprodukte zu beobachten ist.
Staubbildung ist ein in vielfacher Hinsicht negati
ver Effekt, der, wenn sich der Staub auf das Sub
strat absetzt, zu Defekten bei der Metallisierung
führen kann. Zum andern wird bei starker Staubbil
dung eine häufige Reinigung der Beschichtungsvorrichtung
notwendig, wobei Plasmapolymerstaub ge
sundheitsgefährdend sein kann.
Erfindungsgemäß wird ferner beobachtet, dass die
Wachstumsrate des Plasmapolymers auf dem Substrat,
trotz der starken Monomerverdünnung, überraschend
hoch ist, so dass schon wenige Sekunden der erfin
dungsgemäßen Behandlung für den Aufbau einer haft
vermittelnden Schicht ausreichen. Die Verwendung
eines Acrylnitril-haltigen Gases, aus dem ein Plas
mapolymer abgeschieden wird, insbesondere eines Ge
misches aus Acrylnitril und Stickstoff, führt daher
zu einer verbesserten Haftung der Metallschicht, zu
einer erhöhten Korrosionsbeständigkeit, zu einem
geringeren Monomerverbrauch und zu einer geringeren
Staubbildung.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird
unter einem Funktionselement ein Element verstan
den, das entweder allein oder als Bauteil einer
komplexeren Vorrichtung, das heißt zum Beispiel im
Zusammenhang mit weiteren ähnlichen oder anders ge
arteten Funktionselementen, mindestens eine defi
nierte Funktion ausübt. Ein Funktionselement kann
mehrere Bestandteile umfassen, die aus gleichen
oder unterschiedlichen Materialien bestehen können.
Die einzelnen Bestandteile eines Funktionselementes
können innerhalb eines Funktionselementes unter
schiedliche Funktionen ausüben und können in unter
schiedlichem Maße oder in unterschiedlicher Art und
Weise zur Gesamtfunktion des Elements beitragen. In
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Funktions
element insbesondere einen Grundkörper, eine Zwi
schenschicht und eine Metallschicht.
Unter einem Grundkörper wird derjenige Bestandteil
eines Funktionselementes verstanden, der hauptsäch
lich das Volumen und die äußere Gestalt des Funkti
onselementes bestimmt. Der Grundkörper kann eine
beliebige Größe und eine beliebige Form aufweisen,
beispielsweise die einer Kugel, eines Zylinders,
einer Stange, eines Drahtes, einer Platte oder
einer Folie. Flächige Grundkörper können sowohl
einseitig als auch beidseitig beschichtet werden.
Der Grundkörper kann sowohl ein Hohlkörper als auch
ein Vollkörper sein. Mit einem Vollkörper ist dabei
ein Körper gemeint, der im Wesentlichen keine Hohl
räume aufweist und der vollständig aus einem Mate
rial oder einer Kombination von Materialien beste
hen kann. Der Vollkörper kann auch aus einer
Schichtabfolge gleicher oder unterschiedlicher Ma
terialien bestehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Grund
körper aus einem beliebigen Material. In bevorzug
ter Ausführung besteht die Oberfläche, insbesondere
die zu metallisierenden Bereiche der Oberfläche,
aus einem elektrischen Isolator, zum Beispiel einem
Kunststoff, also einem makromolekularen Werkstoff,
zum Beispiel einem Polymer, insbesondere Polyimid
oder einem perfluorierten Polymer, oder enthält
dieses in wesentlichen Anteilen. Unter einem Kunst
stoff werden erfindungsgemäß gleichermaßen natürli
cherweise vorkommende und synthetisch hergestellte
Polymere verstanden. Gegebenenfalls kann der Grund
körper auch einen Kernbereich aus beliebigem Mate
rial und einen Überzug aus einem elektrischen Iso
lator, zum Beispiel Kunststoff umfassen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wer
den unter Kunststoffen Materialien verstanden,
deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen
organischen Verbindungen bestehen, die entweder
synthetisch oder durch Abwandlung von Naturproduk
ten hergestellt werden. Die Makromoleküle von
Kunststoffen können linear, verzweigt oder vernetzt
sein. Lineare Kunststoff-Makromoleküle besitzen
keine Seitenketten, wobei eine ideale Linearität
jedoch selten erreicht wird. Verzweigte Kunststoff-
Makromoleküle sind durch Seitenketten unterschied
licher oder gleicher Länge charakterisiert, die ko
valent an die Hauptkette gebunden sind. Eine Ver
netzung liegt vor, wenn benachbarte Kunststoff-
Makromoleküle intermolekular verknüpft sind. Bei
Kunststoffen handelt es sich vornehmlich um orga
nische Polymere.
