DE1446214C

DE1446214C - Verfahren zur chemischen Metallabscheidung auf dielektrischen Gegenständen

Info

Publication number: DE1446214C
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: National Cash Register Co
Current assignee: National Cash Register Co
Publication date: 1971-07-08

Description

Um eine metallische Schicht auf nichtleitende oder dielektrische Stoffe aufzubringen, muß ein chemisches Abscheidungsverfahren angewandt werden, da sich galvanische Verfahren hierzu nicht eignen. Solche chemischen Abscheidungsverfahren zum Zwecke des »Metallisierens« von dielektrischen Trägern sind bereits bekannt. ■

Die Haftfähigkeit des abgeschiedenen Metalls auf dem dielektrischen Träger beruht auf rein physikalischer Wirkung und kann durch »Aufschließen« der Metalloberfläche wesentlich verbesssert werden. Sensibilisierungs- und Aktivierungsverfahren, die zum »Aufschließen« der Trägeroberfläche dienen, sind beispielsweise aus der österreichischen Patentschrift 182 591 und der USA.-Patentschrift 2 872 359 bekannt. Dort werden beispielsweise Zinnsalz- und/oder Edelmetallsalzlösungen als Vorbereitungsbäder verwendet. ■ '

Bekannt sind auch Waschverfahren, bei denen die Waschflüssigkeit durch Ultraschall bewegt wird, um Schmutzteilchen aus schwer zugänglichen Werkstücken herauszuspülen. Hierzu sei beispielsweise auf die Zeitschrift »Metalloberfläche«, 1956, S. 257 bis .260, verwiesen.

Aus der deutschen Patentschrift 934 393 ist auch die Anwendung von Ultraschall zum Bewegen des Überzugsbades für die chemische Ablagerung von Metallschichten auf einem Träger bekannt. Durch die Anwendung von Ultraschall wird eine größere Haftfähigkeit der Überzugsschicht auf dem Träger erreicht. Diese verbesserte Haftwirkung ist auf das »Aufschließen« des zu überziehenden Trägers in seiner Mikrostruktur zurückzuführen. Dieses Verfahren wird immer dann angewendet, wenn die geforderte Haftfähigkeit nicht von vornherein gegeben ist.

Um auch die Innenwände von Bohrungen, insbesondere Sacklöchern, mit einer Metallschicht zu überziehen, war es beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 892 842 begannt, nach Einfüllen einer Schmelze des gewünschten Metalls in die zu beschichtende Bohrung einen Magnetostriktionsschwinger in letztere einzuführen. Zur Beschichtung der Innenwände einer Vielzahl sehr kleiner Bohrungen ist dieses Verfahren jedoch völlig ungeeignet.

Der Erfindnung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Überziehen der Innenflächen von in einer Platte aus dielektrischem Material, beispielsweise einer gedruckten Schaltungsplatte, vorgesehenen Bohrungen zu schaffen. -

Die Erfindung betrifft somit die Anwendung des Verfahrens zur chemischen Metallabscheidung aus Metallsalzlösungen auf dielektrische Gegenstände zur Verbesserung der Sensibilisierung der zu überziehenden Flächen, bei dem mindestens ein mit Ultraschallwellen beschicktes Vorbereitungsbad angewandt wird, auf das Überziehen von inneren Flächen von mit sehr kleinen Löchern versehenen dielektrischen Gegenständen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand von für gedruckte Schaltungen verwendeten dielektrischen Platten näher beschrieben.

Die Oberfläche der nichtleitenden Platte, auf der ein elektrisch leitendes Material chemisch abgeschieden werden soll, können wie bei herkömmlichen chemischen Abscheidungsverfahren vorbereitet werden, d. h., sie wird gründlich gereinigt und durch Verwendung eines Schleifmittels oder einer Metallbürste leicht aufgerauht. Hierdurch werden außer den auf der Plattenoberfläche vorhandenen natürlichen Poren und Unebenheiten feine Rillen geschaffen, in denen die abgelagerte metallische Leiterschicht gut haften kann.

Als Vorbereitungsbad können je nach der Art des abzulagernden Metalls entweder ein Sensibilisierungsbad, ein Aktivierungsbad oder auch beide Bäder nacheinander verwendet werden.

