DE3347038A1

DE3347038A1 - Verfahren zum beschichten von traegern mit metallen

Info

Publication number: DE3347038A1
Application number: DE19833347038
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. Dr. 7530 Pforzheim Kehrer; Manfred Dipl.-Ing. 7534 Birkenfeld Kemp
Original assignee: KAMMERER F GmbH
Current assignee: KAMMERER F GmbH
Priority date: 1983-12-24
Filing date: 1983-12-24
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE3347038C2

Description

Beschreibung.
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Beschichten von Trägern mit Meta len. Es Ist bekannt, daß man Träger dadurch mit Metallen beschichten kann, daß man die Metalle verdampft und den Metalldampf auf den Trägern niederschlägt. Die dazu bekannten Verfahren besitzen den Nachteil. daß sie mit sehr hohen Temperaturen arbeiten müssen und sind sehr aufwendig.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Beschichtung von Trägern mit Metallen ist das Verfahren der Kathodenstrahlzerstäubung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Herstellung der -als Targets bezeichneten Träger aufwendig ist und daß die Abscheideraten gering sind. Das Abscheiden unterschiedlicher Metalle übereinander ist zwar grundsätzlich möglich, aber mit großem Aufwand verbunden.
Weit verbreitete Verfahren zur Beschichtung von Trägern mit Metallen sind des Verfahren der galvanischen Abscheidung von Metallen und der chemischen Abscheidung von Metallen. Diese Verfahren sind verhältnismäßig preiswert und erlauben au--ch verhältnismäßig hohe Abscheideraten, jedoch gibt es nicht für alle gewunschten Metalle galvanische oder chemische Abscheideverfahren und das Abscheiden von Legierungen ist nach dem heutigen Stand der Technik nur in wenigen Ausnahmefällen möglich.
Ferner ist es bekannt, aus Edelmetalipulvern und organischen Bindemitteln flüssige bis pastöse Präparate herzustellen, welche sich zum Auftragen auf Träger durch Pinseln, Spritzen Tauchen, durch Siebdruckverfahren oder ähnliches eignen. Nach dem Auftragen verfestigt sich das aufgetragene Präparat durch Verdunstung des im Präparat enthaltenen Lösungsmittels und/oder durch Vernetzung (Härtung) des im Präparat enthaltenen Bindemittels. Man erhält auf diese Weise Beschichtungen, die zwar stark metallhaltig sind, aber ausser dem Metall eben noch ein nichtmetallisches Bindemittel enthalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten von Trägern mit Metallen verfügbar zu machen, welches auf relativ preiswerte Weise und ohne ein Bindemittel zu benötigen das Abscheiden praktisch aller Metalle und auch von Legierungen ermöglicht, und zwar nicht nur in einer Schicht, sondern auch in beliebigen Schichtenfolgen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Metalle zunächst in metallorganische Sandwich-Verbindungen eingebunden. Es handelt sich dabei um Verbindungen mit geschichteter Molekülstruktur, wobei zwischen je zwei Schichten in einem Molekül einer solchen Sandwich-Verbindung verhältnismäßig locker ein Metallatom eingebunden ist, welches auch als Kern der Sandwich-Verbindung bezeichnet wird. Es gibt Sandwich-Verbindungen mit einem Kern (Typ Me CyHz) oder mehreren Kernen (Typ Melw Me2x CyHz) je nachdem, aus wieviel Schichten die Molekülstruktur der jeweiligen Sandwich-Verbindung @esteht.
Ein Beispiel einer solchen Sandwich-Verbindung ist das bei 10000 sublimierende Eisensalz des Cyclopentadiens; es besteht aus. zwei Cyclopentadienid-Ringen, zwischen welche ein Eisenion eingebettet ist. In den angegebenen Summssnformeln bezeichnet Me, Mel und Me2 jeweils ein Metallatom, C Kohlenstoff und H Wasserstoff.
Sandwich-Verbindungen haben den Vorteil, daß man praklisch beliebige Metalle als Kerne in sie einbauen kann Hierdurch wird es möglich, nicht nur einzelne Metalle in reiner Form, sondern praktisch beliebige Kombinationen von Metallen nebeneinander in Form von Legierungen oder von Gemengen abzuscheiden. Um dieses zu erreichen, muss man ledigl ch dafür sorgen, dass die flüssige oder pastöse Zubereitung, welche auf den zu beschichtenden Träger aufgetragen werden solI, Sandwich-Verbindungen mit den gewünschten Metallen in entsprechendem Mengenverhältnis enthält. Dabei können die unterschiedlichen Metalle sowohl in gleiche 3andwich-Verbindungen als auch in unterschiedliche Sandwich-Verbindungen eingebunden werden. Letzteres ist deshilb m)glich, weil sich die heute bekannten metallorganischen Sandwich-Verbindungen unter ähnlichen Bedingungen zersetzen und dadurch die in sie eingebundenen Metalle freisetzel las;en.
Bevorzugt wird allerdings das Einbinden der Metalle i 1 jeweils die gleichen Sandwich-Verbindungen,weil dann d ie ver sch iedenen Metalle unter den gleichen Bedingungen freigesetzt werden können.
Die Zähigkeit der flüssigen oder pastösen Zubereitung, welche die metallorganischen Sandwich-Verbindungen enthält, ist grundsätzlich frei wählbar und richtet sich nach dem gewünschten Auftragsverfahren. Als Auftragsverfahren kommen jene in Betracht, die auch zum Auftragen von Leitlacken und Leitpasten bekannt sind (Tauchen, Pinseln, Aufstreichen, Spritzen, Siebdruck und ähnliches).
Die Zubereitungen sollen ausser den metallorganischen Verbindungen allenfalls solche Substanzen enthalten, die.sich nach. dem Abscheiden der Metalle aus den metallt organischen Sandwich-Verbindungen möglichst rückstandslos von dem beschichteten Träger entfernen lassen. Besonders geeignet sind Lösungsmittel, welche bereits während des Zersetzens der Sandwich-Verbindungen verdunsten. Ferner eignen sich solche Substanzen als Bestandteil der Zubereitungen, welche sich leicht in flüchtige Bestandteile zersetzen oder durch Lösungsmittel entfernen lassen.
