DE602004009600T2 - Verfahren zur metallisierung eines bauteils mit teilen aus verschiedenen nichtmetallischen materialien - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren eines Bauteils, das einen ersten Teil, der aus einem ersten nichtmetallischen Material gebildet ist, und einen zweiten Teil umfasst, der aus einem zweiten nichtmetallischen Material gebildet ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bekannte Verfahren zum Metallisieren nichtmetallischer Bauteile (die aus einem oder mehreren Teilen des Bauteils bestehen) können die folgenden Schritte umfassen:
    • – Ätzen der Oberfläche des Bauteils, um für gute Bindungseigenschaften eine aufgeraute und hydrophile Oberfläche zu erhalten;
    • – Sensibilisieren der Oberfläche, z. B. durch Adsorption von Sn-Ionen an der Oberfläche;
    • – Aktivieren der Oberfläche, z. B. durch Reduktion von Pd-Ionen zu metallischem Pd mittels der Sn-Ionen, was zu einer Metallisierbasisschicht oder Impfschicht (nachfolgend als "Impfschicht" bezeichnet) führt, die für das nachfolgende chemische Metallisierverfahren katalytisch ist;
    • – Metallisieren und Bilden einer Metallbeschichtung auf der Pd-Impfschicht mittels katalytischer Reduktion von Metallionen (z. B. Cu oder Ni) aus einer Lösung, die sowohl die relevanten Beschichtungsmetallionen als auch eine Reduktionschemikalie umfasst.
  • Die Bauteile können zwei oder mehr Teile des Bauteils umfassen, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Derartige Mehrfachmaterialbauteile können für die selektive oder partielle Metallisierung geeignet sein. Es sind mehrere unterschiedliche Verfahren zur selektiven Metallisierung bekannt, wie selektive Oberflächenkonditionierung (a), die Verwendung von vorkatalysierten Polymeren (b), Laseraktivierung (c) oder Lithographietechniken, usw. (d).
    • (a) Selektive Oberflächenkonditionierung: Teile, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, erhalten eine Oberflächenbehandlung unter Verwendung einer Lösung, für die das eine Teilmaterial ein starkes Adsorptionsverhalten zeigt und das Material des anderen Teils nicht (z. B. durch Verwendung einer speziellen Kombination von Ätzen und Sensibilisieren, wie bereits erwähnt). Dieses Verfahren, das ein "diskriminierendes Adsorbens" verwendet, funktioniert jedoch nur in sehr begrenzten Fällen mit 100 Selektivität (Diskriminierung). Es gibt fast immer eine gewisse Metallabscheidung auf dem Teil des Bauteils, der nicht metallisiert werden soll. Dies kann insbesondere in Mikroanwendungen sehr kritisch sein und z. B. zu Fehlern in elektrischen Schaltkreisen führen.
    • (b) Vorkatalysierte Polymere sind Polymere, bei denen das Korn bereits Verbindungen enthält, die für das chemische Metallisierverfahren katalytisch sind, z. B. Pd-Partikel oder -Salze, die zum Aufbau einer Metallisierimpfschicht verwendet werden. Durch Verwendung eines Teils des Bauteils, der aus einem vorkatalysierten Polymer hergestellt ist, und eines anderen Teils des Bauteils, der aus nicht vorkatalysiertem Polymer hergestellt ist, wird nur der vorkatalysierte Polymerteil des Bauteils metallisiert, während der andere nicht metallisiert bleibt. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist der relativ hohe Preis des Basismaterials und der ungünstige Einfluss auf die Charakteristika des relevanten Polymers.
    • (c) Durch Verwendung von Polymeren, die Substanzen enthalten, welche durch Photonenenergie, z. B. durch Einwirkung von Laserlicht, in katalytisch aktive Verbindungen für das chemische Metallisierverfahren umgewandelt werden können. Auf diese Weise lässt sich ein Muster (eine Struktur) auf der Oberfläche erzeugen. Nur die dem Licht ausgesetzten Teile initiieren die chemische Metallisierung. Auch hier ist ein schwerwiegender Nachteil, dass die relevanten Additive einen negativen Einfluss auf die Charakteristika des Polymers haben.
    • (d) Selektives Metallisieren kann alternativ mittels Masken auf der Oberfläche des Bauteils durchgeführt werden. Die Bauteile werden in den meisten Fällen vollständig metallisiert, danach wird die gewünschte Struktur mittels einer Lithographiemaske geätzt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Verwendung von unterschiedlicher chemischer Löslichkeit oder Beständigkeit unterschiedlicher (z. B. Polymer- oder Keramik)-Materialien. Das Verfahren umfasst das Metallisieren eines Bauteils, das durch einen ersten Teil, der aus einem ersten Material gefertigt ist, und einem zweiten Teil, der aus einem zweiten Material gefertigt ist, gebildet ist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Metallisierimpfschicht, die für das weitere Metallisierverfahren katalytisch sein kann, auf die Oberfläche des Bauteils oder einen relevanten Teil der Oberfläche jenes Bauteils aufgebracht, um danach die Oberfläche des gesamten Bauteils oder mindestens eines relevanten Teils davon einschließlich der Impfschicht einem "diskriminierenden" Lösungsmittel auszusetzen, in dem das Oberflächenmaterial des ersten Teils löslich ist, das Oberflächenmaterial des zweiten Teils jedoch nicht. Das erste Material kann ein erstes Polymer oder anderer Kunststoff sein, das zweite Material ein zweites Polymer oder ein zweiter Kunststoff. Es können auch andere Arten von Nichtleitern, wie z. B. Keramiken, als erstes und/oder zweites Material aufgebracht werden.
