DE2159613A1 - Verfahren zum stromlosen Metallplat tieren nichtleitender Korper - Google Patents

Verfahren zum stromlosen Metallplat tieren nichtleitender Korper

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DE2159613A1 DE19712159613 DE2159613A DE2159613A1 DE 2159613 A1 DE2159613 A1 DE 2159613A1 DE 19712159613 DE19712159613 DE 19712159613 DE 2159613 A DE2159613 A DE 2159613A DE 2159613 A1 DE2159613 A1 DE 2159613A1
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Description

Verfahren zum stromlosen Metallplattieren nichtleitender Körper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen Metallplattieren nichtleitender Körper, insbesondere von Schaltkarten für elektronische Geräte, unter Anwendung von Sensibilisierungs- und Aktivierungsverfahren.
Prinzipiell sind drei Verfahren bekannt, um Metalle auf nichtmetallische poröse oder nichtporöse Unterlagen bzw. Glas aufzubringen. Einmal ist es möglich, die Metalle mechanisch durch Plattierung bzw. durch Aufsprühen oder Aufdampfen aufzubringen. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die aufgebrachten Schichten sehr große Dickenunterschiede aufweisen und daß die Haftfähigkeit auf der Unterlage sehr klein ist, so daß sogar Unterbrechungen der Leiterzüge auf Schaltkarten möglich sind, wobei zu beachten ist, daß die Leiterzüge von Schaltungsplättchen für mikrominiaturisierte Schaltkreise nur eine Breite von 100 μ und kleiner haben. Eine homogene Dicke über das ganze Plättchen ist deshalb von so großer Bedeutung, weil der Widerstand der einzelnen Leiterzüge des Plättchens konstant und sehr klein sein
209824/0982
- 2 soll, um möglichst wenig elektrische Verluste zu haben.
Außerdem ist es bekannt, Metalle, wie z.B. Kupfer und Gold, mit Hilfe der Galvanotechnik auf nichtmetallische Unterlagen aufzubringen. Auch sind die hierzu erforderlichen Vorrichtungen bekannt. Diese Verfahren und Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die nichtmetallischen Unterlagen mit viel Aufwand an Zeit und Material für den galvanischen Prozeß vorbereitet werden müssen. Damit eine einwandfreie Haftung des Goldes bzw. des Metalles auf der nichtmetallischen Unterlage erreicht wird, müssen vor dem eigentlichen Metallisierungsprozeß in mehreren Prozessen verschiedene metallische Zwischenschichten auf chemischem oder galvanischem Wege auf das Grundmaterial aufgebracht werden. Dadurch wird dieses gesamte Verfahren sehr teuer und zeitaufwendig. Außerdem haben diese bekannten Verfahren den Nachteil, daß sie zur Herstellung von mehrschichtigen Leiterzügen auf nichtmetallischen Unterlagen ungeeignet sind, da die Leiterzüge durch Ätzen mittels Königswasser hergestellt werden müssen.
Außerdem ist es bekannt, Kupfer oder Silber mit Hilfe chemischer Verfahren auf nichtleitende poröse Körper oder Unterlagen aufzubringen. Dabei wird der zu versilbernde bzw. verkupfernde Körper vor dem eigentlichen Metallisierungsprozeß sensibilisiert und aktiviert sowie gegebenenfalls noch mit einer anderen metallhaltigen Zwischenschicht versehen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr umständlich und hat auch zur Folge, daß die Haftungsfähigkeit auf der nichtelektrischen Unterlage äußerst gering ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein stromloses Metallplattierungsverfahren anzugeben, das einmal eine sehr große Haftfähigkeit der aufgebrachten Schicht auf der Unterlage ermöglicht und zum anderen eine homogene und gleichmäßig starke Schicht ermöglicht.
Die erfindurigsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren, das durch folgende Verfahrerisschritte gekennzeichnet ist.
Docket en 970 031 209824/0982
1. Eintauchen des Epoxydsubstrates für einen Zeitraum von 1 bis 2 Minuten in eine Schmelze aus etwa 60 % KOH und 40 % KaOH, die auf einer Temperatur von etwa 225 C gehalten wird;
2. Abspülen des Substrats mit Wasser zur Entfernung des alkalischen Metallhydroxyds;
3. Sensibilisierung und Aktivierung des Substrats und anschließendes Eintauchen desselben für einen Zeitraum von 20 Minuten in eine Lösung zur stromlosen Kupferplattierung;
4. Entfernung des Substrates aus der Kupferlösung und Eintauchen desselben in ein konventionelles elektrolytisches Kupferbad so lange, bis ein Film mit gewünschter Dicke erzielt wird und
5. Erwärmung des Substrates für einen Zeitraum von etwa 15 Minuten auf eine Temperatur von ca. 170 °C.
Wie sich gezeigt hat, hat ein auf diese Art und Weise aufgebrachtes Metall auf einer nichtelektrischen Unterlage eine äußerst große Haftfähigkeit, die mit den bisherigen Verfahren nicht erreicht wurde.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
itfach konventionellen Verfahren zur stromlosen Kupferplattierung wird ein Substrat in geeigneter Weise in einer wässrigen Alkalilösung gereinigt. Eine Sensitivierungslösung besteht aus einer wässrigen Lösung mit einem Gehalt von 160 bis 165 g Zinnchloriddyhydrat. 170 bis 175 cm Salzsäure als Reagenz und 3,78543 Liter destilliertem Wasser. Die Sensitivierungslösung soll auf einer Temperatur von 20 bis 30 0C gehalten werden. Das Substrat wird 5. bis 7 Minuten lang in diese Lösung eingetaucht. Substrate können auch durch Eintauchen in eine der folgenden Lösungen sensitiviert
Docket EN 970 031 209824/0 9 82
