DE1665878C3 - Verfahren zum chemischen Aufbringen von Kontaktmetallschichten an den Kontaktierungsenden von Schichtwiderständen - Google Patents

Description

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprü- wirkende Metallschicht aufgebracht wird (deutsche ehe 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß zur Auf- Patentschrift 941 300).

bringung der katalysierenden Bekeimung die Ein bekanntes Verfahren, das einen geringen Auf-Widerstandselemente in eine Lösung getaucht 55 wand erfordert, ist das Abscheiden der Kontaktmetallwerden, die kolloidale Zinnsäure und kolloidales schichten aus wäßrigen Lösungen, die Ionen des entSilber oder Gold oder vorzugsweise ein Metall der sprechenden Metalls sowie ein Reduktionsmittel ent-Platingruppe enthält. halten. Solche Metallisierungsbäder sind zum voll-

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ständigen Überziehen von Metallen oder von Nichtzeichnei, daß die Widerstandselemente in die ehe- 60 metallen, z. B. Kunststoffen, bekannt. Hierbei ist es mischen Metallisierungsbäder getaucht werden. auch bekannt, daß manche Oberflächen, insbesondere

solche aus Nichtmetallen, wie Kunststoffe, Keramik, Glas od. dgl., zuvor mit Katalysierungsbädern behan-

delt werden müssen. Eine gebräuchliche Methode zum

65 Katalysieren der Oberflächen besteht z. B. in der Behandlung mit verdünnter ^inn(ll)-Chlorid-L.ösung und

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen verdünnter Palladiumchlorid-Lösung. Hierbei werden Auf bringen von lötfähigen Kontaktmetallschichten an an der Oberfläche feinverleilte Palladiumkeime abge*

schieden, die die nachfolgende Abscheidung des Metalls aus den Metallisierungsbädern katalytisch einleiten (USA.-Patentschriften 2 690403, 2 942 990).

Weiterhin wird in der Firmenbroschüre von International Nickel, »Galvanische und stromlose Dick- S Vernickelung«, S. 20 und 21, eine Möglichkeit zur /Aussparung einzelner Bereiche b ;i der flächenhaften Vernickelung aufgezeigt, indem diese Bereiche vor dem Prozeß mit Wachs oder einem geeigneten Lack abgedeckt werden. Nach der Vernickelung wird die Wachs- b?w. Lackschicht, welche nun ebenfalls einen Nickelüberzug aufweist, entfernt. Bei der Anwendung -son Wachs bleibt gewöhnlich immer noch ein dünner Wachsfilm auf den nicht vernickelten Rächen zurück, gine restlose Entfernung des Abdeckmaterials kann «5 jedoch zur Beschädigung der ursprünglichen Oberfläche führen. Für das Vernickeln von nichtmetallischen Werkstoffen gibt die gleiche Broschüre auf den Seiisn 62 und 63 übliche Vorbehandlungsmaßnahmen der zu metallisierenden Oberflächen, wie z. B. Ent- ao fetten, Sensibilisieren mit Zinn-II-Chloridlösung und Aktivieren mit Edelmetallsalzlösungen, an.

Bei der Anwendung der chemischen Metallisierungsverfahren zur Anbringung von Kontaktmetallschichten an den Kontaktierungsenden von Schichtwiderständen tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß die Abscheidung des Kontaktmetalls praktisch nicht auf die hierfür vorgesehenen Bereiche, d. h. auf die Enden des Widerstandskörpers, beschränkt werden kann, insbesondere dann, wenn die Widerstandskörper als Schüt'gut eingesetzt werden sollen. Die eigentliche Widerstandsschicht muß jedoch auf jeden Fall von Metallabscheidungen frei sein. Eine Abdeckung durch Schablonen, die auf jeden einzelnen Widerstandskörper aufgebracht werden müßten, würde erst nach Lösung erheblicher Beschichtungs- und Abdichtungsprobleme zu einer scharfen Begrenzung der Metallabscheidung auf die gewünschten Bereiche führen und außerdem einen beachtlichen Mehraufwand bzw. Verbrauch an Metallisierungsbad erfordern. Deckt man die eigentliehe Widerstandsschicht mit Lack ab. so bleibt zwar die Widerstandsschicht von dem Metall frei, die Metallabscheidung setzt aber auf der Lackschicht ein. Auf der Lackschicht stören jedoch Metallabscheidungen genauso wie direkt auf der Widerstandsschicht, denn die Lackschicht verbleibt als Schutzschicht auf der Widerstandsschicht. Metallablagerungen auf der Lackschutzschicht verursachen infolge der Möglichkeit von Nebenschlüssen eine erhebliche Verschlechterung des elektrischen Verhaltens der Widerstände, und zwar bereits dann, wenn nur Spuren des Metalls auf dem Lack vorhanden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Weg zu finden, der die Anwendung chemischer Metallabscheidungsverfahren aus Lösungen auf vorbekeimte Oberflächen für die randscharfe Abscheidung von lötfähigen Kontaktmetallschichten an den Kontaktierungsenden von Schichtwiderständen, die bereits mit der Widerstandsschicht bedeckt sind, ermöglicht. Das Metall soll hur ah den hierfür vorgesehenen Bereichen der Widerstandskörper abgeschieden werden, und zwar ohne daß jeder einzelne Widerstandskörper zusätzlich behandelt werden muß.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

