DE3512342A1

DE3512342A1 - Verfahren zur metallisierung einer elektrisch isolierenden oberflaeche

Info

Publication number: DE3512342A1
Application number: DE19853512342
Authority: DE
Inventors: Robert Dr.-Ing. 7900 Ulm Ostwald
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1985-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1986-10-09
Anticipated expiration: 2005-04-05
Also published as: EP0204906A3; DE3512342C2; EP0204906A2; JPS61231179A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Ja/rß Theodor-Stern-Kai i UL 85/34

D-6OOO Frankfurt 70

Beschreibung

"Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Metallschichten werden auf verschiedene, insbesondere auch nichtmetallische Unterlagematerialien abgeschieden, um deren funktioneile oder auch dekorative Eigenschaften zu verbessern. Dabei ist eine gute und auch beständige Haftung der Schichten erwünscht. Die Schichthaftung bewirken dabei in erster Linie schvache Wechselwirkungen, sogenannte "Van der Waals-Kräfte", sowie stärkere Bindungen durch chemische Verbindungen oder auch mechanische Verankerungen in jeweils

ORiGiNAL INSPECTED

mehr oder weniger großen Anteilen. Die einzelnen Anteile sind je nach Materialpaarung und Herstellungsverfahren sehr verschieden und können sich bei Alterungsprozessen, insbesondere bei thermischer Beanspruchung, noch verändern, was sich in einer Änderung der Haftfestigkeit, und zwar meistens in deren rapider Verschlechterung zeigt.

Zur Herstellung einer gut haftenden Beschichtung ist insbesondere der Anteil der mechanischen Verankerung am zu beschichtenden Körper dann besonders wichtig, wenn die Anteile der anderen Beiträge zur Haftung nur sehr klein sind oder ganz fehlen.

Es sind Verfahren bekannt, mit denen eine bessere Haftung der Metallschicht durch Oberflächenaufrauhung erreicht werden, z.B. durch Schleif- und Strahlprozesse oder durch Anquellen und Anrauhen der Oberfläche durch chemisches Ätzen oder durch Einbettung herauslösbarer Fremdstoffe in die Oberfläche. Diese Verfahren ermöglichen jedoch allenfalls eine unzureichende Haftfestigkeit bei einer sehr duktilen Metallbeschichtung (oder auch bei einer Metallschicht, die bei hoher thermischer Belastung durch Rekristallisationsvorgänge ("Weichglühen") sehr duktil wird), weil die Verankerungen der Metallschicht zu weich sind.

Die Abscheidung von vorne herein hinreichend harter Schichten ist in der Regel nicht möglich, da diese erfahrungsgemäß sehr hohe (innere) Eigenspannungen haben, welche die Haftung auf der Unterlage überfordern und zum sofortigen Abpellen der Metallschichten führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine möglichst haftfeste Metallisierung erreicht wird, die auch bei thermischer Belastung erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung beruht darauf, daß nach einem Aufrauhen der zu metallisierenden Oberfläche auf diese eine Zwischenschicht aufgebracht wird,(durch z. B. Aufdampf-, Spucter- oder naßchemische Verfahren), deren Duktilität kleiner als diejenige der nachfolgend aufgebrachten Metallschicht ist. Die Haftfestigkeit zwischen der Zwischenschicht und der Unterlage kann mit nachfolgend aufgebrachter Metallschicht durch eine Legierungsbildung gesteigert werden. Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiell :

Keramikplättchen aus 99,5% Aluminiumoxid mit einer Dicke von ungefähr 0,7 tnm und mit einer mittleren Rauhtiefe von ungefähr 0,5um werden zur Entfernung der glasartigen "Brennhaut" in einer Schmelze von Natiumhydroxid geätzt und nach dem Herausziehen aus der Schmelze und Abkühlen in demineralisiertem Wasser bei Ultraschallanregung gespült. Durch getrennte Behandlung in einer Lösung von Zinn-II-chlorid, in Wasser und in einer Lösung von Palladiumchlorid

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sowie abschließendem Spülen in demineralisiertem Wasser entsteht in bekannter Weise eine katalytische Keimschicht auf der Keramikoberfläche. Auf dieser werden dann aus einem derzeit handelsüblichem chemischen Nickel-Hypophosphitbad bei Raumtemperatur eine ungefähr 0,1 μπι dicke Zwischenschicht aus Nickelphosphor sowie direkt anschließend aus einem derzeit handelsüblichen chemischen Kupferbad eine ungefähr 0,2 μπι dicke Kupfer schicht abgeschieden. Nach dem gründlichen Spülen in demineralisiertem Wasser und dem Trocknen an Luft wird diese Schichtenfolge in einem Rohrofen unter Stickstoff für 30 Minuten bei 400⁰C getempert. Danach wird die Kupferschicht in einem derzeit handelsüblichen Kupfersulfatbad galvanisch auf ungefähr μπι Schichtdicke verstärkt. Mit Hilfe der Fotoätztechnik werden zu Meßzwecken Streifen von lmm Breite präpariert, an welchem mit einer Zugprüfmaschine Schälkräfte von ungefähr 0,9 N/mm gemessen werden. Nach einer thermischen Behandlung der Proben von 15 Minuten bei 300⁰C wurden Schälkräfte von 1,5 N/mm gemessen.

