DE1814055C3 - Verfahren zur Vorbehandlung von isolierenden Tragern vor der stromlosen Metallabscheidung - Google Patents

Verfahren zur Vorbehandlung von isolierenden Tragern vor der stromlosen Metallabscheidung

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DE1814055C3
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Description

eine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von isolierenden Trägern, auf denen stromlos ein Metallüberzug abgeschieden werden soll für die Herstellung gedruckter Schaltungen, durchkontaktierter, gedruckter Verdrahtungen, Dünn- und Dickfilmkreise u. dgl. Stromlose Metallabscheidung bedeutet die chemische Abscheidung eines fest haftenden Metallüberzuges auf einem leitenden, nichtleitenden oder halbleitenden Träger in Abwesenheit einer äußeren elektrischen Stromquelle.
Zur Herstellung gedruckter Stromkreise wird eine stromlose Metallabscheidung auf einem dielektrischen Träger entweder in Form eines gleichmäßigen Oberflächenüberzuges oder in einem vorbestimmten Muster bevorzugt. Dieser erste stromlose Metallüberzug ist für gewöhnlich dünn und wird dann galvanisch verstärkt.
Der Träger besteht meistens aus einer Kunststoffplatte, die auf einer oder auf beiden Seiten mit einer Metallfolie, z. B. einer aufgebrachten Kupferfolie versehen ist. Wenn beide Seiten des Trägers verwendet werden sollen, werden Anschlüsse dazwischen hergestellt, indem man an gewünschten Stellen durch die Platte Löcher bohrt, deren Wand mit einem stromlos aufgebrachten Niederschlag leitend gemacht wird.
Die bisher übliche Methode zur stromlosen Erzeugung von Metallüberzügen auf nichtleitenden oder halbleitenden Trägern besteht darin, daß man die Trägeroberfläche reinigt, durch Eintauchen in ein Stannochlorki oder ein anderes Stannosalz enih.;:; , Bad behandelt, durch Eintauchen in ein >..-, die Abscheidung el·.^ gewünschten Mo.. l· sierenden MeuiiK. /..B. Silbernitrat oder Cinü. i'aliadiumehK'iid oder Platinchlorid, k.. n. um μ Lu.il· tische Keimzentren /u !->:',■: ^r1X-! die Meiallionei: ('■>■ Salzes zu Zentren kau.tischen \1cM!!- dui.1' die auf dem Trager sorbicrten Stannoioi.jn und oder durch in en
i.j -mmiiosen NieUiiN i:/b:n: enthaltene Redukii. Ίΐ-η iel redi:/jc ι wuk-n. '.n.d üaß man dann das . •wünschte MeLaI1. ·'. B Ki'.pfer. Nickel oder Km durch Behandlung der katalysierten Oberfläche ; il'.'r Lösung Jjs .leuüuschien Nietalls in (iegem·..
n eines Ri.-duk;!'-:i-s!v.mei- .^scheidet.
Her auf ι !icsamteii Oberfläche oder auf \r.;· ücKnenT " Shcv desTrag-ermatenalsa'-'iicschiede dünne Mc'.ii.ai-'i.L.'s'.hiag soll gleich:iiä,.Mg >.:nu ·. allem Melur auf dem Untergrund anwachsen u,·, außerdem eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzen Diese Forderungen werden bei den bekannten stron losen MetailisicrungsAcriahren. die aus mehr od. wenigei \ielen Verfahrensstufen bestehen, nicht imine in ausreichendem Maße erfüllt. Die Bäder der ein/elr .
:j Verfahrensstuf. ι verlangen dabei meist eine äuße; >· sorgfältige Badführung und ergeber· trotzdem L/.nii.
' keinen einwandfreien Metallniederschlag. Dieni υ weiteren solch ein Metallniederschlag für den Aufbau von Durchkontaktierungen in gedruckten Verdrahtungen oder in speziellen Fällen als verfahrensbedingte
Zwischenstufe für die weitere Behandlung, so führen schlechte Niederschäge aus den stromlosen Mclallisierungsbädern zu erheblichen Schwierigkeiten.