Unter Polymeren werden in der Erfindung Verbindun
gen verstanden, die aus einheitlichen Makromolekü
len bestehen, wobei sich die Makromoleküle jedoch
hinsichtlich solcher Merkmale wie Kettenlänge, Mol
masse und Polymerisationsgrad unterscheiden. Die
unterschiedlich großen Makromoleküle eines Polymers
sind aus vielen gleichen oder ähnlichen niedermole
kularen Bestandteilen aufgebaut. Polymere können
mittels üblicher Polyreaktionen, wie Polyadditio
nen, Polykondensationen und Polymerisationen, her
gestellt werden. Unter "Polymerisation" werden da
bei die Reaktionen verstanden, bei denen aus Mono
meren, die reaktive Mehrfachbindungen oder Ringe
enthalten, Polymere stufenlos gebildet werden. Der
Grundkörper umfasst insbesondere Polymere, die im
nativen festen Zustand, das heißt, wie sie bei der
Polymerisation geeigneter Monomere anfallen, ausge
sprochene elektrische Isolatoren sind. Die Erfin
dung betrifft daher auch Verfahren zur Metallisie
rung von Materialien beliebiger Zusammensetzung,
insbesondere von Grundkörpern mit einer Oberfläche
bestehend aus oder enthaltend Oberflächen aus
elektrischen Isolatoren, zum Beispiel aus Kunst
stoffen oder Polymeren, wobei auf die Kunststoffe
oder Polymere eine Zwischenschicht eines Plasmapo
lymers aus einem Acrylnitril-haltigen Gas oder
Dampf abgeschieden und darauf eine Metallschicht,
zum Beispiel mittels PVD, abgeschieden wird, die
gegebenenfalls durch ein nass-chemisches Verfahren
verstärkt werden kann.
"Oberfläche, die aus einem elektrischen Isolator,
zum Beispiel Kunststoff, besteht oder diesen in we
sentlichen Anteilen enthält" bedeutet, dass die
Oberfläche(n) des Grundkörpers oder die zu metalli
sierenden Bereiche davon vollständig aus einem der
vorstehend genannten Kunststoff-Materialien be
steht/bestehen oder diese(s) in wesentlichen Antei
len enthält oder vollständig aus einer Kombination
dieser Materialien besteht/bestehen oder diese in
wesentlichen Anteilen enthält/enthalten. Die Ober
fläche(n) beziehungsweise die zu beschichtenden Be
reiche der Oberfläche umfasst dabei zumindest zu
etwa 50%, 60%, vorzugsweise zu etwa 70%, bevor
zugt zu etwa 80%, 90%, 95% und insbesondere zu
etwa 100% eines der vorstehend genannten Kunst
stoff-Materialien oder eine Kombination solcher Ma
terialien.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung besteht die Oberfläche des Grundkörpers
des Funktionselements aus Polyimiden oder perfluo
rierten Polymeren und liegt in Form von Folien vor.
Unter Polyimiden werden Polymere mit Imid-Gruppen
als wesentliche Struktureinheiten der Hauptkette
verstanden. Imid-Gruppen können dabei sowohl als
lineare als auch als cyclische Einheiten vorliegen.
Zu den Polyimiden gehören im allgemeinen auch Poly
mere, die in der Hauptkette neben Imid-Gruppen
Amid-Gruppen (Polyamidimide), Ester-Gruppen (Poly
esterimide) und Ether-Gruppen (Polyetherimide) ent
halten. Polyimide zeichnen sich im allgemeinen
durch hohe Festigkeit in einem weiten Temperaturbe
reich, hohe Wärmeformbeständigkeit, Thermostabili
tät und Flammwidrigkeit und gute dielektrische
Eigenschaften aus.
Bei perfluorierten Polymeren handelt es sich um Po
lymere, bei denen alle Wasserstoff-Atome mit Aus
nahme funktioneller Gruppen durch Fluor-Atome er
setzt sind. Der Ersatz aller Wasserstoff-Atome in
einer organischen Verbindung durch Fluor-Atome be
wirkt, dass diese Verbindung eine erhöhte Stabili
tät gegenüber Chemikalien besitzt. Perfluorierte
Polymere wie Polytetrafluorethylen zeichnen sich
durch hervorragende dielektrische Eigenschaften
aus.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird
unter einer Metallbeschichtung eine Beschichtung
verstanden, deren zum Grundkörper zugewandte Seite
oder Grenzfläche aus Metall besteht. Dabei können
auch infolge einer chemischen Reaktion vom Metall
an dem Interface weitere, insbesondere nicht-
metallische, chemische Verbindungen entstehen. In
besonders bevorzugter Ausführungsform handelt es
sich bei dem eingesetzten Metall um Kupfer oder
eine Kupferlegierung.