ständig mit einer Widerstandsschicht bedeckten Trägerkörpers rah einer Lackschicht;

b) chemische Vorbekeimung der gesamten Oberfläcne

des Widerstandselementes;

c) Aufbringen wenigstens einer weiteren Lackscöicm auf die bereits mit dei Lackschicht abgedwkten Oberflächenteile des Widerstandselementes;

d) chemische Abscheidung einer lötfähigen Kontaktmetallschicht, die sich dann nur auf den freiliegenden, vorbekcimten Oberflächenteilen bildet.

a) Abdecken der nicht mit dem Kontaktmetall zu beschichtenden Oberflächenteile des bereits voll-Gemäß der Erfindung ist es also mit Hilfe einfacher Maßnahmen möglich, eine lötbare Metallschicht, z. B. Nickelschicht, randscharf nur an den hierfür vorgesehenen Bereichen der Widerstandskörper zur Abscheidung zu bringen. Die äußere Lackschicht ist nicht katalytisch wirksam, so daß hier keine Metallabscheidung bei der späteren Behandlung mit den Metallabscheidungsbädern erfolgt. Die Lackscbichten verbleiben im allgemeinen als Schutzschicht auf den Widerstandskörpern. Die Aufbringung der Lackschichten stellt somit keinen zusätzlichen Arbeitsschritt dar, denn die Widerstände müßten sowieso mit einer mehrfachen Lackschutzschicht versehen werden. Im folgenden wird zur Erläuterung der Erfindung an Hand einer Figur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Auf einem Trägerkörper 1 aus Isoliermaterial, z. B. aus Keramik, ist die Widerstandsschicht 2, vorzugsweise aus Kohle, aufgebracht. Auf die Teile der Kohleoberfläche, die als eigentliche Widerstandsschicht vorgesehen sind, wird die Lackschicht 3 aufgebracht. Diese Lackschicht 3 kann vorzugsweise aus mehreren dünnen Lackschichten bestehen. Beispielsweise wird hierfür Epoxydharz- oder Phenolharzlack verwendet. Die für die Kontaktierung des Wide'Standes vorgesehenenen Bereiche bleiben von der Lackschicht 3 frei. Das Aufbringen der Lackschicht 3 wird üblicherweise im Fließbandverfahren vorgenommen. Der Trägerkörper 1, dessen Oberfläche mit einer Widerstandsschicht 2 belegt ist, wird dazu über ein mit Lack getränktes Band gerollt, dessen Breite so bemessen ist, daß die Endbereiche des Trägerkörpers 1 überstehen und somit nicht mit dem Lack in Berührung kommen. Nach der Lackierung des Widerstijides und Einbrennen der Lackschichten wird das Widerstandselement mit der Katalysierungslösung behandelt. Hierbei kann man beispielsweise so vorgehen, daß das Widerstandselement als Schüttgut in eine Lösung getaucht wird, die kolloidale Zinnsäure sowie kolloidales Silber, Gold oder ein Metall der Platingruppe, vorzugsweise Palladium, enthält. Hierbei werden über das ganze Widerstandselement Keime von Silber, Gold oder dem Metall der Platingruppe abgeschieden. An Stelle der genannten Metalle können auch andere Metalle zur Bekeimung des Widerstandselements dienen. Die Auswahl dieser Metalle wird jeweils in Abhängigkeit von der später zu verwendenden Metallabscheidungslösung getroffen. Die Metalle der Platingruppe sowie Silbei und Gold sind jedoch ganz besonders geeignet als Katalysator für nachfolgende Metallisierungen.