Das Freisetzen der als Kerne in die metallorganischen Sandwich-Verbindungen eingebundenen Metalle kann im einfachsten Fall durch thermische Zersetzung der Sandwich-Verbindungen erfolgen. Ausserdem können die Sandwich-Verbindungen dadurch zersetzt und die in ihnen als Kerne enthaltenen Metalle freigesetzt werden, dass man sie gezielt mit einer Strahlung beaufschlagt und ihnen dadurch dosiert Energie zuführt. Hierzu eignet sich jede Strahlung, deren Energieinhalt und Wechselwirkung mit der auf den Träger aufgetragenen Zubereitung ausreicht, um die als Kerne in die metallorganischen Sandwich-Verbindungen eingebauten Metalle freizusetzen. Es kommen demnach insbesondere folgende Strahlungsarten in Betracht: Röntgenstrahlung, ultraviolette Strahlung, Laser-Strahlung und Elektronenstrahlen. Da sich die genannten Strahlungsarten scharf bündeln lassen, bieten sie die Möglichkeit, einen großflächig mit einer flüssigen oder pastösen Zubereitung, welche die metallorganischen Sandwich-Verbindungen enthält, beschichteten Träger nur selektiv mit Metallen zu beschichten, indem man die gebündelten Strahlen nur an vorbestimmten Stellen des Trägers auftreffen läßt.
Nur an diesen Stellen werden dann die metallorganischen Sandwich-Verbindungen zersetzt und die in sie eingebundenen Metalle freigesetzt, sodaß sie sich auf dem Träger festsetzen können. Letzteres tun die Metalle sehr bereitwillig, da sie in atomarer Form aus den Sandwich-Verbindungen freigesetzt werden, mithin sehr reaktiv sind.
Dieses Vorgehen bietet die Möglichkeit, daß die aufgetragenen Substanzen von nicht bestrahlten Flächen leicht abgelöst und einer weiteren Verwendung zugeführt werden können.
Eine nur teilweise Beschichtung von Tragern mit Metallen läßt sich ausser durch selektives Bestrahlen des Trägers auch dadurch erzielen, dass man den Träger an jenen Stellen, an welchen sich kein Metall niederschlagen soll, maskiert oder passiviert und anschließeid die Zubereitung vollflächig auf den Träger aufträgt.
Man braucht den Träger dann nicht selektiv zu bestrahlen, sondern kann ihn insgesamt einheitlich er- wärmen und dadurch die Sandwich-Verbindungen zersetzen.
Die freigesetzten Metalle setzen sich dann lediglich an den nicht maskierten bzw. nicht passivierten Bereichen des Trägers fest und können an den maskierten bzw. passivierten Bereichen leicht wieder entfernt werden. Mittel zum Maskieren oder Passivieren von Trägern vor der Beschichtung sind im Bereich der Beschichtungstechnik Stand der Technik und stehen dem Fachmann zur Verfügung.
Eine weitere Möglichkeit , einen Träger nicht vollflächig, sondern lediglich in Teilbereichen zu beschichten, besteht darin, die flüssige oder pastöse Zubereitung, welche die metallorganischen Sandwich-Verbindungen enthält, nur in den zu beschichtenden Teilbereichen des Trägers aufzutragen und danach durch Erwärmen die Metalle aus den Sandwich-Verbindungen freizusetzen. Als Auftragsverfahren eignet sich hier besonders das Sidiruckverfahren , welches dem Fachmann z. B. aus Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leiterplatten bekannt ist.
Die einfachste Art und Weise der Freisetzung der Kerne aus den metallorganischen Sandwich-Verbindungen ist - wie bereits erwähnt- das Erwärmen. Dieses hat den Vorteil, dass in demselben Verfahrensschritt in der auf den Träger aufgetragenen Zubereitung enthaltene flüchtige Substanzen ausgetrieben werden können.
Ausserdem beschleunigt erhöhte Temperatur die Abscheidung der Metalle aus den Sandwich-Verbindungen und begünstigt Diffussionsvorgänge, welche zu einer besseren Haftung der abgeschiedenen Metalle auf dem Träger führen können.
Enthält die Zubereitung eine Mischung von Sandwich-Verbindungen mit unterschiedlichen Metallkernen, welche zur Legierungsblldung geeignet sind, dann kann sich beim Zersetzen der Sandwich-Verbindungen auf der Oberfläche des Trägers unmittelbar eine Legierung aus diesen Metalle, wobei die Legierungsbildung durch erhöhte Temperatur noch begünstigt wird.
Enthält die Zubereitung, welche auf den Träger aufgetragen wird, eine Mischung vo.n Sandwich-Verbindungen mit unterschiedlichen Metallkernen, welche nicht zur Legierungsbildung neigen, dann scheiden sich die Metalle beim Zersetzen der Sandwich-Verbindungen auf der Oberfläche des Trägers in Form eines sehr fein verteilten Gemenges ab.
Durch mehrfaches Wiederholen des im Anspruch 1 definierte Beschichtungsverfahrens lassen sich auf einem Träger auch mehrere metallische Schichten übereinander erzeugen.
Dies ist besonders interessant zur Erzeugung von Schichte aus unterschiedlichen Metallen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß man der Zubereitung, welche die metallorganischen Sandwich-Verbindungen enthält, polymerisierbare, insbesondere strahlenpolymerisierbare Monomere zusetzen kann. Dies hat zur Folge, dass man beim Zersetzen der metallorganischen Sandwich-Verbindungen durch Erwärmen dYBestrahlen nicht nur Metalle aus den metallorganischen Sandwich-Verbindungen freisetzt, sondern gleichzeitüg die Monomere zur Polymerisation anregt.
Es kommt deshalb zu einer gemeinsamen Abscheidung von Metallen und polymeren Substanzen auf dem Träger.
Hierfür gibt es interessante Anwendungen. Erwähnt sei, dass man auf diese Weise in die abgeschiedenen Metalle z.B. Festschmierstoffe einlagern kann, welche dem so behandelten Werkstück selbstschmierende Eigenschaften verleihen. Solche Deckschichten mit selbstschmierenden Eigenschaften können eingesetzt werden für lösbare Steckverbindungen, insbesondere für elektrische Steckkontakte, aber auch für elektrische Gleitkontakte.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Beschichten von metallischen Trägern, z.B. von elektrischen Kontaktmaterialien sowie von nichtmetallischen Trägern. Besonders vielversprechend ist seine Anwendung zur Herstellung von elektrischen Schaltungsmustern auf elektrisch isolierenden Trägern, z.B. von Schichtschaltungen.