In den erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist vor
gesehen, dass die Kupferschicht nicht direkt auf
die Kunststoff-Folie aufgebracht wird, sondern auf
die vorher auf dem zum Beispiel als Kunststoff-
Folie ausgeführten Grundkörper abgelagerte dünne
Zwischenschicht aus einem Acrylnitril-Plasmapoly
mer, dass heißt ein Material, das mittels Plasmapo
lymerisation aus einem Acrylnitril-haltigen Gas an
der Kunststoffoberfläche abgeschieden wird. Das in
einem späteren Verfahrensschritt abgelagerte Kupfer
kann an dieser Plasmapolymer-Schicht wesentlich
besser haften als an der Oberfläche eines Polyimids
oder eines perfluorierten Polymers. So können er
findungsgemäß Haftungswerte von 12 N/cm auf Polyi
mid und 4,5 N/cm auf Hyflon (TFE/Perfluoromethyl-
vinylether-Copolymer) erreicht werden. Ohne durch
die Theorie gebunden zu sein, beruht die erfin
dungsgemäße Haftverbesserung unter anderem auf der
Bildung von chemischen Verbindungen an der Grenz
fläche zwischen Metall, insbesondere Kupfer, und
dem Plasmapolymer.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird
unter einer Plasmapolymerisation ein Verfahren zur
Erzeugung von Polymeren in einem Plasma verstanden.
Eine Plasmapolymerisation kann im Niederdruckplasma
durchgeführt werden. Eine Plasmapolymerisation er
folgt, indem ein Plasma durch Gleichstrom oder
einen (Hochfrequenz)-Wechselstrom erzeugt wird. Die
Plasmapolymerisation führt auf der Oberfläche
fester Substrate zur Bildung eines dichten Polymer
films, der sich bei geeigneter Prozessführung durch
hervorragende Haftfestigkeit auf den Substratober
flächen auszeichnet. Da die aufgebrachten Filme
sehr geringe Schichtdicken haben, in der Regel
unter 0,1 µm, bleiben wichtige Eigenschaften der
beschichteten Substrate weitgehend unverändert.
Unter einem Plasma wird in der vorliegenden Erfin
dung ein teilweise ionisiertes Gas verstanden, des
sen Eigenschaften durch die Aufspaltung der Mole
küle und Atome in Ionen und Elektronen bestimmt
werden. Ein Plasma kann nebeneinander positive und
negative Ionen, Radikale, angeregte und nicht-
angeregte Neutralteilchen enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung wird das Plasma durch eine Hochfre
quenzentladung erzeugt. Während der genannten Plas
mapolymerisation beträgt die Plasmaleistung vor
zugsweise 0,05 W/cm2 bis 0,3 W/cm2.
In bevorzugter Ausführung liegt die Temperatur des
Grundkörpers bei der Plasmabehandlung in einem Be
reich über 50°C, insbesondere 70°C bis 150°C. Der
Gasdruck des für die Plasmapolymerisation einge
setzten Gases beträgt vorzugsweise 0,1 mbar bis
2 mbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass das Acrylnitril
haltige polymerisierbare Gas neben Acrylnitril ein
weiteres an sich nicht-polymerisierbares Gas, ins
besondere Stickstoff, enthält. In einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform liegt die Konzentra
tion von Acrylnitril in dem eingespeisten Gas bei
weniger als 20%, insbesondere etwa 3% bis etwa
10%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche des
Grundkörpers vor der Ablagerung des mittels Plasma
polymerisation erzeugten Acrylnitril-Polymers mit
einem nicht-abscheidenden Plasma behandelt wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Er
findung sieht vor, dass die Oberfläche des Grund
körpers vor Aufbringen der polymeren Zwischen
schicht mit einem Stickstoff-Plasma behandelt wird,
was zur Reinigung und Aktivierung der Oberfläche
und damit zur Haftungsverbesserung führt. Während
der Behandlung mit dem nicht-abscheidenden Plasma
wird bevorzugt eine Plasmaleistung von 0,05 W/cm2
bis 0,3 W/cm2 eingesetzt.
Die vorstehend genannten Plasmabehandlungen können
kontinuierlich oder semikontinuierlich oder diskon
tinuierlich durchgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sieht
die Erfindung vor, dass nach dem Aufbringen der aus
einem Acrylnitril-Polymer bestehenden Zwischen
schicht auf die Oberfläche des Grundkörpers die Me
tallschicht, insbesondere die Kupferschicht, mittels
eines physikalischen Vakuum-Beschichtungsver
fahrens auf diese Zwischenschicht aufgebracht wird.
Vorzugsweise liegt die Dicke der mittels eines sol
chen Verfahrens abgeschiedenen Metallschicht, ins
besondere Kupferschicht, zwischen 100 nm und
500 nm. Vorzugsweise liegt der bei der Vakuum-
Abscheidung eingesetzte Druck bei 10-6 mbar bis
10-1 mbar. Das Metallbeschichtungsverfahren kann
kontinuierlich, insbesondere ohne Vakuumunterbre
chung als Folgeschritt nach der Plasmapolymerisa
tion in der gleichen Anlage, oder semikontinuier
lich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.
Die Abscheiderate kann vorzugsweise von 0,5 nm/s
bis 50 nm/s betragen.
