DE19615201A1

DE19615201A1 - Verfahren zur Metallisierung von chemisch nicht oder schwer plattierbaren Metalloberflächen

Info

Publication number: DE19615201A1
Application number: DE1996115201
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Rer Na Kuechenmeister; Guenter Dr Rer Nat Sadowski; Mathias Dr Ing Boettcher
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung von chemisch nicht oder nur schwer plattierbaren Metalloberflächen, wie zum Beispiel Aluminium und seinen Legierungen. Anwendungsfälle sind die Ankontaktierung von Schaltungen an starren und flexiblen Trägern in Elektrotechnik und Elektronik, die Herstellung elektrisch leitender Bestandteile in Schaltungen sowie der Korrosionsschutz und Beschichtungen für dekorative Zwecke.

Bei der Plattierung von unedlen Metallen wie Aluminium und seinen Legierungen treten aufgrund der Schnelligkeit, mit der an der Oberfläche eine Oxidschicht ausgebildet wird, wenn diese der Luft ausgesetzt sind, Probleme auf. Folglich müssen Spezialbehandlungen durchgeführt werden. Diese Verfahren umfassen chemische Ätzbehandlungen mit Säuren, die Eisen- oder Nickelsalze enthalten oder Behandlungen mit alkalischen Verdrängungslösungen. Ein anderes Verfahren ist die Anodisierung mit Säuren, wie Phosphor-, Schwefel- oder Chromsäure und die Elektroplattierung mit Zink bei niedrigen Stromdichten für einige Sekunden. Von diesen Behandlungen ist die Verwendung von alkalischen Lösungen kommerziell gesehen die erfolgreichste. Es können viele Metalle, beispielsweise Zink durch Verdrängung auf Aluminium abgeschieden werden. Ein solches Verfahren ist als Zinkatprozeß bekannt. Eine Reihe von Verbesserungen in bezug auf den Zinkatprozeß mit dem Ziel der Beschleunigung der Filmbildung und der Verbesserung der Haftfestigkeit sowie der Gleichmäßigkeit des Zinküberzuges wurden in den letzten Jahren durchgeführt. Derartige Zinkatprozesse sind in den Patenten DE 40 32 232 A1 und DE 42 02 409 A1 beschrieben. Die Aluminiumoberfläche wird dabei durch alkalisches Reinigen und unter Umständen durch einen zusätzlichen Anätzprozeß vorbereitet. Der Zinküberzug wird nach einer intensiven Wasserspülung erhalten, indem die Aluminiumoberfläche in eine alkalische Lösung getaucht wird, die Zinkionen erhält. Die Menge des abgeschiedenen Zinks ist von der Vorbehandlung, der Zeit und Zusammensetzung des Tauchbades und dessen Temperatur abhängig. Das Grundverfahren, das von der Industrie bevorzugt durchgeführt wird, besteht in einer Zinkat-Doppelbehandlung. Der erste Zinkfilm wird dabei durch Verwendung von Salpetersäure wieder abgelöst und anschließend erfolgt eine zweite Zink-Tauchabscheidung.

Trotz der Akzeptanz und der Wirksamkeit des Zinkatprozesses besteht vor allem ein Bedarf an Verfahren, die einerseits nicht an Aluminium als Substrat gebunden sind und damit universell für eine Vielzahl von unedlen Metall und Metallegierungen einsetzbar sind und andererseits an einer Technologie folge mit der nicht nur das unedle Metall haftest sondern gleichzeitig auch andere organische Substrate beschichtet werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem universell unedle Metalle plattiert werden können unter Berücksichtigung dessen, daß dieses Verfahren grundsätzlich auch zur gleichzeitigen Beschichtung von Polymeren und Polymerverbunden eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Verfahrensmerkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Verfahren beruht darauf, daß auf einer organischen elektrisch leitfähigen Schicht, die auf der unedlen Metalloberfläche chemisch abgeschieden wird, die galvanische oder chemisch außenstromlose Beschichtung erfolgt. Zur Erzeugung dieser Schicht wird die unter Umständen vorbehandelte Metalloberfläche in ein oxidierend wirkendes Bad getaucht, danach gespült und mit einer organischen Monomerlösung behandelt und anschließend in ein saures Medium getaucht. Die Metallisierung beispielsweise mit Kupfer, Nickel oder Gold erfolgt dann durch übliche Metallisierungsverfahren.

Dabei wurde überraschend gefunden, daß auf einer unedlen Metalloberfläche wie Aluminium eine haftfeste Schicht durch Reduktion beispielsweise von Kaliumpermanganat Manganoxid erzeugt werden kann.

Die durch Reduktion erhaltene Schicht besitzt oxidierende Wirkung. Diese Wirkung kann ausgenutzt werden, um durch Polymerisation im sauren Medium von heterocyclischen Monomerlösungen, bestehend beispielsweise aus Thiophen, Pyrrol, Furan und deren Derivaten, Schichten von elektrisch leitfähigen Polymeren zu erzeugen.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß eine galvanische Abscheidung auf den so erhaltenen Schichten vorgenommen werden kann. Somit ergibt sich die Möglichkeit, gleichzeitig unedle Metalle und Polymere bzw. Polymerverbunde nach der beschriebenen Vorbehandlung galvanisch oder chemisch außenstromlos zu metallisieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 11.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch die Art der Vorbehandlung die galvanische oder chemisch außenstromlose Beschichtung gleichzeitig auf einer unedlen Metalloberfläche und einer Polymerschicht erfolgen kann. Daraus ergeben sich vorteilhafte Anwendungen bei der Ankontaktierung von Schaltungen, bei der Herstellung elektrisch leitender Bestandteile in Schaltungen sowie im Korrosionsschutz und in der Beschichtungstechnik.