Beispiel 2:

Borsilxkatglasplattchen mit einer Dicke von ungefähr lmm erhalten eine mittlere Rauhtiefe von 2,0 μπι durch Strahlen mit Korundpulver in einer derzeit typischen Labor-Sandstrahlanlage und durch Spülen bei Ultraschallanregung in demineralisiertem Wasser. Nach der Belegung mit einer katalytischen Keimschicht, wie in Beispiel 1, wird als Zwischenschicht eine ungefähr 0,5μηι dicke Nickel-Kupfer-Phosphorschicht aus einem Nickel-Kupfer-Hypophosphitbad folgender Zusammensetzung abgeschieden:

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9,4 g/l Nickelsulfat

1,3 g/l Kupfersulfat

17,0 g/l Citronensäure

0,5 g/l Di-Na-EDTA (Dinatriumsalz der Ethylen-

diamintetraessigsäure)

13,0 g/l Natriumhypophosphit

pH = 8,5 mit NaOH einstellbar

Danach wird, wie in Beispiel 1, galvanisch mit Kupfer auf ungefähr 15 um Schichtdicke verstärkt. Es werden Streifen präpariert und Schälkräfte von ungefähr 0,6 N/mm gemessen. Nach einer Wärmebehandlung von 15 Minuten bei 300⁰C werden Schälkräfte von 0,8 N/mm gemessen.

Beispiel 3:

Aluminiumoxid-Keramiksubstrate werden, wie in Beispiel 1, vorbehandelt und mit katalytischen Keimen belegt. Die erste Hälfte einer Substratcharge wird aus einem derzeit handelsüblichen chemischen Kupferbad mit ungefähr 0,3M^m Kupfer und anschließend galvanisch aus einem Kupfersulfatbad mit ungefähr 15Mm Kupfer beschichtet. Die zweite Hälfte der Substratcharge wird aus dem Nickel-Kupfer-Hypophosphitbad von Beispiel 2, während durch tropfenweise Zugabe von Natronlauge der pH-Wert des Baaes während der Abscheidung allmählich von 8,5 auf 11,0 gesteigert wird, mit einer ungefähr 0,5Mm dicken Nickel-Kupfer-Phosphorschicht als Zwischenschicht versehen, deren Kupfergehalt dabei kontinuierlich von ungefähr 40% auf 70$ zunimmt. Diese Schichten werden ebenfalls anschließend galvanisch mit Kupfer auf ungefähr 15M^m Schichtdicke verstärkt. Nach

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Nach der fotoatztechnischen Herstellung von Schälstreifen werden bei der ersten Hälfte der Probencharge Schälkräfte von ungefähr 0,7 ^;N/mm und bei der zweiten Hälfte Schäl-, kräfte von ungefähr 0,9 N/mm gemessen. Nach einer thermisehen Behandlung aller Proben von 15 Minuten bei 300⁰C haben die Schälkräfte der ersten Hälfte (mit Kupfer als Basismaterial) auf ungefähr 0,3 N/mm abgenommen und die Schälkräfte der zweiten Hälfte (mit Nickel-Kupfer-Phosphor als Zwischenschicht) auf ungefähr 2,0 N/mm zugenommen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, statt der kupferhaltigen Metallschicht eine silber- oder goldhaltige Metallschicht zu verwenden.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Ja/rß Theodor-Stern-Kai 1 UL

D-6000 Frankfurt 70

Patentansprüche

.1. Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche, insbesondere einer kunststoff- oder silikat- oder keramikhaltigen Oberfläche, bei welchem auf diese eine Metallschicht abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abscheiden der Metallschicht auf der Oberfläche eine elektrisch leitende Zwischenschicht erzeugt wird, deren Duktilität kleiner ist als diejenige der Metallschicht.
2. Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht abgeschieden wird, deren Duktilität kleiner ist als diejenige der Metallschicht und/oder daß die Duktilität der abgeschiedenen Zwischenschicht durch eine thermische Behandlung verringert wird.

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3". Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Metalloid enthält, die eine Legierungsbildung mit der Metallschicht ermöglichen.
4. Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht Tit der Zwischenschicht legiert wird und daß die dadurch entstandene Legierungsschicht dünner ist als die Zwischenschicht.
5· Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legiarungsschxcht bei einer Temperatur erzeugt wird, die in einem Temperaturbereich von 200 K bis 1500 K liegt.
6. Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine chemisch abscheidbare Zwischenschicht aufgebracht wird, die mindestens ein Metall der Metallschicht enthält in einer Konzentration, die in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Zwischenschicht zunimmt.
7- Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine thermische Nachbehandlung der Zwischenschicht eine Ausscheidungshärtung vorgenommen wird.

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8. Verfahren zur Metallxesierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht ein elektrisch gut leitendes Metall enthält.
9. ■ Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht mindestens eines der Metalle Nickel, Kobalt, Eisen, Zinn, Zink oder Beryllium enthält.
10. Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenschicht eine Nickel- Phosphor-Schicht abgeschieden wird und daß darauf eine kupferhaltige Metallschicht abgeschieden wird.