Unter Vakuum-Beschichtungsverfahren, die auch als
PVD(Physical Vapour Deposition)-Verfahren bezeich
net werden können, werden in der vorliegenden Er
findung Verfahren zur Herstellung dünner Schichten
verstanden, wobei das Beschichtungsmaterial mit
Hilfe physikalischer Verfahren in die Gasphase
überführt wird und anschließend auf einem Substrat
abgeschieden wird. Im wesentlichen lassen sich drei
erfindungsgemäß besonders bevorzugt einsetzbare
Grundtypen von PVD-Verfahren unterscheiden. Beim
thermischen Aufdampfen wird das Beschichtungsmate
rial bis zum Übergang des festen oder flüssigen Be
schichtungsmaterials in den gasförmigen Zustand er
hitzt. Die erforderliche Erwärmung wird beispiels
weise über elektrische Widerstandsheizungen zuge
führt. Beim Zerstäuben (Sputtern) führt der Be
schuss des Beschichtungsmaterials mit energie
reichen Ionen, wie Edelgas-Ionen, zum Abtrag von
Oberflächenatomen. Als Ionenquelle dient häufig ein
Edelgasplasma. Je nachdem, ob das Plasma durch ein
Gleichstrom- oder ein Wechselstromfeld angeregt
wird, unterscheidet man DC-Sputtern beziehungsweise
RF-Sputtern. Auch mittels Elektronenstrahl-Ver
dampfen kann die Oberfläche des Beschichtungsmate
rials abgetragen und auf der Oberfläche eines Sub
strats, das heißt Grundkörper, abgeschieden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass bei Verwendung von
PVD-Verfahren, die zu einer Ionisation der Metall
partikel führen, beispielsweise Sputtern, die zu
beschichtende Kunststoff-Folie mit einer Vorspan
nung beaufschlagt wird. Als Vorspannung können vor
zugsweise sowohl eine negative Gleichspannung, eine
bipolar gepulste Spannung oder eine Wechselspannung
verwendet werden. Dies führt zu einer Beschleuni
gung der positiv geladenen Metall-Ionen auf das mit
einer Vorspannung beaufschlagte Substrat, das heißt
den Grundkörper, und zu einem erhöhten Energieein
trag in die wachsende Schicht. Dadurch und durch
eine dadurch veränderte Schichtstruktur kann eine
Haftungsverbesserung erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass die mittels eines
PVD-Verfahrens auf die polymere Zwischenschicht
aufgebrachte Metallschicht verstärkt wird. Zur Ver
stärkung dieser Schicht kann prinzipiell jedes ge
eignete Verfahren eingesetzt werden, das heißt so
wohl nicht-galvanische als auch galvanische Verfah
ren, wobei jedoch die Verstärkung der Metall-
Zusatzschicht mit Hilfe eines galvanischen Metalli
sierungsverfahrens besonders bevorzugt ist, insbesondere
unter Verwendung von Pulsströmen. Insbeson
dere ist eine kathodische Metallabscheidung unter
Verwendung von Pulsströmen mit einer Pulsfrequenz
von 10 Hz bis 1000 Hz und Pulsstromdichten von etwa
20 A/dm2 bevorzugt. Unter Verwendung dieses Verfah
rens kann die Dicke der aufgebrachten Kupferschicht
in bevorzugter Ausführung auf 0,5 µm bis 150 µm,
insbesondere 1 µm bis 100 µm, verstärkt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße
Verfahrensweise beim Aufbau von Leiterzugstrukturen
eingesetzt werden, insbesondere im Rahmen von Fo
lienmetallisierungen mittels der Semiadditivtech
nik. Die Semiadditivtechnik wird üblicherweise beim
Aufbau von Leiterzugstrukturen für Verdrahtungsträ
ger dazu verwendet, die Vorteile des kostengünsti
gen und schnellen galvanischen Metallisierungsver
fahren mit selektivem Leiterbildaufbau zu verknüp
fen. Üblicherweise wird dabei von einer dünnen
ganzflächigen Metallisierung auf einem Substrat
ausgegangen. Erfindungsgemäß wird vorgesehen, eine
dünne ganzflächige Metallisierung in erfindungsge
mäßer Verfahrensweise, das heißt durch Plasmapoly
merisation eines Acrylnitril-haltigen Gases und an
schließender Metallisierung, beispielsweise mittels
Sputtern, auf einem Substrat durchzuführen. Die auf
diese Art und Weise hergestellte Schicht dient als
Leitschicht für die galvanische Verstärkung. An
schließend wird ein Resistfilm aufgebracht und das
zu erstellende Leiterbild mittel eines Fotolitogra
fieschrittes geöffnet. Bei der folgenden galva
nischen Beschichtung werden die Öffnungen im Galva
noresist bis zur erforderlichen Strukturhöhe aufgefüllt.