Soll Kupfer oder Silber abgeschieden werden, dann

ίο wird die Platte nach gründlicher Reinigung der zu überziehenden Oberfläche in ein aus einer wäßrigen Lösung eines geeigneten Metallsalzes bestehendes Sensibilisierungsbad getaucht. Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestand das Sensibilisierungsbad aus einer Lösung von 2 g Zinnchlorid und 1 ecm Salzsäure in 100 ecm Wasser. Um ein besseres Eindringen der Sensibilisierungslösung in die kleinen Poren und Ritzen auf der Plattenoberfläche zu bewirken und dadurch einen

ao engeren Kontakt der Sensibilisierungslösung mit der ganzen Oberfläche derselben zu erreichen und um ständig neueLösung in Berührung mit der Oberfläche der zu behandelnden Platte zu bringen, wird das Sensibilisierungsbad durch Druckwellen mit einer Frequenz zwischen 20 und 40OkHz in Bewegung gehalten. Diese Ultraschallwellen können durch einen beliebigen der bekannten Ultraschallgeneratoren erzeugt und durch eine ebenfalls bekannte Übertragungsvorrichtung dem Bad zugeführt werden.

Die Platte wird dann aus dem Sensibilisierungsbad ' herausgenommen und die nicht adsorbierte Sensibilisierungslösung abgespült. Bei. verschiedenen als leitende Schicht verwendeten Metallen muß vor deren Aufbringen die Platte einem aus der wäßrigen Lösung

eines Salzes eines anderen Metalls bestehenden Akti- i vierungsbad ausgesetzt werden. Für dieses, Aktivie- j rungsbad können beispielsweise Palladium- oder i Goldchlorid verwendet werden. Bei Verwendung von Silber als leitende Schicht ist kein Aktivierungsbad erforderlich, da sich dieses direkt auf der sensibiliserten Oberfläche chemisch ablagern läßt. Bei Verwendung von Kupfer ist jedoch die Behandlung der Platte in einem Aktivierungsbad erforderlich. Nach Einführen der zu aktivierenden Platte in das Bad ή wird letzteres durch Ultraschall in Bewegung ge- ; halten, wodurch wiederum ein besseres Eindringen der Aktivierlösung in die kleinen Poren und Riefen auf der Plattenoberfläche erreicht, ein engerer Kontakt der Aktivierlösung mit allen Teilen der Plattenoberflächen gewährleistet und ständig neue Lösung in Berührung mit der zu aktivierenden Oberfläche gebracht wird.

Der vorher auf der Oberfläche der Platte adsorbierte Sensibilisierungsstoff wirkt als Reduktionsmittel, das je nach dem für die Aktivierungslösung verwendeten Salz dieser Lösung z. B. Palladium oder Gold entzieht, das dann auf der Oberfläche der dielektrischen Platte abgeschieden wird. Bei einer praktischen Anwendung der Erfindung wurde als Aktivierungsbad eine Palladiumchloridlösung verwendet, die aus einer Lösung von 0,05 g Pälladiumchlorid und 1 ecm Salzsäure in 100 ecm Wasser bestand. ^v

Nach der Aktivierung der Platte wird diese in eine Verkupferungslösung eingetaucht. Es handelt sich hierbei um ein bekanntes Verfahren, bei dem das Leitermaterial, in diesem Falle also Kupfer, aus der Lösung reduziert und auf der aktivierten Oberfläche

Claims

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der dielektrischen Platte chemisch abgelagert wird. Die mit Bohrungen versehene Platte wird zunächst

Bei einer praktischen Durchführung des erfindungs- in ein aus einer wäßrigen Lösung eines Metallsalzes

gemäßen Verfahrens wurde die Kupferlösung aus bestehendes Sensibilisierungsbad getaucht. Bei diesem

50 ecm Kupfersulfatlösung, 50 ecm Natrium-Kalium- Bad kann es sich beispielsweise, wie bereits be-

Tartrat, Natriumhydroxidlösung und 10 ecm Formalin 5 schrieben, um eine Lösung von Zinnchlorid handeln,

zu 100 ecm destilliertem Wasser bereitet. Um ein vollständiges Eindringen der Zinnchlorid-

Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Sensibilisie- lösung in die Bohrungen zu erreichen, wird das Bad rungs- und Aktivierungsbäder durch Ultraschall in erfindungsgemäß durch Ultraschallwellen mit einer Bewegung gehalten werden, eine verbesserte leitende Frequenz zwischen 20 und 400 kHz in Bewegung geSchicht mit besseren Hafteigenschaften bei Anwen- io halten.

dung einer wesentlich schwächeren Verkupferungs- Nach der Behandlung in dem Sensibilisierungsbad

lösung erzielt wurde. Der Vorteil einer schwächeren wird von der Platte die nichtadsorbierte Sensibilisie-

Verkupferungslösung besteht darin, daß das Be- rungslösung abgewaschen. Anschließend wird die

streben dieser Lösung, während des Ablagerungspro- Platte, wie bereits beschrieben, in ein aus einer wäß-

zesses spontan zu zerfallen, vermindert wird. 15 rigen Lösung eines Salzes eines anderen Metalls, bei-

