DE4418016A1

DE4418016A1 - Metallisation of articles made of non-conductive materials

Info

Publication number: DE4418016A1
Application number: DE19944418016
Authority: DE
Inventors: Wilfried Neuschaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1995-11-30

Abstract

Metallisation of articles made of non-conductive materials, such as paper, plastics etc., are degreased, rinsed with water and etched. The articles are subjected to a soln. contg. a metal cpd. and then to vacuum.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren von Nichtleitern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie die Verwendung dieses Verfahrens zum Herstellen von Leiterplatten und anderen Körpern gemäß den Ansprüchen 13 und 14.The present invention relates to a method for metallizing non-conductors according to the preamble of claim 1 and the use of this method for the production of printed circuit boards and other bodies according to claims 13 and 14.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Metallisierung von Nichtleitern wird deren Oberfläche durch Entfetten, Anätzen und Zwischenspülungen vorbehandelt. Danach wird in mehreren Verfahrensschritten zu nächst die Oberfläche in einem besonderen Bad aktiviert und anschließend zur sogenannten Bekeimung in eine Metallsalz-Lösung getaucht. Nach mehrfacher gründlicher Spülung erfolgt in einem Stripper-Bad die Ablösung von unerwünschten Rückständen, die erneut in einem Spülbad beseitigt werden müssen. Die nun auf der Oberfläche vorhandene Metallschicht bildet die Grundlage für eine chemische Verkupferung, die bis zu einer gewünschten Schichtstärke aufgebaut werden kann.In conventional methods for metallizing non-conductors, their Surface pretreated by degreasing, etching and intermediate rinsing. The surface is then combined in one step in several process steps activated special bath and then for so-called germination in a Metal salt solution dipped. After several thorough rinses, in a stripper bath the detachment of unwanted residues that come back in a rinsing bath must be removed. The one now on the surface Metal layer forms the basis for chemical copper plating, which is up to a desired layer thickness can be built up.

Für das Abscheiden der Metallschichten auf der Nichtleiter-Oberfläche sind eine Vielzahl an Verfahrensschritten notwendig, so daß das Verfahren sehr aufwendig und teuer ist. Insbesondere eine umweltgerechte Entsorgung der verbrauchten Chemikalienbäder führt zu nicht unerheblichen Kosten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich durch die zahlreichen Wasserspülungen oft ein dünner Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche befindet, der, ebenso wie Verunreinigungen in den chemischen Bädern, die Haftfähigkeit der Metallschichten stark herabgesetzt. Anschließend auf dem Nichtleiter abgeschiedene chemische Schichten sind daher nicht immer beständig und können sich leicht ablösen.There are one for the deposition of the metal layers on the non-conductor surface A large number of process steps are necessary, so that the process is very complex and is expensive. In particular, environmentally friendly disposal of the used Chemical baths lead to considerable costs. Another disadvantage is that the numerous water rinses often make a thin one Moisture film is on the surface, as are impurities in chemical baths, the adhesiveness of the metal layers strong reduced. Then chemical deposited on the non-conductor Layers are therefore not always stable and can easily peel off.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, die Metallisierung von Nichtleitern zu vereinfachen und beschleunigen. Insbesondere bezweckt die Erfindung eine zuverlässige Nichtleiter-Metallisierung in einem gegenüber der herkömmlichen Technik abgekürzten, wirtschaftlichen Verfahren. Die Erfindung ist ferner auf bevorzugte Verwendungen gerichtet.It is an important object of the invention to metallize non-conductors simplify and accelerate. In particular, the invention aims to reliable non-conductor metallization in one compared to the conventional Technology abbreviated, economical procedures. The invention is also based on preferred uses directed.

Der Grundgedanke der Erfindung ist in Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen gehen aus den Ansprüchen 2 bis 12 hervor. Wichtige Anwendungen sind Gegenstand der Ansprüche 13 und 14.The basic idea of the invention is specified in claim 1. Configurations emerge from claims 2 to 12. Important applications are Subject matter of claims 13 and 14.