  • Nachdem die Oberfläche einem Lösungsmittel ausgesetzt worden ist, in dem der erste Teil löslich ist und der zweite Teil nicht löslich ist, wird die Oberfläche des ersten Teils einschließlich dessen Impfschicht in dem Lösungsmittel gelöst und beseitigt. Die Metallsierimpfschicht verbleibt somit nur an der Oberfläche des zweiten Teils des Bauteils, der aus einem Material hergestellt worden war, das in dem verwendeten Lösungsmittel nicht löslich ist (gegenüber diesem gut beständig ist). Nach einer anschließenden Einwirkung einer Metallisierumgebung auf das (vollständige) Bauteil wird nur jener Teil des Bauteils, der zweite Teil, auf dem die Metallisierimpfschicht nach Einwirkung des "diskriminierenden" Lösungsmittels verblieben war, infolge der Anwesenheit der verbleibenden Impfschicht auf dem zweiten Teil des Bauteils und des Fehlens derselben auf dem ersten Teil metallisiert.
  • FIGUREN
  • 1a-g veranschaulichen schematisch das Metallisierverfahren eines Bauteils mit zwei Teilen, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
  • 1a zeigt ein Bauteil, das aus einem ersten Teil 1 des Bauteils, welcher aus einem ersten Material, z. B. Polymer, hergestellt ist, und einem zweiten Teil 2 eines Bauteils zusammengesetzt ist, das aus einem zweiten Material, z. B. Polymer, hergestellt ist.
  • 1b zeigt, dass das gesamte Bauteil einer Aktivierungs- oder Ätzumgebung 3 (z. B. einem Ätzbad) ausgesetzt wird, um für gute Bindungseigenschaften eine hydrophile und aufgeraute Oberfläche 4 zu erhalten.
  • 1c zeigt, dass die Bauteiloberfläche 4 – in einer Verarbeitungsumgebung 5 – für das Metallisieren "sensibilisiert wird, z. B. durch Adsorption von Sn-Ionen an der Oberfläche und nachfolgende Aktivierung, z. B. durch Reduktion von Pd-Ionen zu metallischem Pd mittels der Sn-Ionen, was zu einer Metallisierimpfschicht 6 führt.
  • 1d zeigt, dass die Oberfläche des Bauteils einschließlich der Impfschicht 6 anschließend einem Lösungsmittel 7 ausgesetzt wird, in dem die Oberfläche des ersten Teils 1 des Bauteils löslich ist, die Oberfläche des zweiten Teils 2 des Bauteils jedoch nicht. Die Oberfläche von Teil 1 des Bauteils einschließlich der darauf befindlichen Impfschicht 6 löst sich somit in Lösungsmittel 7 (oder wird durch dieses geätzt), danach kann der Rückstand entfernt werden.
  • 1e zeigt, dass die Metallisierimpfschicht 6 nur an der Oberfläche des zweiten Teils 2 des Bauteils bleibt, wie durch eine partielle Impfschicht 8 gezeigt wird.
  • 1f zeigt, dass infolge der Abwesenheit der Impfschicht an dem ersten Teil 1 des Bauteils und der Anwesenheit derselben auf Teil 2 nach Einwirkung einer Metallisierumgebung 9 auf das (gesamte) Bauteil nur Teil 2 des Bauteils, der von der partiellen Impfschicht 8 bedeckt ist, metallisiert wird – dargestellt durch Metallschicht 10. Die Metallisierumgebung 9 kann auf der katalytischen Reduktion einer Metallbeschichtung (z. B. Cu oder Ni) basieren, die aus einer Lösung, die beide relevanten Beschichtungsmetallionen und eine Reduktionschemikalie umfasst, auf die Impfschicht 8 aufgebracht wird.
  • Das Ergebnis des am Ende stehenden Metallisierverfahrens ist, dargestellt durch 1g, ein zweiteiliges Bauteil, wo bei nur ein Teil, nämlich Teil 2, mit Metallschicht 10 bedeckt worden ist, während der andere Teil, Teil 1, infolge der Abwesenheit der Metallisierimpfschicht 6, welche durch das "diskriminierende" Lösungsmittel 7 (1d) aufgelöst worden war, unbedeckt bleibt.