Eine bevorzugte Möglichkeit zur Katalysierung (= Vorbekeimung) der Kontaktierungsenden des Widerstandselements besteht auch darin, daß die lackierten Widerstandselemente in eine verdünnte Palladiumchloridlösung und nach kurzem Spülen in Wasser in eine verdünnte salzsaure Zinn(II)-Chlorid-Lösung ge-

taucht werden. Die Reihenfolge der Bäder kann auch umgekehrt; werden. Die Palladiumchloridlösung ist Vorzugsweise O,l^o/o>g ^und weist einen pH-Wert von 4 auf. Die Lösung des Zinn(Il)rGhlorids ist beispielsweise 10%ig· Die Widerstandselemente werden bei Zimmertemperatur z. B. lOSekunden bis 5 Minuten in die Pailadiumchloridlösung und danach 10 Sekunden bis15 Minuten in die Zinn(ll)-Chlorid-Lösuhg getaucht. An Stelle der Zinn(Il)-Chlorid-Lösung kann

Bad (pH-Wert gleich oder kleiner als 7). Ein erprobtes Beispiel für ein saures Vernickelungsbad besteht aus 0,12 Mol NiSO₄ · 6 H₈O,
0,12 Mol CH₃COONa (Natriumacetat), 0,24 Mol H₃BO₃,
0,19 Mol NaH₈PO₂ · H₂O
in 11 Badlösung. Der pH-Wert dieses Bades wird mit verdünnter Schwefelsäure vorzugsweise auf etwa 5

auch eine andere reduzierende Lösung verwendet io eingestellt. Aus diesem Bad wird die Nickelabscheiwerden, beispielsweise eine etwa 10°/„ige Natriumhypo- dung vorzugsweise bei etwa 60° C vorgenommen, phosphitlösung. Nach der Vorbekeimung, bei der sowohl an den Kontaktierungsenden, d. h. an der frei
liegenden Kohleschicht 2, als auch auf der Lackschicht 3 Palladiumkeime gebildet worden sind, wird 15
über der Lackschicht 3 wenigstens eine weitere Lack

schicht 4 aufgebracht und eingebrannt. Die Metallkeime, z. B. Palladiumkeime, auf der Lackschicht 3 werden hierdurch abgedeckt und somit unwirksam

Auch die Metallisierung aus neutralen bzw. sauren Bädern führt zu gut haftenden Metallschichten auf der Kohleschicht.

Die Widerstandskörper werden als Schüttgut beispielsweise 5 bis 15 Minuten in die Vernickelungsbäder getaucht. Hierbei wird ein dünner, gleichmäßiger Nickelniederschlag 5 auf der Kohleschicht 2 erzielt, und zwar nur auf der Kohleschicht 2. Die Lackschicht 4

gemacht. Bei der nachfolgenden Behandlung der ao bleibt von der Nickelschicht frei.

Widerstandselemente in Metallisierungsbädern erfolgt auf der Lackschicht 4 keine Metallabscheidung, wäh-Tend die mit den Palladiumkeimen oder sonstigen katalytisch wirkenden Metallkeimen versehenen Kontaktierungsenden verhältnismäßig schnell und gleich- as mäßig mit dem Kontaktmetall 5 beschichtet werden. Die Widerstandselemente können hierfür als Schüttgut in die Metallisierungsbäder geworfen werden. Die Wirksamkeit der Vorbekeimung an den Kontaktie-

Es können an Stelle der beschriebenen Bäder selbstverständlich auch andere Bäder eingesetzt werden Sehr vorteilhaft sind beispielsweise auch solche Vernickelungsbäder, die Borazane oder Boranate als Reduktionsmittel enthalten. Solche Bäder sind ebenfalls bereits bekannt.