werden: eine wässrige Salzsäurelösung von Titaniumtrichloride eine wässrige Ammonium-Hydroxydlösung von Silbernitrat; eine wässrige Lösung von Hydrochinon und Äthanol; eine wässrige Lösung von Zinn-Fluoroborat und freier Fluoro-Borsäure.
Nach der Sensitivierung wird das Substrat in Wasser gespült und in eine Aktivierungslösung getaucht, um einen Film eines sich ablagernden Metalles auf dem Substrat niederzuschlagen. Die Aktivierungslösungen schlagen entweder Gold, Silber oder Palladium nieder. Eine Aktivierungslösung wird hergestellt, indem man 0,3 bis 2 g PdCl0.2H0O, gelöst in destilliertem Wasser, in 40 bis 160 cm konzentrierter Salzsäure als Reagenz gibt. Diese Lösung wird auf einer Temperatur von 20 bis 30 0C gehalten und das Substrat wird 2 bis 4 Minuten lang in diese Lösung getaucht.
Danach wird das Substrat in ein Plattierungsbad getaucht, welches z. B. eine wässrige Lösung eines Kupfersalzes und eines alkalischen Metallhydroxydes unter Anwesenheit von Salzen wie Kaliumnatriumtartrat und/oder Natriumcarbonat enthält. Das Substrat wird solange eingetaucht, bis sich ein leitender Überzug bildet.
Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung eines konventionellen wässrigen Bades zur stromlosen Plattierung durchgeführt werden, z. B. in einem Nickel- oder Kupferbad. Anschließend wird ein Beispiel für ein geeignetes Kupferplattierungsbad gegeben.
Docket EN 970 031 209824/0982
Bestandteil
üntergrenze
Obergrenze
Kupfersulfatpentahydrat
Formaldehyd (37%)
Nickelchloridhexahydrat
Natriumhydroxyd
Kaliumnatriumtatrate
Natriumcarbonat
165 g/3,78 Liter
1880 ml/ " 63 g/ "
152 g/ " " 695 g/ "
68 g/ "
175 g/3,78 Liter
1900 ml/ " 72 g/ "
162 g/ " 710 g/ "
77 g/ "
Ein typisches Nickelbad zur stromlosen Plattierung hat folgende
Zusammensetzung:
2 NiCo3.3 Ni(OH)2 HF (als 50 % HF) Zitronensäure
NH4HF2
NH4OH
ph
Temperatur
10 g/l
6 ml/1
5,5 g/l
10 g/l
20 g/l
30 ml/1
4f5 - 6,8
75 - 85 °F
Die Epoxydkarten können aus jedem Epoxadharz hergestellt werden. Für die vorliegende Erfindung wurde z.B. ein Glasfasergewebe mit einer Zusammensetzung präpariert, die aus bromhaltigem Epoxydharz, 90 Gewichtsprozent der festen Harzteile, vierwertigem Epoxydharz, 10 bis 30 Gewichtsprozent der festen Harzteile, Dicyandiamid, 3
Docket en 970 031 2 0 98 2 h /0
bis 4 Gewichtsprozent, dreiwertigen Aminen, 0,2 bis 0,4 Gewichtsprozent und 40 Gewichtsprozent Äthylglycolmonomethyläther bestand, aufgelöst in einer Menge MethylathyIketon, die ausreichte, um dem Niederschlag ein spezifisches Gewicht von 1,085 ± 0,005 zu verleihen. Das Glasfasergewebe wird in Stufen auf eine Endtemperatür von 150 bis 170 °C erwärmt, bis die gewünschte Phase der teilweisen Aushärtung erreicht wird. Die teilweise ausgehärteten vorbereiteten Bogen werden zusammen in einer Presse bei einer Temperatur von ;
tet.
von 170 bis 175 0C während 30 bis 120 Minuten aufeinandergeschich-
Das Verfahren der Erfindung kann typischerweise wie folgt ausgeführt werden:
Eine gemäß obiger Beschreibung unter Verwendung auch anderer Epoxy d zusammensetz un gen vorbereitete Epoxydkarte oder ein solches Substrat wird in einen Behälter getaucht, der eine eutektische Schmelze aus einem alkalischen Metallhydroxyd mit etwa 60 % KOH und etwa 40 NaOH enthält. Die Temperatur der eutektischen Schmelze wird zwischen 167 und 300 C gehalten. Ein spezieller Temperaturbereich liegt zwischen 200 und 230 °C. Das Epoxydsubstrat bleibt für etwa 1 bis 2 Minuten in der eutektischen Schmelze und wird danach mit Wasser abgespült, um das alkalische Metallhydroxyd zu entfernen. Das Epoxydsubstrat wird dann mit einem konventionellen Sensitivierungsmitte1 sensitiviert und mit einem kata-Iytischen Metall wie z. B. Edelmetallen gemäß obiger Beschreibung aktiviert. Auf konventionelle Weise wird Palladiumchlorid verwendet. Das so behandelte Epoxydsubstrat wird dann für etwa 20 Minuten in ein konventionelles Bad zur stromlosen Metallplattierung getaucht, wie es oben beschrieben wurde. Dann wird die Karte in ein konventionelles elektrolytisches Metallbad so lange eingetaucht, bis ein Metallfilm von gewünschter Dicke niedergeschlagen ist. Nachdem das Substrat dann aus dem elektrolytischen Plattierungsbad herausgenommen wurde, wird es für etwa 5 bis 30 Minuten auf 170 bis 190 0C erwärmt. Für andere Zeiten können natürlich auch andere Temperaturen gewählt werden. Niedrigere Temperaturen
Docket EN 970 031 209824/0982
erfordern dabei natürlich auch längere Zeiten und umgekehrt. Dabei werden hohe Haftungsfestigkeiten erzielt.
Ein spezifisches Beispiel der Erfindung ist durch die nachfolgende Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte gegeben:
1. Eintauchen des Epoxydsubtrates für 1 bis 2 Minuten
in eine Schmelze aus etwa 60 % KOH und 40 % NaOH, die auf einer Temperatur von etwa 225 0C gehalten wird.
2. Abspülen des Substrates mit Wasser zur Entfernung des alkalischen Metallhydroxyds.
3. Sensitivierung und Aktivierung des Substrates und anschließendes Eintauchen desselben für 20 Minuten in eine Lösung zur stromlosen Kupferplattierung.
4» Entfernen des Substrates aus der Kupferlösung und Eintauchen desselben in ein konventionelles elektrolytisches Kupferbad so lange, bis ein Film mit gewünschter Dicke erzielt wird.
5. Erwärmen des Substrates für etwa 15 Minuten auf eine Temperatur von rund 170 C.
Docket ei, 970 031 209824/0982