Bei einem Verfahren zum Metallisieren von Nichtleitern, wobei man ein zu beschichtendes Material, z. B. Papier, Kunststoff, glasfaserverstärkte Platten o. dgl., durch Entfetten, Anätzen und Zwischenwässern vorbehandelt, wird das vorbehandelte Material erfindungsgemäß einer eine Metallverbindung enthaltenden Lösung und anschließend einem Vakuum ausgesetzt. Die Metallabscheidung auf dem Nichtleiter erfolgt damit unmittelbar nach der Vorbehandlung, so daß herkömmlich notwendige material- und zeitaufwendige Zwischenschritte wie z. B. Aktivieren, Bekeimen, Strippen und zahlreiche Zwischenspülungen vermieden werden. Neben der aufwendigen Badführung entfällt zudem das Entsorgen der chemischen Bäder, wenn diese verbraucht sind. Das Verfahren verursacht somit erheblich geringere Kosten und entlastet die Umwelt durch weniger Abfallprodukte. Im Vakuum verdampfen die auf der Oberfläche und zwischen den Metallsalzen angelagerten Feuchtigkeits- Bestandteile, z. B. Wasserdampf und/oder Lösemittel, sehr rasch und nahezu vollständig, so daß sich das reine Metallsalz mit einer außerordentlich hohen Haftfestigkeit auf der Oberfläche anlagert.In a method of metallizing non-conductors, one of them coating material, e.g. B. paper, plastic, glass fiber reinforced panels or the like, pretreated by degreasing, etching and intermediate washing, that is pretreated material according to the invention a metal compound containing solution and then exposed to a vacuum. The Metal deposition on the non-conductor takes place immediately after the Pretreatment, so that conventionally necessary material and time consuming Intermediate steps such as B. Activating, germinating, stripping and numerous Intermediate rinses can be avoided. In addition to the elaborate bathroom tour There is also no need to dispose of the chemical baths when they are used up. The process thus causes significantly lower costs and relieves the Environment through fewer waste products. They evaporate in a vacuum Surface and between the metal salts Components, e.g. B. steam and / or solvent, very quickly and almost completely, so that the pure metal salt with an extraordinarily high Adhesion adheres to the surface.

Bevorzugt enthält die Lösung nach Anspruch 2 wenigstens ein Metall aus der VIII. Nebengruppe des Periodensystems, beispielsweise eines der leichten Platinmetalle. Diese Metalle sind gut bindefähig und leicht zu beschaffen.The solution according to claim 2 preferably contains at least one metal from VIII. Subgroup of the periodic table, for example one of the light ones Platinum metals. These metals are easy to bind and easy to obtain.

In vorteilhafter Weise wird das vorbehandelte Material laut Anspruch 3 unmittelbar in eine Palladiumsalz-Lösung getaucht, die gemäß Anspruch 4 Palladiumacetat und Chloroform enthalten kann. Palladiumacetat als Palladiumsalz ist besonders gut für das Abscheiden von Kupfer geeignet und besitzt besonders gute Hafteigenschaften. Chloroform hat eine hohe Verdampfungsgeschwindigkeit, so daß Lösemittelreste schnell entfernt sind.Advantageously, the pretreated material according to claim 3 immediately immersed in a palladium salt solution which according to claim 4 May contain palladium acetate and chloroform. Palladium acetate as Palladium salt is particularly well suited for the deposition of copper and has particularly good adhesive properties. Chloroform is high Evaporation rate so that solvent residues are quickly removed.

Nach Anspruch 5 und 6 wird ein netzmittel-ähnliches, hoch oberflächenaktives Lösemittel wie z. B. aliphatische Halogenverbindungen verwendet, welches eine geringe Viskosität besitzt. Dadurch kann selbst in sehr kleinen Bohrungen des zu beschichtenden Materials eine ausreichende Menge Metall abgeschieden werden. Die einfache und wirksame Realisierung selbst kleinster Durchkontaktierungen ist dadurch gewährleistet.According to claims 5 and 6, a wetting agent-like, highly surface-active Solvents such as B. aliphatic halogen compounds, which a has low viscosity. This means that even in very small holes a sufficient amount of metal is deposited on the coating material. The simple and effective implementation of even the smallest vias is thereby guaranteed.