Die aus den Hypophosphitionen enthaltenden Bädern ebenso wie aus den Borazane bzw. Boranate enthaltenden Bädern abgeschiedenen Nickelschichten

rungsenden wird durch das Aufbringen und das Ein- 30 sind ausgezeichnet lötbar. Die Schichten weisen eine brennen der Lackschicht 4 nicht merkbar beeinträch- _so gute Haftfestigkeit auf den Widerstandsschichten, tigt. Es ist sogar möglich, die Widerstandselemente insbesondere den Kohleschichten, auf, daß die 7ugnach der Vorbekeimung und dem nachfolgenden Auf- festigkeiten der Lötstellen um den Faktor 1,5 bis 2,5 bringen der weiteren Lackschichten 4 längere Zeit, größer sind, als sie in den entsprechenden Prüfz. B. länger als drei Wochen, zu lagern, ohne daß die 35 Vorschriften gefordert werden. Die Nickelschichten katalytische Wirkung dtr auf der Kohle abgeschie- sind fest auf der Widerstandsschicht verankert und denen Metallkeime dadurch verschlechtert wird. sehr dicht, so daß sie schönen Metallglanz zeigen. Sie

Als Metallisierungsbäder können die bekannten lassen sich ausgezeichnet beloten, so daß die An-Hyphophosphitionen sowie Nickelionen enthaltenden schlußorgane der Widerstände z. B. mit normalem Bäder verwendet werden. Bei Einsatz von Bädern mit 40 Weichlot an den Nickelschichten befestigt werden einem pH-Wert größer als 7 wird eine besonders gute können.

Haftung der Nickelschicht insbesondere auf Kohle- i)j_e Widerstände können auch anders als in der

oberflächen erzielt. Ein besonders vorteilhaftes Ver- Figur dargestellt ausgebildet sein. Beispielsweise könnickelungsbad. das einem älteren, nicht vorveröffent- nen an den Kontaktierungsenden der Widerstände lichten Vorschlag entspricht, besteht beispielsweise 45 bekannicnveise Sacklöcher in den Trägerkörpern anaus etwa gebracht sein, in denen die Anschlußorgane befestigt

werden (deutsche Patentschrift 965 703). Ebenfalls

0,09 Mol NiSO₄ · 6 H_SO (oder NiCIu · 6 H₂O), können nicht nur Kohleschichtwiderstände nach dem

O 21 Mol NaH₂PO₈ · H₂O, Verfahren gemäß der Erfindung mit KontaktmetaN-

018 Mol C₈H₈O₇ - H₈O (Citronensäure). ⁵° f*«*ten versehen werden. Mit dem gleichen Vorteil

' ,. . ' 1 '„ ,_o nrv.,,;,™,,^^^,,^ lassen sich beispielsweise auch Metalloxidschicht-0,06 Mol Na₄C₄H₈O₄ · 6 H₈O (Natnumsuccmat) und _{widerstände gemäß deT Erfindung behandeln}.

1,5MoI Ammoniak Im übrigen ist noch darauf hinzuweisen, daß das

erfindungsgemäße Verfahren gegenüber der bisher

Ln 11 Badlösung. Die Nickelabscheidung wird aus 55 üblichen Metallisierung von Widerständen durch

diesem Bad zweckmäßigerweise bei höherer Tempe- thermische Zersetzung von Metallcarbonylen oder

ratur, vorzugsweise bei 75 ⁰C, vorgenommen. anderen flüchtigen Metallverbindungen noch den

Bei alkalischen Bädern kann jedoch ein chemischer weiteren Vorteil besitzt, daß einerseits eine partielle

Angriff von Lack- und Kohieoberftäche nicht immer thermische Beanspruchung vermieden wird und ande-

ausgeschlossen werden; schonender für Kohleschicht 60 rerseits die bei einer Metallisierung in Schablonen

and Lackabdeckung ist deshalb unter Umständen erforderlichen sehr kleinen Durchmesscrtoleranzen

eine Vernickelung im neutralen oder schwach sauren überschritten werden dürfen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 665 873 ι 2 den Kontaktieningsenden von Schichtwiderständen Patentansprüche: unter Anwendung wn Vorbekeimung. 1^ Hierfür sind bereits mehrere Verfahren bekannt.

1. Verfahren zum chemischen Aufbringen von !Beispielsweise ist es allgemein üblich,^ die Kontakt-KlentaktschichtenandenKontaktierungsendenvon 5 metallschichten durch thermische Zersetzung _von Sduohhvidenaäuden unter Anwendung von Vor- Metallcarbonylen, '^°«°^ndf^e von Nickeltetracarbbekeimung, gekennzeichnet d u r c h die onyl, herzustellen Die Abscheidung des Kontakt-GesaratheU der folgeren Verfahrensschritte: metalls kann hierbei leicht auf die gewünschten Be-

reiche der Oberfläche des Widerstandskörper be-

a) Abdecken der nicht mit dem Kontaktmetaü » schränkt werden, indem nur diese Bereiche auf die zu beschichtenden Oberflächenteile des bereits die Abscheidung erfolgen soll, auf oder über die vollständig mit einer ;Widersttndsscbichti2) Zersetzungstemperatur des betreffenden MetalJcarbbedeckten Trägerkörpers (1) mit einer Lack- onyJs erhitzt oder die nicht zu metallisierenden Beschicht(3)· reiche mit Schablonen abgedeckt werden. Im ersten

b) chemische Vorbekeimung der gesamten Ober- 15 Fall tritt jedoch eine erhebliche thermische Belastung fläche des Widerstandselementes (1,2); des Widerstandskörpers auf, im zweiten Falle müssen

c) Aufbringen wenigsten-, einer weiteren Lack- hinsichtlich der Süßeren Maße der Widerstände sehr schicht (4) auf die bereits mit der Lack- enge Tolenur<*n eingehalten werden. Hierbei ist es schicht (3) abgedeckten Oberflächenteile des bekannt, die Widerstandselemente sowohl m einer Widerstandselementes (I, 2); *° gasförmigen Atmosphäre des Metallcarbonyle zu be-

d) chemische Abscheidung einer lötfähigen Kon- handeln als auch nach der partiellen Erhitzung in taktmetaHschicht (5), die sich dann nur auf flüssiges bzw. in in organischen Losungsmitteln geden frei liegenden, vorbekeimten Oberflächen- löstes Metallcarbonyl zu tauchen (deutsche Patentteilen bildet. Schriften 1 205 177; 821 060).

as Diese bekannten Metallisierungsverfahren sind an

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sich sehr vorteilhaft. Sie rühren zu gut lötbaren, einzeichnet, daß Nickel als Kontaktmetall verwendet wandfrei haftenden Kontaktschichten nur an den gc- und aus Bädern abgeschieden wird, die Nickelionen wünschten Bereichen. Es sind jedoch wegen der und Hypophosphitionen enthalten. extremen Giftigkeit der Carbonyle und der Explosi-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 vität der Reaktionsprodukte außerordentliche Sicherzeichnet, daß Nickel als Kontaktmetall verwendet heitsvorkehrungen zum Schütze des Bedienungspersound aus riädern abgeschieden wird, die Boranat nals erforderlich. Bei Anlagen größerer Kapazität oder Borazan als Reduktionsmittel enthalten. werden hierdurch sehr hohe Kosten verursacht.

4. Verfahren nach wenigstens einem der An- Es ist auch schon ein Verfahren zum chemischen sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur 35 Vernickeln von festen, elektrisch nichtleitenden Flä-Aufbringung der katalysierenden Bekeimung die chen bekannt, wobei diese Flächen nach vorheriger Widerstandselemente nacheinander in eine Edel- mechanischer und/oder chemischer Reinigung mittels metallsalzlösung, vorzugsweise in eine PdCI₂-Lo- einer wäßrigen Palladiumsalzlösung aktiviert und dann sung, und in ein Reduktionsmitielbad getaucht chemisch vernickelt werden. Bei diesem Verfahren werden. 40 wird auf die chemisch metallisierte Fläche eine Negativ-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Schablone der gewünschten Schichtkonfiguration aufzeichnet, daß als Reduktionsmittelbad eine etwa gebracht, die frei liegenden Metallbereichc werden 10°/„ige ZinndD-Chlorid-Lösung verwendet wird. galvanisch verkupfert, die Schablone wird entfernt,

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- und schließlich wird das jetzt frei liegende Nickel wegzeichnet, daß als Reduktionsmittelbad eine etwa 45 geätzt (deutsche Auslegeschrift 1 193 764).

10°/₀ige Natriumhypophosphitlösung verwendet Es ist weiterhin ein Verfahren zur Erzielung verwird, größerter Flächenleitfähigkeit an Anzapf- oder Kon-

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- taktstellen von Widerständen mit metallischen Widerzeichnet, daß als Edelmetallsalzlösung eine etwa Standsschichten bekannt, bei dem vor dem Nieder-0,l%ige salzsaure PdCl₂-Lösung vom pH-Wert 4 50 schlagen des Widerstandsstoffes an den Anzapf- oder verwendet wird. Kontaktstellen eine dünne, als Kristallisationskeime