Der"Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten in einfacher Weise zu begegnen.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Vorbehandlung der Träger für die stromlose Abscheidung eines Metallüberzuges in der Weise, daß der Träger nach einer Vorreinigung in mindestens ein als starker Ionenlieferant
dienendes Bad (Aktivierungsbad) getaucht wird und danach in an sich bekannter Weise in ein Bad mit einer auf die Metallabscheidung katalytisch wirksamen kolloidalen Lösung. Dieses Aktivierungsbad enthält vorteilhafterweise saure, stark dissoziierte Salze einzeln oder in Mischung in wäßriger Lösung, wobei insbesondere die Phosphate. Sulfate und Fluoride von Natrium und Kalium verwendet werden. Natriumhydrogenfluorid bzw. Kaliumhydr~gennuorid wirken neben der Ionenlieferung auch besonders günstig im Sinne des Verfahrens auf die Oberfläche des Trägers, insbesondere bei Epoxidharz,
Nachstehend wird das Verfahren zur Vorbehandlung der dielektrischen Träger bis zur stromlosen Metallabscheidung in den einzelnen Verfahrensstufen näher beschrieben.
Zunächst erfolgt eine Vorreinigung des Trägers: Man reinigt den Träger durch Eintauchen in ein heißes alkalisches Reinigungsmittel und spült mit sauberem Wasser, dann beizt man in einem Säurebad mit einem Ätzmittel für Kupfer, beispielsweise in Ammoniumperoxidisulfat ((NH4J2S2O8 + H2O) etwa 10 Sekunden, wobei ein Aufrauhen der Oberfläche erfolgt und spült in einem Tauchspülbad und taucht danach den Träger in eine 8%ige Schwefelsäure (H2SO4 + H2O)
6S zur Entfernung von Rückständen und spült wiederum in einem Tauchspülbad. Daran schließt sich das Aktivierungsbad an, das saure, stark dissoziierte Salze einzeln oder in Mischung in wäßriger Lösung enthält
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jer maximal 1 Minute in ein Bad aus kolloidal ..■■Niem i'alladium (PdCl2 +-H2O-IUl konz. -n( U) getaucht, und danach wird in einem Tauchbad gespült. Man taucht den Traaer nun in eine chleunigungslösunglAccelerator),2! B. eine lü%igc chlorsäure (HO4Cl -f H2O), 1 Minute odei !linger 2^; und spült in einem Tauchspülbad. Der katalysierte .ige! wird danach in die Lösung des gewünschten ■crzugmetalls, z. B. in das Kupferbad getaucht, und /war so lange, daß .sich der Metallüberzug in der gewünschten Stärke abscheidet. Das stromlose Kupferbad hai dabei folgende Zusammensei/ mg: CuSO4 * H2O t- NaOH V HCHO t- Stabilisator -'■ Netzmittel. An das Kupferbad schließt sich eine abschleilende Spülung in Wasser an. Die Tauchspülhäder bestehen aus Fließwasser (Leitungswasser) von etwa A) ; n.:c:h der Beschleunigungslösung ist noch ein zusätzliches Tauchspülbad aus entsalztem Wasser von 20 vorgesehen.
Zum besseren Verständnis des Reaktionsmechanisi,ms werden nachfolgend die im Katalysator vorgegebenen physikalisch-chemischen Zustünde näher erläutert.