Nach dem Entfernen des Galvanoresist wird
die Leitschicht zurückgeätzt. Ein entscheidender
Vorteil gegenüber dem Subtraktivverfahren, bei dem
die Leiterbildstruktur ausschließlich mittels nass
chemischen Ätzen durch eine Ätzschutzmaske reali
siert wird, die ebenfalls mittels eines Fotoli
tografieschrittes erzeugt wird, besteht in der er
findungsgemäß ermöglichten wesentlich geringeren
lateralen Unterätzung. Die in Kauf zu nehmende
Unterätzung liegt bei isotropen Ätzverfahren in der
Größenordnung der zu ätzenden Schichtdicke, zum
Beispiel 9, 18 oder 36 µm und bedingt somit techno
logische Grenzen für die Subtraktivtechnik im
Feinstleiterbereich. Strukturbreiten unter 100 µm
sind so nicht zu realisieren. Bei Anwendung der er
findungsgemäß vorgesehenen Vorgehensweise unter
Einsatz der vorgenannten Semiadditivtechnik können
für die Leitschicht Basisdicken von 500 nm erreicht
werden, so dass im Rückätzschritt eine laterale
Unterätzung von insgesamt 1 µm auftritt, was eine
ausgezeichnete Flankengeometrie gewährleistet. Er
findungsgemäß wird es also ermöglicht, eine erheb
lich dünnere Leitschicht aufzubringen, die in der
Konsequenz eine erheblich verringerte Unterätzung
mit sich bringt. Durch die erheblich geringere
Salzfracht, eingetragen durch Oxidationsmittel und
Aufkupferung, wird die Ökobilanz einer erfindungs
gemäß durchgeführten Strukturierung erheblich ver
bessert.
Die Erfindung betrifft auch die vorzugsweise mit
tels der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Funktionselemente, insbesondere umfassend einen
Grundkörper, der mindestens eine auf einer wie vorstehend
definierten Zwischenschicht abgeschiedene
Metallschicht aufweist, wobei die Zwischenschicht
ein aus einem Acrylnitril-haltigen Gas abgeschie
denes Plasmapolymer darstellt, der Grundkörper vor
zugsweise eine Oberfläche oder einen zu metalli
sierenden Oberflächenbereich aus einem elektrischen
Isolator, insbesondere einem Kunststoff beziehungs
weise Polymer, aufweist und die Metallschicht durch
zum Beispiel PVD-Verfahren auf der Zwischenschicht
abgeschieden wurde.
Derartige erfindungsgemäße Funktionselemente können
Wafer, gedruckte Schaltungen, Leiterbahnen, Leit
flächen, Chips oder ähnliches sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Be
schreibung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispie
len näher beschrieben:
Polyimidfolie (Marke Kapton®) wird zwei Stunden bei
atmosphärischem Druck bei 130°C temperiert, an
schließend in einen Plasmapolymerisationsreaktor
übertragen und evakuiert. Es wird ein Parallelplat
tenreaktor mit einem Elektrodenabstand von 12 cm
verwendet. Die PI-Folie wird an einer beheizten
Elektrode befestigt. Die Temperatur dieser Elektro
de beträgt 80°C.
Die Folie wird in einem Plasma aktiviert:
Gas: N2
Gasfluss: 0,03 sccm pro cm2 Elektroden fläche
Druck: 0,4 mbar
RF-Frequenz: 13,6 MHz
RF-Leistung: 0,15 W/cm2
Dauer: 3 Min
Gas: N2
Gasfluss: 0,03 sccm pro cm2 Elektroden fläche
Druck: 0,4 mbar
RF-Frequenz: 13,6 MHz
RF-Leistung: 0,15 W/cm2
Dauer: 3 Min
Anschließend erfolgt die Plasmapolymer-Abscheidung:
Gas 1: N2
Gasfluss 1: 0,06 sccm pro cm2 Elektroden fläche
Gas 2: Acrylnitril-Dampf
Gasfluss 2: 0,004 sccm pro cm2 Elektroden fläche
Druck: 0,2 mbar
RF-Frequenz: 13,6 MHz
RF-Leistung: 0,15 W/cm2
Dauer: 3 Min
Gas 1: N2
Gasfluss 1: 0,06 sccm pro cm2 Elektroden fläche
Gas 2: Acrylnitril-Dampf
Gasfluss 2: 0,004 sccm pro cm2 Elektroden fläche
Druck: 0,2 mbar
RF-Frequenz: 13,6 MHz
RF-Leistung: 0,15 W/cm2
Dauer: 3 Min
Der Auftrag einer dünnen Kupferschicht auf die
plasmabehandelte Polyimidfolie erfolgt gemäß einer
Variante (Variante 1) durch thermisches Aufdampfen
im Vakuum.
Abscheidungsrate: 6 nm/s
Schichtdicke: 200 nm
Abscheidungsrate: 6 nm/s
Schichtdicke: 200 nm
Alternativ kann die plasmabehandelte Polyimidfolie
auch gemäß folgender Variante 2 mit Kupfer be
schichtet werden. Der Auftrag einer dünnen Kupfer
schicht erfolgt demgemäß durch DC-Magnetron-Sput
tering.
Leistung: 0,5 kW
Argondruck: 0,004 mbar
Abstand zum Target: 15 cm
Dauer: 5 Min
Leistung: 0,5 kW
Argondruck: 0,004 mbar
Abstand zum Target: 15 cm
Dauer: 5 Min
Die wie vorstehend beschrieben erhaltenen kupferbe
schichteten Polyimidfolien gemäß Variante 1 oder 2
können mittels einer galvanischen Verstärkung zum
Beispiel gemäß einer der folgenden Varianten A, B,
oder C weiterbehandelt werden.