Das Verfahren wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Aluminiumoberflächen wurden nach folgenden Prozeßschritten galvanisch mit Kupfer beschichtet (nach jedem Schritt erfolgte eine Spülung mit kaltem Wasser mit Ausnahme nach den Prozeßschritten 5 und 7):

1. 20 Sekunden tauchen der Metalloberfläche in Aceton bei Raumtemperatur zur Entfernung von organischen Verunreinigungen;
2. 20 Sekunden tauchen in Ammoniumpersulfatlösung bei Raumtemperatur zur Reinigung der Metalloberfläche;
3. 20 Sekunden tauchen in 10%ige Natriumhydroxidlösung bei Raumtemperatur zum Anätzen der Metalloberfläche;
4. 5 Minuten tauchen in eine wäßrige Kaliumpermanganatlösung (63,12 g/l) mit einen pH-Wert von 12,19 und einer Temperatur von 25°C bis 10 Minuten zur Abscheidung der oxidierend wirkenden Zwischenschicht (Braunstein);
5. 2 Minuten tauchen in eine wäßrig/organische Pyrrollösung (11,0 Vol%) mit einen organischen Lösungsmittelanteil (31,4 Vol%) zur Benetzung der Oberfläche mit dem Monomer,
6. 2 Minuten tauchen in Schwefelsäure (100 g/l) zur oxidativen Polymerisation und damit zur Erzeugung der leitfähigen Schicht;
7. Trocknen mit Heißluft;
8. 10 Minuten galvanische Kupferbeschichtung bei einem Potential von -250 mV gegen SCE aus einem zusatzfreien Sulfatelektrolyten;
9. Trocknen mit Heißluft.

Beispiel 2

Die Prozeßschritte 1 bis 4 aus Beispiel 1 wurden beibehalten.

5. 2 Minuten tauchen in eine organische 3,4-Ethylen dioxithiophenlösung (1,0 Vol%) zur Benetzung der Oberfläche mit dem Monomer,
6. 2 Minuten tauchen in eine organische Polysäure (2,5 Vol%) zur oxidativen Polymerisation und damit zur Erzeugung der leitfähigen Schicht;
7. Trocknen mit Heißluft;
8. 10 Minuten galvanische Kupferbeschichtung bei einem Potential von -250 mV gegen SCE aus einem zusatzfreien Sulfatelektrolyten
9. Trocknen mit Heißluft.

Beispiel 3

Die Prozeßschritte 1 bis 9 des Beispiels 1 mit Ausnahme von 3 mit und ohne Spülung zwischen den Prozeßschritten 2 und 4 wurden wiederholt.

Beispiel 4

Die Prozeßschritte 1 bis 9 des Beispiels 2 mit Ausnahme von 3 mit und ohne Spülung zwischen den Prozeßschritten 2 und 4 wurden wiederholt.

Beispiel 5

Die Prozeßschritte 1 bis 9 des Beispiels 1 bei gleichzeitiger Anwesenheit von Polyimid- und Epoxidharzkleberschichten.

Beispiel 6

Die Prozeßschritte 1 bis 9 des Beispiels 2 bei gleichzeitiger Anwesenheit von Polyimid- und Epoxidharzkleberschichten.

Claims

1. Verfahren zur Metallisierung von chemisch nicht oder schwer plattierbaren Metalloberflächen unter Zuhilfenahme von galvanischen oder chemisch außenstromlosen Metallisierungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer unedlen Metalloberfläche eine Zwischenschicht durch Behandlung mit einem höherwertigen Oxidationsmittel erzeugt und anschließend diese Schicht mit organischen Monomeren umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig auf einer unedlen Metalloberfläche und einer Oberfläche aus organischen Materialien, wie Polymeren und Polymerverbunden, eine Zwischenschicht durch Behandlung mit einem höherwertigen Oxidationsmittel erzeugt und anschließend die Zwischenschicht mit organischen Monomeren umgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unedlen Metalloberflächen Schichten aus Aluminium, Zink, Titan oder ähnlichen Metallen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung selektiv auf der unedlen Metalloberfläche bei Anwesenheit von edlen Metallen wie Kupfer und Gold erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche mit Natron-, Kalilauge oder anderen Basen im Konzentrationsbereich von 0 bis 50% alkalisch oder mit Säuren vorbehandelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht durch Reduktion einer Kaliumpermanganatlösung der Konzentrationen von 5 bis 90 g/l bei Reaktionstemperaturen zwischen 10 und 100°C und Reaktionszeiten von 5 Sekunden bis 60 Minuten erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht durch Behandlung mit weiteren Oxidationsmitteln erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitfähige Polymerschicht, der allgemeinen Formel

a) worin Z Sauerstoff, eine Stickstoff/Wasserstoff-Bindung oder Schwefel ist oder eine Gruppe von Atomen zur Vervollständigung der heterocyclischen Verbindung mit einem 5-gliedrigem Ring,
b) R1 und/oder R2 unbesetzt, eine Alkyl-, Alkoxy, Carbonsäure- oder Estergruppe oder
c) eine Ether oder Dietherbrücke zwischen R1 und R2 ist, erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Polymerschicht einen elektrischen Kontakt zum unedlen Metall herstellt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Umsetzung der Zwischenschicht polymerisierten Monomere durch eine galvanische Abscheidung metallisiert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Umsetzung der Zwischenschicht polymerisierten Monomere durch eine chemische außenstromlose Beschichtung metallisiert werden.