Das Verfahren nach der Erfindung wurde im vor- spielsweise Palladium- oder Goldchlorid, bestehendes

angegangenen im Zusammenhang mit dem Überziehen Aktivierungsbad getaucht. Das adsorbierte Zinn-

der vollständigen Oberfläche einer Platte aus dielek- chlorid wirkt als Reduktionsmittel, das eine Abschei-

trischem Material mit Metall beschrieben. Sollen da- dung des Palladiums bzw. des Goldes aus der Lösung

gegen nur eine Seite der Platte bzw. nur bestimmte 20 bewirkt, so daß die Innenflächen der Bohrungen mit

Teile der Plattenoberflächen mit einem Überzug ver- einer sehr dünnen Palladium- oder Goldschicht ver-

L. sehen werden, dann können die nicht zu beschichten- sehen werden. Während dieses Bades wird die Lö-

P) den Flächenteile vor dem ersten Bad mit einem sung ebenfalls durch Ultraschall in Bewegung ge-

Schutzüberzug, beispielsweise Lack, versehen werden. halten.

Nach Beendigung des Verfahrens läßt sich dieser 25 Die Platte wird dann, ähnlich wie bereits be-

Schutzüberzug zusammen mit der auf ihm abgelager- schrieben, in eine Kupfersalzlösung getaucht, um auf

ten Metallschicht leicht entfernen. den Innenflächen der Bohrungen durch chemische

Wie bereits ausgeführt, wäre bei Verwendung von Abscheidung einen Überzug aufzubringen. Dabei

Silber als abscheidendes Metall kein Aktivierungsbad wird das Kupfer aus der Lösung abgezogen und che-

erforderlich. Bei Verwendung von Nickel wäre da- 30 misch auf den sensibilisierten und aktivierten Innen-

gegen nur das Aktivierungsbad, nicht aber das Sensi- flächen der Bohrungen abgelagert,

bilisierungsbad nötig. In jedem Fall werden jedoch Die auf chemischem Weg abgeschiedene Kupfer-

das Sensibilisierungs- und Aktivierungsbad während schicht kann anschließend durch einen zusätzlichen

des Eintauchens der zu behandelnden Platte erfin- Galvanisierungsvorgang verstärkt werden,

dungsgemäß durch Ultraschall in Bewegung gehalten, 35 Danach kann der Schutzüberzug entfernt und die

um ein besseres Eindringen der Badlösungen in die Schaltungseinheit in herkömmlicher Weise fertigge-

kleinen Poren und Riefen auf den zu beschichtenden stellt werden.

Oberflächenteilen der Platte und das Benetzen dieser Bei der praktischen Erprobung des im vorangegan-

Teile mit ständig neuer Lösung zu bewirken. genen beschriebenen Verfahrens wurden beim Über-

Ein weitere Anwendungsart des erfindungsgemäßen 40 ziehen der Innenflächen von Bohrungen mit einem Verfahrens besteht in der Herstellung elektrischer Durchmesser von nur 0,33 mm in einer Platte aus Schaltungseinheiten, bei denen beide Seiten einer Epoxydglas (mit einem Epoxydharz getränktes Glas-Platte aus dielektrischem Material mit einem Leiter- gewebe mit einer Stärke von 0,8 mm) mit Metall ausmuster versehen sind. Zur Herstellung elektrischer gezeichnete Ergebnisse erzielt. Es gelang sogar, die Verbindungen zwischen einzelnen Teilen der auf den 45 Innenflächen von Bohrungen mit nur 0,13 mm beiden Seiten der Platte angeordneten Leitermuster Durchmesser in einem ähnlichen Material mit befriewird die Platte überall dort mit Bohrungen versehen, digendem Ergebnis mit Metall zu überziehen,
wo Verbindungen zwischen den Leitermustern herzustellen sind. Um die Verwendung von Kontaktbrücken

zur Herstellung dieser Verbindungen überflüssig zu 50 Patentanspruch:
machen, werden die Innenflächen der Bohrungen

häufig mit einer Metallschicht überzogen. Anwendung des Verfahrens zur chemischen

Nach Herstellung einer elektrischen Schaltungsein- Metallabscheidung aus Metallsalzlösungen auf diheit nach einem beliebigen bekannten Verfahren wird elektrische Gegenstände zur Verbesserung der die Platte mit einem Schutzüberzug, beispielsweise 55 Sensibilisierung der zu überziehenden Flächen, aus Lack, versehen und überall dort mit Bohrungen bei dem mindestens ein mit Ultraschallwellen beversehen, wo elektrische Verbindungen zwischen den schicktes Vorbereitungsbad angewandt wird, auf Leitermustern erforderlich sind. Dadurch wird die das Überziehen von inneren Flächen von mit sehr Metallschicht nur auf den Innenflächen der Bohrun- kleinen Löchern versehenen dielektrischen Gegengen abgeschieden. 60 ständen.