Claims (6)

- 8 PATENTANSPRÜCHE Verfahren zum stromlosen Metallplattieren nichtleitender Körper, insbesondere von Schaltkarten für elektronische Geräte, unter Anwendung von Sensibilisierungs- und Aktivierungsverfahren, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
1. Eintauchen des Epoxydsubstrates für einen Zeitraum von 1 bis 2 Minuten in eine Schmelze aus etwa 60 % KOH und 40 % NaOH,
gehalten wird;
und 40 % NaOH, die auf einer Temperatur von etwa 225 C
2. Abspülen des Substrats mit Wasser zur Entfernung des alkalischen Metallhydroxyds;
3. Sensibilisierung und Aktivierung des Substrats und anschließendes Eintauchen desselben für einen Zeitraum von ca. 20 Minuten in eine Lösung zur stromlosen Kupferplattierung;
4. Entfernen des Substrats aus der Kupferlösung und Eintauchen desselben in ein konventionelles elektrolytisches Kupferbad so lange, bis ein Film mit gewünschter Dicke erzielt wird und
5. Erwärmung des Substrats für einen Zeitraum von etwa 15 Minuten auf eine Temperatur von ca. 170 0C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensibilisierung mit einer wässrigen Alkalilösung durchgeführt wird, die aus 160 bis 165 g in 3,78543 Liter Wasser Zinnchlorid Dihydrat und 170 bis 175 cm° Salzsäure besteht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekenn-Docket-EN 9 70 u3l
31 209824/0982
_ Q —
zeichnet, daß der Sensibilisierungsprozeß bei einer Temperatur von 20 bis 30 0C abläuft.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktivierungslösung 0,3 bis 2 g
PdCl0.2H-0 in destilliertem Wasser gelöst verwendet
3
wird, wobei 40 bis 160 cm konzentrierte Salzsäure
als Reagenz beigegeben wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der eutektischen Schmelze auf 60 % KOH und etwa 40 % NaOH auf einer Temperatur
zwischen 167 und 300 °C gehalten wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Metall überzogene Substrat bei
einer Temperatur von ca. 170 0C ca. 15 Minuten erhitzt wird.
Docket en 970 031 209824/0982
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