Die galvanische Verstärkung erfolgte in dem Verkup
ferungsbad Cuprapulse S4 der Atotech Berlin GmbH.
Die mit circa 200 nm Kupfer beschichtete Folie wird
kathodisch polarisiert ohne weitere Vorbehandlung
in das Verkupferungsbad getaucht und auf Soll
schichtdicke von 10 µm galvanisch verstärkt. Die
Beschichtung wird über eine spannungsgesteuerte
Stromquelle mit Gleich- und Pulsstrom derart realisiert,
dass bei einer Gleichstromdichte von 1 A/dm2
die Schicht auf 1 µm verstärkt wird und danach mit
bipolaren Rechteckpulsen im selben Elektrolyten
weitere 9 µm Kupfer abgeschieden werden. Bei einem
Taktverhältnis kathodisch: anodisch von 20 : 1 be
trägt die kathodische Pulsdauer 10 ms, das Amplitu
denverhältnis 0,4 : 1 sowie die mittlere Stromdichte
3 A/dm2. Nach der Beschichtung wird in entsalztem
Wasser gespült und an Luft getrocknet. Die so her
gestellten Schichten sind homogen, spannungsarm und
duktil. Die Schichten besitzen eine ausgezeichnete
Haftung von 13 N/cm, bestimmt durch Peeltest nach
IPC-TM-650.
Die galvanische Verstärkung erfolgt analog zu Gal
vanisierungs-Variante A in dem Elektrolyten Cop
pergleam PPR der Fa. ShipleyRonal bei Verwendung
folgender Pulsparameter:
Taktverhältnis kathodisch: anodisch 20 : 1
Abscheidungspulsdauer 10 ms
Amplitudenverhältnis kathodisch: anodisch 0,3 : 1
Gesamtstromdichte 2 A/dm2
Taktverhältnis kathodisch: anodisch 20 : 1
Abscheidungspulsdauer 10 ms
Amplitudenverhältnis kathodisch: anodisch 0,3 : 1
Gesamtstromdichte 2 A/dm2
Auch mit diesem Elektrolyten werden haftfeste duk
tile und spannungsarme Schichten erzielt.
Für eine elektronische Schaltung werden die Ver
drahtungsstrukturen nach dem oben beschriebenen
Verfahren in Semiadditivtechnik aufgebaut und
strukturiert. Dazu wird vor der galvanischen Verstärkung
ein Fotoresist aufgebracht und struktu
riert. Die Resiststruktur wird analog Galvanisie
rungs-Variante A bis zur Sollschichtdicke galva
nisch mit Kupfer aufgefüllt und anschließend der
Resist vollständig entfernt. Die nun freiliegende
Kupferoberfläche wird kurz in eine Kupferätzlösung
getaucht und nach dem Rückätzen der Startmetalli
sierung gespült und getrocknet.
Claims (34)
1. Verfahren zur Herstellung eines metallbeschich
teten Funktionselements, umfassend einen Grundkör
per und mindestens eine auf dessen Oberfläche auf
getragene Metallbeschichtung, wobei mindestens eine
mit Hilfe einer Plasmapolymerisation eines acryl
nitril-haltigen Gases oder Dampfes erhältliche Zwi
schenschicht auf den Grundkörper und anschließend
darauf die mindestens eine Metallschicht aufgetra
gen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche
des Grundkörpers aus mindestens einem elektrischen
Isolator, insbesondere Kunststoff, besteht oder
diesen in wesentlichen Anteilen enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das acryl
nitril-haltige Gas ein Gemisch aus Acrylnitril und
einem nicht-polymerisierbaren Gas ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das acryl
nitril-haltige Gas ein Gemisch aus Acrylnitril und
Stickstoff ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei das acrylnitril-haltige Gas eine Acryl
nitril-Konzentration von weniger als 20% aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das acryl
nitril-haltige Gas eine Acrylnitril-Konzentration
von 3% bis 10% aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wo
bei ein Gasdruck von 0,1 mbar bis 2 mbar verwendet
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wo
bei das Plasma durch eine Hochfrequenzentladung er
zeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wo
bei eine Plasmaleistung von 0,05 W/cm2 bis
0,3 W/cm2 erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wo
bei vor dem Auftragen der mindestens einen Zwi
schenschicht auf den Grundkörper die Oberfläche des
Grundkörpers mindestens einmal mit einem nicht-
abscheidenden Plasma behandelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Ober
fläche des Grundkörpers mit einem Stickstoff-Plasma
als nicht-abscheidendem Plasma behandelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei wäh
rend der Behandlung mit dem nicht-abscheidenden
Plasma eine Plasmaleistung von 0,05 W/cm2 bis
0,3 W/cm2 eingesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei während mindestens einer Behandlung mit dem
Plasma die Temperatur des Grundkörpers über 50°C
gehalten wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei während der
Behandlung mit dem Plasma die Temperatur des Grund
körpers bei 70°C bis 150°C gehalten wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei eine Metallschicht aus Kupfer oder einer
Kupferlegierung aufgetragen wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die mindestens eine Metallschicht mit
tels PVD- oder CVD-Verfahrens auf die Zwischen
schicht aufgetragen wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die mindestens eine Metallschicht mit
Hilfe eines Vakuum-Beschichtungsverfahrens oder aus
einer Gasphase auf die Zwischenschicht auftragen
wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die minde
stens eine Metallschicht mit Hilfe von thermischem
Verdampfen, Elektronenstrahl-Verdampfen oder Sput