Von besonderem Vorteil ist die Maßnahme von Anspruch 7, indem das mit der Palladiumsalz-Lösung benetzte Material unmittelbar einem Vakuum ausgesetzt wird. Im Vakuum verdampfen die auf der Oberfläche adsorbierten Rückstände bzw. Trennschichten schnell und vollständig, so daß die Haftfähigkeit der Palladiumschicht stark erhöht wird. Gemäß Anspruch 8 findet die Verdampfung von Feuchtigkeitselementen an der Oberfläche des Nichtleiters statt. Eventuell im zu beschichtenden Material eingeschlossene (absorbierte) Feuchtigkeit und Lösemittelreste dampfen somit nicht aus, nur die an der Oberfläche befindlichen Flüssigkeitsreste werden entfernt, so daß das aufgebrachte Metallsalz nicht in das Material eindringen kann und keine unerwünschten Oberflächen-Veränderungen entstehen. Das Metallsalz verbleibt auf der Oberfläche.The measure of claim 7 is particularly advantageous, in that the Palladium salt solution wetted material immediately exposed to a vacuum becomes. The residues adsorbed on the surface evaporate in a vacuum or separating layers quickly and completely, so that the adhesiveness of the Palladium layer is greatly increased. According to claim 8, the evaporation takes place of moisture elements on the surface of the non-conductor instead. Possibly in trapped (absorbed) moisture and Solvent residues do not evaporate, only those on the surface Liquid residues are removed so that the applied metal salt does not get into the Material can penetrate and no undesirable surface changes arise. The metal salt remains on the surface.

Der Vakuum-Druckbereich liegt laut Anspruch 9 zwischen 10 Pa und 0,01 Pa, vorzugsweise bei etwa 1 Pa. Derartige Drücke lassen sich schnell und reproduzierbar erreichen. Der apparative Aufwand ist relativ gering, da z. B. die Verwendung einer einfachen Drehschieberpumpe bereits ausreicht. Der in der Vakuumkammer herrschende Druck kann leicht messend beobachtet werden.According to claim 9, the vacuum pressure range is between 10 Pa and 0.01 Pa, preferably at about 1 Pa. Such pressures can be quickly and achieve reproducible. The expenditure on equipment is relatively low, since, for. B. the Using a simple rotary vane pump is already sufficient. The Indian Vacuum chamber pressure can be easily measured.

Gemäß Anspruch 10 bleibt auf der zu beschichtenden Oberfläche ein reines Metallsalz, z. B. Palladiumacetat, zurück. Da keine störenden Trennmedien mehr vorhanden sind, ist die Haftfestigkeit des Palladiums sehr hoch. Eine anschließend chemisch abgeschiedene Schicht ist in der Lage hohen Belastungen stand zu halten. According to claim 10, a clean remains on the surface to be coated Metal salt, e.g. B. palladium acetate, back. Since there are no more annoying separation media are present, the adhesive strength of the palladium is very high. One afterwards chemically deposited layer is able to withstand high loads hold.

Anspruch 11 sieht vor, das zu beschichtende Material nach der Vakuumbehandlung einer Stickstoffatmosphäre auszusetzen, so daß sich kein Wasserdampf aus der Umgebungsluft auf dem Material ablagern bzw. in das Material eindringen kann. Gemäß Anspruch 12 wird das vorbehandelte und mit einem Metallsalz beschichtete Material in vorteilhafter Weise aus einer Vakuumkammer direkt in ein chemisches Kupferbad geführt.Claim 11 provides for the material to be coated after the Expose vacuum treatment to a nitrogen atmosphere so that none Deposits of water vapor from the ambient air on the material or into it Material can penetrate. According to claim 12, the pretreated and with a metal salt coated material advantageously from a Vacuum chamber led directly into a chemical copper bath.

Die Verwendung eines Verfahrens zum Metallisieren von Nichtleitern, insbesondere glasfaserverstärkten Platten, gemäß Anspruch 12 ermöglicht eine kostengünstige Fertigung von Leiterplatten. Ebenso gestattet die Anwendung des Verfahrens zum Metallisieren von nicht-leitenden Körpern, insbesondere aus Pappe, Papier oder Kunststoff, eine schnelle und einfache Herstellung von Gebrauchsgegenständen wie Haushaltsartikeln, Schreibgeräten, zu verchromenden Armaturen, Griffen und dergleichen.Using a method of metallizing non-conductors, in particular glass fiber reinforced plates, according to claim 12 enables a inexpensive manufacture of printed circuit boards. The application of the Process for metallizing non-conductive bodies, in particular from Cardboard, paper or plastic, a quick and easy manufacture of Commodities such as household items, writing utensils, too chrome-plated fittings, handles and the like.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:Further features, details and advantages of the invention result from the Wording of the claims and from the following description of a Embodiment with reference to the drawings. It show in a highly schematic Presentation:

Fig. 1 einen Querschnitt einer zu beschichtenden Platte mit auf der Oberfläche abgeschiedenem Palladiumsalz, Fig. 1 shows a cross section of a panel to be coated with deposited on the surface of palladium salt,

Fig. 2 einen Querschnitt der Platte von Fig. 1 nach Verdampfen der Flüssigkeitselemente, Fig. 2 shows a cross section of the plate of FIG. 1 after evaporation of the liquid elements,

Fig. 3 einen Querschnitt der Platte von Fig. 1 nach der chemischen Aufkupferung, Fig. 3 shows a cross section of the plate of FIG. 1 according to the chemical copper plating,

Fig. 4a ein Verfahren nach dem Stand der Technik und FIG. 4a, a method according to the prior art, and

Fig. 4b ein Verfahren nach der Erfindung. FIG. 4b shows a method according to the invention.

Eine zu beschichtende Platte 10 aus einem nichtleitenden Material wird zunächst im Rahmen einer Vorbehandlung entfettet, gespült, angeätzt und nochmals in einem Wasserbad gespült. Die auf diese Weise vorbehandelte Platte 10 wird in eine Metallsalz-Lösung gebracht, die vorzugsweise in Chloroform gelöstes Palladiumacetat 20 enthält (Fig. 1).A plate 10 to be coated, made of a non-conductive material, is first degreased, rinsed, etched and rinsed again in a water bath as part of a pretreatment. The plate 10 pretreated in this way is placed in a metal salt solution which preferably contains palladium acetate 20 dissolved in chloroform ( FIG. 1).

Anschließend wird die Platte 10 in einer Vakuumkammer getrocknet. Die auf der Oberfläche adsorbierten Flüssigkeitsbestandteile 21 der Lösung verdampfen rasch durch den herrschenden Unterdruck und das Palladiumacetat 20 lagert sich, wie in Fig. 2 dargestellt, auf der Plattenoberfläche 11 ab. Die Trocknung der Platte 10 unter Vakuum hat den Vorteil, daß nicht nur die Flüssigkeitsbestandteile 21 der Lösung verdampfen, sondern auch andere auf der Oberfläche 11 adsorbierte Feuchtigkeitselemente 22 wie z. B. Wasserdampf vollständig entfernt werden. Es entsteht eine in Fig. 3 schematisch angedeutete reine Palladiumacetatschicht 23. Die mit dem Palladiumacetat 20 beschichtete Platte 10 kann nun in einem chemischen Kupferbad mit einer Kupferschicht 24 versehen werden.The plate 10 is then dried in a vacuum chamber. The liquid constituents 21 of the solution adsorbed on the surface evaporate rapidly due to the negative pressure prevailing and the palladium acetate 20 is deposited on the plate surface 11 , as shown in FIG. 2. The drying of the plate 10 under vacuum has the advantage that not only the liquid constituents 21 of the solution evaporate, but also other moisture elements 22 adsorbed on the surface 11 , such as, for. B. Water vapor can be completely removed. A pure palladium acetate layer 23 schematically indicated in FIG. 3 is produced. The plate 10 coated with the palladium acetate 20 can now be provided with a copper layer 24 in a chemical copper bath.