Claims

"Verfahren zum Beschichten von Trägern mit Metallen' Patentansprüche: 1. Verfahren zum Beschichten von Trägern mit Metallen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Einbinden der abzuscheidenden Metalle als Kerne in eine oder mehrere metallorganische Sandwich-Verbindungen, b) Erzeugen einer diese metallorganischen Sandwich-Verbindungen enthaltenden, flüssigen oder pastösen Zubereitung, c) Auftragen der so erzeugten Zubereitung auf einen zu beschichtenden Träger, d) Freisetzen der als Kerne in die metallorganischen Sandwich-Verbindungen eingebundenen Metalle durch Zuführen von Energie zu der auf den Träger aufgetragenen Zubereitung, e) Entfernen der Reste der Zubereitung vom Träger.
2. Verfahren nach Anspruch :, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beschichten eines Trägers mit Metallen nur in Teilbereichen dieses Trägers der Träger außerhalb dieser Teilbereiche maskiert oder passiviert und anschließend die Zubereitung, welche die meUallorganischen Sandwich-Verbindungen enthält, vollflächig oder wenigstens in einem die zu beschichtendzn Teilbereiche umfassenden größeren Bereich auf den Träger aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beschichten eines Trägers mit Metallen nur in Teilbereichen dieses Trägers die Zubereitung, welche die metallorganischen Sandwich-Verbindungen enthält, vollflächig oder wenigstens in einem diese Teilbereiche umfassenden größeren Bereich auf den Träger aufgetragen wird und danach nur die zu beschichtenden Teilbereiche des Trägers zur Freisetzung der Metalle aus den metallorganischen Sandwich-Verbindungen mit energiereichen Strahlen bestrahlt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beschichten eines Trägers mit Metallen nur in Teilbereichen dieses Trägers die 2u4trtitung, welche die metallorganischen $andwich-VerbindungQn enthält, nur in diesen Teilbereichen auf den Träger aufgetragen und danach durch Erwarmen die Metalle aus den Sandwich-Verbindungen freigesetzt werden.
5. Verfahren nach einem der vor-stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen einer metallorganische Sandwich-Verbindungen enthaltenden Zubereitung Sandwich-Verbindungen mit unterschiedlichen Metallkernen miteinander gemischt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, da-durch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Metallkerne in die gleichen Sandwich-Verbindungen eingebunden sind.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die metallorganischen Sandwich-Verbindungen enthaltende Zubereitung auch polymerisierbare, insbesondere strahlenpolymerisierbare Monomere enthält.