tern auf die Zwischenschicht auftragen wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die Abscheiderate beim Vakuum-Beschich
tungsverfahren von 0,5 bis 50 nm/s beträgt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei an
den mit dem Metall zu beschichtenden Grundkörper
eine Vorspannung angelegt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Vorspan
nung eine negative Gleichspannung, eine bipolar ge
pulste Spannung oder eine Wechselspannung ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21,
wobei die PVD-Beschichtung bei einem Druck von
10-6 mbar bis 10-1 mbar durchgeführt wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei das Beschichtungsverfahren kontinuier
lich, semikontinuierlich oder diskontinuierlich
durchgeführt wird.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei bei dem Vakuum-Beschichtungsverfahren
die mindestens eine Metallschicht in einer Dicke
von 100 nm bis 500 nm abgeschieden wird.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die mindestens eine aufgetragene Metall
schicht verstärkt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Metall
schicht mittels eines galvanischen Metallisierungs
verfahrens verstärkt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die galva
nische Metallisierung mit Hilfe von Pulsströmen er
folgt.
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei Pulsströme
mit einer Pulsfrequenz von 10 Hz bis 2000 Hz ver
wendet werden.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei Puls
ströme mit Pulsstromdichten von etwa 5 A/dm2 bis
100 A/dm2 verwendet werden.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei eine Metallschicht in einer Gesamtdicke
unter Berücksichtigung der Metallschichtverstärkung
von 0,5 µm bis 150 µm, insbesondere 1 µm bis 100 µm
erhalten wird.
31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die Metallschichtverstärkung im semiad
ditiven Verfahren, das heißt nach dem Aufbringen
und Strukturieren eines nichtleitenden Maskenmate
rials, aufgetragen wird.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper
und/oder dessen Oberfläche aus einem Polyimid oder
einem perfluorierten Polymer besteht.
33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Grundkör
per in Form einer Folie vorliegt.
34. Metallbeschichtetes Funktionselement, umfassend
einen Grundkörper, mindestens eine darauf mittels
Plasmapolymerisation eines acrylnitril-haltigen Ga
ses oder Dampfes aufgetragene nicht-metallische
Zwischenschicht und mindestens eine darauf aufge
tragene Metallschicht, das mittels eines Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1-33 hergestellt wurde.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000143526 DE10043526C1 (de) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Verfahren zur haftfesten Metallbeschichtung und metallbeschichtetes Funktionselement |
PCT/EP2001/009922 WO2002020875A2 (de) | 2000-09-05 | 2001-08-29 | Verfahren zur haftfesten metallbeschichtung |
AU2001289846A AU2001289846A1 (en) | 2000-09-05 | 2001-08-29 | Method for producing an adhesive metal coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000143526 DE10043526C1 (de) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Verfahren zur haftfesten Metallbeschichtung und metallbeschichtetes Funktionselement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10043526C1 true DE10043526C1 (de) | 2002-06-06 |
Family
ID=7654922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000143526 Expired - Fee Related DE10043526C1 (de) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Verfahren zur haftfesten Metallbeschichtung und metallbeschichtetes Funktionselement |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2001289846A1 (de) |
DE (1) | DE10043526C1 (de) |
WO (1) | WO2002020875A2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10331608A1 (de) * | 2003-07-12 | 2005-01-27 | Hew-Kabel/Cdt Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Beschichten und/oder partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem Gut |
WO2018220078A1 (en) | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Technoform Bautec Holding Gmbh | Profile for window, door, facade and cladding elements |
WO2018220074A1 (en) | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Technoform Bautec Holding Gmbh | Profile for window, door, facade and cladding elements |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10114468B4 (de) * | 2001-03-24 | 2005-04-28 | Thyssenkrupp Stahl Ag | Verfahren zur Herstellung von beschichteten Formteilen und ihre Verwendung |
DE102005006459A1 (de) * | 2005-02-12 | 2006-08-17 | Preh Gmbh | Metallisiertes Kunststoffbauteil mit einem Anzeigebereich und Verfahren zur Herstellung |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2900724C2 (de) * | 1979-01-10 | 1986-05-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten im Vakuum |
DE4232390A1 (de) * | 1992-09-26 | 1994-03-31 | Roehm Gmbh | Verfahren zum Erzeugen von siliciumoxidischen kratzfesten Schichten auf Kunststoffen durch Plasmabeschichtung |