Durch eine Reuox-Reaktion zwischen Palladium! 11 (-chlorid FdC!, und Zmn(ll)-ehlorid SnCl1 wird eine bestimmte Menge Zinn! IV)-chlorid SnI1I4 gebildet, die gleichzeitig in wäßriger Lösung Zinnsäure-Kolloide mit adsorbierten Slannioxychiorid-Kolloidcii und Metazinnsäure-Kolloide (unter gleichzeitiger Erzeugung von HCl) in äquivalenten Mengen entstehen lassen. Die diesen einzelnen Kolloiden gegenüber in bedeutend größerer Anzahl vorhandenen Pd°-Teilchen bilden ein Palladium-Kolloid, dessen Größe unter anderem von der Menge der vorhandenen Schutz-Kolloide abhängig ist. Für das gesamte Gebilde besteht >-in elektrischer Gleichgewichts-Zustand, den man etwa mil folgender Skizze darstellen kann.
— Adsorption
Pd"-Kolloid
Zinnsüure
z. B. Cxychlorid
Schutzkolloid
Das normalerweise hydrophobe Metallsol des Palladiums nimmt auf Grund vorgenannter Stabilisierung durch die entstandenen Schutzkolloide einen hydrophilen Charakter an. Der so entstandene, stabile Gleichgewichtszustand der kolloidalen Palladiumlösune wird durch die Ionen aus dem Aktivierungsbad gestört. Es tritt Koagulation des Palladium-Kolloids ein.
Bevor sich jedoch die Palladium-Kolloide zu roch größeren Einheiten (Flocken) vereinigen, was eine gewisse Zeit beansprucht, schlagen sich die unveränderten Palladium-Kolloide auf der nahen Trägeroberfläche durch Adhäsion nieder.
Die im Aklivierungsbad aufgebrachten Ionen auf der Oberfläche des Trägers verursachen in der kolloidalen Palladiumlösung an der Grenzfläche auf Grund ihrer starken Dissoziation und hohen Ionenkonzentration eine Zerstörung der Kolloidteilchen derart, daß das Palladium aus seinem Schutzkolloid herausgedrängt wird, wobei gleichzeitig diese Schutzkolloide gelöst weiter in kolloidaler Lösung verbleiben.
Man hat es hier also mit einer komplizierten Solvatation zu tun, zu der auch noch verschiedene Nebenreaktionen gehören.
Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß sich bei diesem Verfahren das Palladium in metallisch neutraler Form vermittels Adhäsionskräften an der Trägeroberfläche vermehrt anlagert und dadurch ein gleichmäßig dichter Palladium-Niederschlag entsteht. Die Anlagerung des Palladiums ist der entscheidende Faktor für die Erzielung eines einwandfreien Kupferniederschlages. Mit dem vorgeschlagenen neuen Verfahren zur Vorbehandlung Tür eine Abscheidung aus einem reduktiv arbeitenden Kupferbad erhält man gleichmäßige, dichte und oxidfreie Niederschläge in heller, lachsroter Farbe.
Das Aktivierungsbad selbst ist billig, stabil und bei unverminderter Wirksamkeit lange nutzbar.

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    Verfahren zur Vorbehandlung von isolierenden Trägern, auf denen stromlos ein Metallüberzug abgeschieden werden soll für die I.einteilung gedruckter Schaltungen, durchkoniaktiener. __■-druckter Verdrahtungen. Dünn- und Dicklilrnkr:!se u. dgl., dadurch g e k e η η ζ e i c h η e ι. ilaß der Träger nach einer Vorreinigung in mindestens ein als starker lonenlieferani dienendes Bad (Aktivierunssbad) getaucht wird und danach in an sich bekannter Weise in cm Bad mit einer auf die Metallabscheidung katalytisch wirksamen kolloidalen Lösung.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivierungsbad saure, stark dissoziierte Salze, inibesondere die Phosphate. Sulfate und Fluoride von Natrium und Kalium einzeln oder in Mischung in wüßriser Lösuna enthält. "
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivierungsbad zusätzlich eine geringe Menge einer organischen Säure und eines säurestabilen Netzmittels enthält.
  4. 4. Gedruckte Schaltungen, durchkontaktierte gedruckte Verdrahtungen. Dünn- und Dickrilmkreise, hergestellt in einem Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Keramik oder Epoxidharz besteht.
    des
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