Wie man aus Fig. 4a und 4b erkennt, benötigt die herkömmliche Technologie deutlich mehr Verfahrensschritte als die erfindungsgemäße Nichtleiter- Metallisierung. Insbesondere faßt der Verfahrensschritt 6 nach der Erfindung die Schritte 6, 7, 8 und 9 nach dem herkömmlichen Verfahren zusammen, so daß insgesamt 3 Verfahrensschritte eingespart werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Geschwindigkeit und die Kosten des Verfahrens aus, insbesondere bei einem industriellen Einsatz des Verfahrens. Zudem wird eine beachtliche Qualitätsverbesserung erreicht. Neben der aufwendigen Badführung der herkömmlichen chemischen Bäder entfällt auch eine notwendige Entsorgung der eingesparten Bäder, wenn sie verbraucht sind.As can be seen from FIGS. 4a and 4b, the conventional technology requires significantly more process steps than the non-conductor metallization according to the invention. In particular, method step 6 according to the invention combines steps 6, 7, 8 and 9 according to the conventional method, so that a total of 3 method steps are saved. This has an advantageous effect on the speed and the cost of the method, particularly when the method is used industrially. In addition, a considerable improvement in quality is achieved. In addition to the complex bath management of conventional chemical baths, there is also no need to dispose of the saved baths when they are used up.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Man erkennt jedoch, daß bei einem Verfahren zum Metallisieren von Nichtleitern, bei dem ein zu beschichtendes Material 10, z. B. Papier, Kunststoff, glasfaserverstärkte Platten o. dgl., durch Entfetten, Anätzen und Zwischenwässern vorbehandelt wird, das Material 10 einer eine Metallverbindung enthaltenden Lösung und anschließend einem Vakuum ausgesetzt wird. Die Lösung enthält wenigstens ein Metall aus der VIII. Nebengruppe des Periodensystems, beispielsweise Palladium als einem der leichten Platinmetalle. Vorzugsweise benutzt man ein netzmittel-ähnliches, hoch oberflächenaktives Lösemittel mit geringer Viskosität, z. B. Chloroform. Unmittelbar nach dem Eintauchen des Materials 10 in eine Palladiumsalz-Lösung wird es einem Vakuum von etwa 1 Pa ausgesetzt, so daß auf der zu beschichtenden Oberfläche 11 ein reines Metallsalz, z. B. Palladiumacetat, zurückbleibt. Das derart behandelte Material 10 wird aus einer Vakuumkammer direkt in ein chemisches Kupferbad geführt. Der Einsatz von aufwendigen Chemikalien wird durch ein physikalisches Vakuumverfahren ersetzt. The invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways. However, it can be seen that in a method for metallizing non-conductors in which a material 10 to be coated, e.g. B. paper, plastic, fiberglass-reinforced plates or the like., Is pretreated by degreasing, etching and rinsing, the material 10 is exposed to a solution containing a metal compound and then exposed to a vacuum. The solution contains at least one metal from subgroup VIII of the periodic table, for example palladium as one of the light platinum metals. A wetting agent-like, highly surface-active solvent with a low viscosity, e.g. B. chloroform. Immediately after the immersion of the material 10 into a palladium salt solution, it is subjected to a vacuum of about 1 Pa, so that on the surface to be coated 11 is a pure metal salt for. B. palladium acetate remains. The material 10 treated in this way is led directly from a vacuum chamber into a chemical copper bath. The use of complex chemicals is replaced by a physical vacuum process.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.All of the claims, the description and the drawing emerging features and benefits, including design details, spatial arrangements and procedural steps, both for themselves and be essential to the invention in a wide variety of combinations.

BezugszeichenlisteReference list

10 Platte
11 Plattenoberfläche
20 Palladiumacetat
21 Flüssigkeitsbestandteile
22 Feuchtigkeitselemente
23 Palladiumschicht
24 Kupferschicht 10 plate
11 plate surface
20 palladium acetate
21 liquid components
22 moisture elements
23 palladium layer
24 copper layer

Claims

1. A method for metallizing non-conductors, in which a material to be coated ( 10 ), for. B. paper, plastic, fiberglass-reinforced plates or the like. Is pretreated by degreasing, etching and rinsing, characterized in that the pretreated material ( 10 ) is a solution containing a metal compound and then exposed to a vacuum.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Solution at least one metal from subgroup VIII Periodic table contains, for example, one of the light platinum metals.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the pretreated material immediately in a palladium salt solution is dipped.

4. The method according to claim 3, characterized in that the Palladium salt solution contains palladium acetate and chloroform.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized by the use of a wetting agent-like, highly surface-active Solvent, e.g. B. aliphatic halogen compounds.

6. The method according to claim 5, characterized in that the Solvent has a low viscosity.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the material ( 10 ) wetted with the palladium salt solution is immediately exposed to a vacuum.

8. The method according to claim 7, characterized by a vacuum pressure area in which the evaporation of moisture elements ( 20 , 21 ) takes place on the surface of the non-conductor.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the vacuum pressure range between 10 Pa and 0.01 Pa, preferably at is about 1 Pa.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that on the surface to be coated ( 11 ) a pure metal salt, for. B. palladium acetate ( 20 ) remains.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that after the vacuum treatment, the material to be coated ( 10 ) is exposed to a nitrogen atmosphere.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the pretreated and coated with a metal salt ( 20 ) material ( 10 ) is led directly from a vacuum chamber into a chemical copper bath.

13. Use of a method according to at least one of claims 1 to 12 for metallizing non-conductors, in particular glass fiber reinforced Boards for the production of printed circuit boards.

14. Use of a method according to at least one of claims 1 to 12 for metallizing non-conductive bodies, in particular made of cardboard, Paper or plastic, for the production of everyday items such as Household items, writing implements, chrome-plated fittings, handles and the same.