US5904958A (en) * | 1998-03-20 | 1999-05-18 | Rexam Industries Corp. | Adjustable nozzle for evaporation or organic monomers |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4374717A (en) * | 1981-11-05 | 1983-02-22 | General Motors Corporation | Plasma polymerized interfacial coatings for improved adhesion of sputtered bright metal on plastic |
DE4328767C2 (de) * | 1993-08-26 | 1995-08-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zum Herstellen von Folienverbunden und die mit diesen Verfahren hergestellten Verbunde |
US6083628A (en) * | 1994-11-04 | 2000-07-04 | Sigma Laboratories Of Arizona, Inc. | Hybrid polymer film |
DE19802740A1 (de) * | 1998-01-26 | 1999-07-29 | Leybold Systems Gmbh | Verfahren zur Behandlung von Oberflächen von Substraten aus Kunststoff |
DE69914222T2 (de) * | 1998-10-02 | 2004-11-18 | Nkt Research & Innovation A/S | Verfahren zum Metallisieren der Oberfläche eines festen Polymersubstrats und auf diese Weise erhaltenes Produkt |
-
2000
- 2000-09-05 DE DE2000143526 patent/DE10043526C1/de not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-08-29 AU AU2001289846A patent/AU2001289846A1/en not_active Abandoned
- 2001-08-29 WO PCT/EP2001/009922 patent/WO2002020875A2/de active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2900724C2 (de) * | 1979-01-10 | 1986-05-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten im Vakuum |
DE4232390A1 (de) * | 1992-09-26 | 1994-03-31 | Roehm Gmbh | Verfahren zum Erzeugen von siliciumoxidischen kratzfesten Schichten auf Kunststoffen durch Plasmabeschichtung |
US5904958A (en) * | 1998-03-20 | 1999-05-18 | Rexam Industries Corp. | Adjustable nozzle for evaporation or organic monomers |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Plastics, Rubber & Composites Processing & Appli- cations 18 (1992) 221-240 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10331608A1 (de) * | 2003-07-12 | 2005-01-27 | Hew-Kabel/Cdt Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Beschichten und/oder partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem Gut |
WO2018220078A1 (en) | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Technoform Bautec Holding Gmbh | Profile for window, door, facade and cladding elements |
WO2018220074A1 (en) | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Technoform Bautec Holding Gmbh | Profile for window, door, facade and cladding elements |
US11078715B2 (en) | 2017-05-31 | 2021-08-03 | Technoform Bautec Holding Gmbh | Profile for window, door, facade and cladding elements |
US11142942B2 (en) | 2017-05-31 | 2021-10-12 | Technoform Bautec Holding Gmbh | Profile for window, door, facade and cladding elements |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002020875A8 (de) | 2003-03-27 |
WO2002020875A3 (de) | 2002-09-19 |
WO2002020875A2 (de) | 2002-03-14 |
AU2001289846A1 (en) | 2002-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69733530T3 (de) | Flexibler verbundstoff ohne klebstoff und verfahren zu seiner herstellung | |
AU2011330946B2 (en) | Method for reducing creep corrosion | |
DE3785826T2 (de) | Maske zum Niederschlag von Pastenmaterial. | |
EP0048406A2 (de) | Wärmeableitende Leiterplatten | |
DE19812880A1 (de) | Formteil und flexible Folie mit geschützter Leiterbahn und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2632520A1 (de) | Schichtstoff aus einem polymeren substrat | |
DE102016222943B3 (de) | Metallisierte Oberflächen und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
EP1980644B1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung eines Kunststoffsubstrates | |
DE3744062A1 (de) | Verfahren zur herstellung fest haftender metallischer strukturen auf fluor-polymeren und thermoplastischen kunststoffen | |
CN108193170A (zh) | 柔性基材电路板及金属钉扎层的制备方法和设备 | |
DE10043526C1 (de) | Verfahren zur haftfesten Metallbeschichtung und metallbeschichtetes Funktionselement | |
DE4223887A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Polymer/Metall- oder Polymer/Halbleiter-Verbundes | |
EP2954764B1 (de) | Bauteil mit strukturierter oberfläche und verfahren zu dessen herstellung | |
DE102004011567A1 (de) | Haftfester Verbund und Verfahren zur Herstellung | |
EP0237114B1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Klebverbindung | |
EP0406678A1 (de) | Quellmittel zur Vorbehandlung von Kunstharzen vor einer stromlosen Metallisierung | |
EP0498258A1 (de) | Mikromehrlagenverdrahtung | |
WO1999054525A2 (de) | Verfahren zum herstellen von metallisierten substratmaterialien | |
EP3336135A1 (de) | Verfahren zur modifizierung von kunststoffoberflächen | |
EP1989341A2 (de) | Metallisierter verbundwerkstoff | |
DE102016001810A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit verstärkter Kupferstruktur | |
DE102012103018B4 (de) | Zusammengesetzte Isolierschicht und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE19851579B4 (de) | Metallisierter Kunststoff und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE102018202438B4 (de) | Verfahren zum Verbinden eines Trägermaterials mit einem weiteren Material | |
DE10129313C1 (de) | Sputterverfahren und Vorrichtung zur Beschichtung und/oder Oberflächenbehandlung von Substraten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |