DE3512342C2

DE3512342C2 - Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche

Info

Publication number: DE3512342C2
Application number: DE19853512342
Authority: DE
Inventors: Robert Dr Ing Ostwald
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1985-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2005-04-05
Also published as: JPS61231179A; DE3512342A1; EP0204906A2; EP0204906A3

Description

Die Erfindung betriff t ein Verfahren zur Metallisierung einer elektrisch isolierenden Oberfläche nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.

Metallschichten werden auf verschiedene, insbesondere auch nichtmetallische Unterlagematerialien abgeschieden, um deren funktionelle oder auch dekorative Eigenschaften zu verbes sern. Dabei ist eine gute und auch beständige Haftung der Schichten erwünscht. Die Schichthaftung bewirken dabei in erster Linie schwache Wechselwirkungen, sogenannte "Van der Waals-Kräfte", sowie stärkere Bindungen durch chemische Verbindungen oder auch mechanische Verankerungen in jeweils mehr oder weniger großen Anteilen. Die einzelnen Anteile sind je nach Materialpaarung und Herstellungsverfahren sehr verschieden und können sich bei Alterungsprozessen, insbesondere bei thermi scher Beanspruchung, noch verändern, was sich in einer Änderung der Haftfestigkeit, und zwar meistens in deren rapider Ver schlechterung zeigt.

Zur Herstellung einer gut haftenden Beschichtung ist insbesondere der Anteil der mechanischen Verankerung am zu beschichtenden Kör per 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 Me tallschicht durch Oberflächenaufrauhung erreicht werden, z. B. durch Schleif- und Strahlprozesse oder durch Anquellen und Anrau hen der Oberfläche durch chemisches Ätzen oder durch Einbettung herauslösbarer Fremdstoffe in die Oberfläche. Diese Verfahren er möglichen jedoch allenfalls eine unzureichende Haftfestigkeit bei einer sehr duktilen Metallbeschichtung (oder auch bei einer Me tallschicht, die bei hoher thermischer Belastung durch Rekristal lisationsvorgänge ("Weichglühen") sehr duktil wird), weil die Verankerung der Metallschicht zu weich sind. Ein derartiges Ver fahren ist z. B. in der US-PS 4,349,421 beschrieben. Kupfer oder Nickel wird auf einer aufgerauhten elektrisch isolierenden Ober fläche stromlos abgeschieden und anschließend wird diese Metall schicht elektrolytisch mit einer Schicht aus Kupfer, Nickel, Chrom oder einer Kombination davon bedeckt. Über die duktilen Eigenschaften der abzuscheidenden Schichten werden jedoch keine Angaben gemacht. Die Abscheidung von vorne herein hinreichend harter Schichten ist in der Regel nicht möglich, da diese erfah rungsgemäß 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 gattungsge mäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine möglichst haftfeste Metallisierung und nicht zu spröde Oberflächenmetalli sierung erreicht wird, die auch bei thermischer Belastung erhal ten bleibt.

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

Die Erfindung beruht darauf, daß nach einem Aufrauhen der zu me tallisierenden Oberfläche auf diese eine Zwischenschicht aufge bracht wird, (durch z. B. Aufdampf-, Sputter- oder naßchemische Verfahren), deren Duktilität kleiner als diejenige der nachfol gend aufgebrachten Metallschicht ist. Die Haftfestigkeit zwischen der Zwischenschicht und der Unterlage kann mit nachfolgend aufge brachter Metallschicht durch eine Legierungsbildung gesteigert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Keramikplättchen aus 99,5% Aluminiumoxid mit einer Dicke von un gefähr 0,7 mm und mit einer mittleren Rauhtiefe von ungefähr 0,5 µm werden zur Entfernung der glasartigen "Brennhaut" in einer Schmelze von Natriumhydroxid geätzt und nach dem herausziehen aus der Schmelze und Abkühlen in demineralisiertem Wasser bei Ultra schallanregung gespült. Durch getrennte Behandlung in einer Lö sung von Zinn-II-chlorid, in Wasser und in einer Lösung von Pal ladiumchlorid 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-Hypophos phitbad bei Raumtemperatur eine ungefähr 0,1 um dicke Zwischenschicht aus Nickelphosphor sowie direkt anschlie ßend aus einem derzeit handelsüblichen chemischen Kupfer bad eine ungefähr 0,2 um dicke Kupferschicht 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 400°C getempert. Danach wird die Kupferschicht in einem derzeit handelsüblichen Kupfersulfatbad galvanisch auf ungefähr 15 µm Schichtdicke verstärkt. Mit Hilfe der Fotoätztechnik werden zu Meßzwecken Streifen von 1 mm 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 300°C wurden Schälkräfte von 1,5 N/mm gemessen.

Beispiel 2

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

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 300°C 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 0,3 µm Kupfer und anschließend galvanisch aus einem Kupfersul fatbad mit ungefähr 15 µm 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 Bades während der Abscheidung allmählich von 8,5 auf 11,0 gesteigert wird, mit einer ungefähr 0,5 µm dicken Nickel-Kupfer-Phosphor schicht als Zwischenschicht versehen, deren Kupfergehalt dabei kontinuierlich von ungefähr 40% auf 70% zunimmt. Diese Schichten werden ebenfalls anschließend galvanisch mit Kupfer auf ungefähr 15 µm Schichtdicke verstärkt.

Nach der fotoätztechnischen 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 thermi schen Behandlung aller Proben von 15 Minuten bei 300°C 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 Ausführungs beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend bar. Beispielsweise ist es möglich, statt der kupferhal tigen Metallschicht eine silber- oder goldhaltige Metall schicht zu verwenden.

Claims

1. Verfahren zur Metallisierung einer aufgerauhten elektrisch isolierenden Oberfläche, insbesonderer eine kunststoff- oder sili kat- oder keramikhaltigen Oberfläche, bei welchem auf diese eine Metallschicht abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abscheiden der Metallschicht auf der Oberfläche eine elek trisch leitende Zwischenschicht erzeugt wird, deren Duktilität kleiner ist als diejenige der Metallschicht und daß die Abnahme der Duktilität der Zwischenschicht durch Legierungsbildung mit einem oder mehreren Metallen oder durch Einlagerung oder Aus scheidung von diskreten Stoffen oder Verbindungen erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus mindestens einem Metall und/oder mindestens einem Metalloid, die eine Legierungsbildung mit der Metallschicht ermöglichen, hergestellt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mit der Zwischenschicht le giert wird und daß eine Legierungsschicht, die dünner ist als die Zwischenschicht, hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbildung durch eine thermische Behandlung der zuvor abgeschiedenen Legierungskomponenten erzielt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsschicht bei einer Temperatur erzeugt wird, die in einem Temperatur bereich von 200 K bis 1500 K liegt.

6. Verfahren 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 Zwischen schicht zunimmt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine thermische Nachbe handlung der Zwischenschicht eine Ausscheidungshärtung vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht ein elektrisch gut leitendes Metall enthält.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht mindestens eines der Metalle Nickel, Kobalt, Eisen, Zinn, Zink oder Beryllium enthält.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenschicht eine Nickel- Phosphor-Schicht abgeschieden wird und daß darauf eine kupferhaltige Metallschicht abgeschieden wird.