  • Es sind viele Lösungsmittel bekannt, in denen unterschiedliche Kunststoffe unterschiedliche Löslichkeiten zeigen und die somit für das Verfahren von 1d geeignet sind, beispielsweise: (Quelle: http://www.kimblekontes.com/pdfs/solvent compatibility 2.pdf):
    Abkürzung chemische Bezeichnung
    ABS Acryl-Butadien-Styrol
    Acetal (Delrin®, Celcon®)
    LDPE Polyethylen niedriger Dichte
    HDPE Polyethylen hoher Dichte
    NYL Polyamid (Nylon®)
    PCTFE Polychlortrifluorethylen (Kel-F®)
    PC Polycarbonat
    PP Polypropylen
    PTFE Polytetrafluorethylen (Teflon®)
    PVC Polyvinylchlorid
    PVDF Kynar (Polyvinylidenfluorid)
    E-CTFE Ethylen-Chlortrifluorethylen
    ETFE Ethylen-Tetrafluorethylen (Tefzel®)
    PFA Perfluoralkoxy (Teflon®)
    San Styrol
    PMP Polymethylpenten (TPX)
    PMMA Polymethylmethacrylat (PMMP)
    PS Polystyrol
    PEEK Polyetheretherketon
    TFE Tetrafluorethylen (Teflon®)
    Figure 00070001
    Figure 00080001
  • Als Beispiel, welches die Anmelderin in der Praxis durchgeführt hat, kann ein Bauteil den ersten Teil 1, der aus PC hergestellt ist, und den zweiten Teil 2 aus ABS umfassen. Wenn in dem Schritt, wie in 1d gezeigt, eine 500 g/l Natriumhydroxid-(NaOH)-Lösung als diskriminierendes Lösungsmittel 7 verwendet wurde, wogegen ABS gut beständig ist (Klasse B in der obigen Tabelle) und PC nicht beständig ist (Klasse D in der Tabelle), führte dies zu einem nahezu 100% selektiven Metallisieren des ABS-Teils 2 des Bauteils mit einer metallischen(Cu)-schicht 10, die die zuvor produzierte Impfschicht 8 bedeckte, während der PC-Teil 1 des Bauteils unbedeckt blieb.
  • In Bezug auf die obige Lösungsmittelbeständigkeitstabelle muss allgemein eine Kombination unterschiedlicher Materialien und ein Lösungsmittel für Teil 1 beziehungsweise Teil 2 des Bauteils gewählt werden, bei der das Material von Teil 1 eine geringe Beständigkeit (Klasse D) gegenüber dem relevanten Lösungsmittel hat und Teil 2 eine hervorragende oder gute Beständigkeit (Klasse A oder B) hat. Daneben gibt es noch Anforderungen an z. B. die Formungscharakteristika, usw.
  • Es sei ferner darauf hingewiesen, dass das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines "diskriminierenden Lösungsmittels", Lösen und/oder Ätzen der Oberfläche des Teils des Bauteils, welcher eine niedrige Beständigkeit gegenüber dem relevanten Lösungsmittel hat, in Kombination mit dem bekannten Verfahren verwendet werden kann, das in dem Absatz "Hintergrund der Erfindung" unter Abschnitt (a) "Selektive Oberflächenkonditionierung" unter Verwendung eines "diskriminierenden Adsorbens" genannt ist, welches unterschiedliche (Absorptions)-Eigenschaften für die verschiedenen Materialien hat, aus denen die Teile 1 und 2 hergestellt sind. Beide, die Verwendung des bekannten "diskriminierenden Adsorbens" (Figur 1c) und das erfindungsgemäße "diskriminierende Lösungsmittel" (1d), können einander verstärken, wodurch das Endergebnis verbessert wird.
  • Der guten Ordnung halber hat schließlich das bekannte Verfahren, welches ein "diskriminierendes Adsorbens" verwendet, mit der Bildung der Metallisierimpfschicht 6 zu tun. Das Ziel des bekannten Verfahrens ist die Herstellung einer Impfschicht 6 lediglich an der Oberfläche von z. B. dem Teil 2 des Bauteils. Die Ergebnisse dieses bekannten Verfahrens sind, wie bereits gesagt, eher schlecht und funktionieren nur mit einer sehr begrenzten Anzahl von Kombinationen von Materialien in befriedigender Weise: In der Praxis wird auch auf der Oberfläche von Teil 1 des Bauteils mehr oder weniger eine Impfschicht 6 gebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren, welches ein "diskriminierendes Lösungsmittel" verwendet, steht im Zusammenhang mit selektivem Wegätzen der zuvor gebildeten Impfschicht 6 unter Verwendung eines Lösungsmittels oder Ätzmediums, gegenüber dem lediglich das Material von Teil 1 nicht beständig ist, wodurch (lediglich) die Oberfläche von Teil 1 zusammen mit ihrer Metallisierimpfschicht 6 weggeätzt wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Metallisieren eines Bauteils, das einen ersten Teil (1), der aus einem ersten Material gebildet ist, und einen zweiten Teil (2), der aus einem zweiten Material gebildet ist, umfasst, mit den folgenden aufeinanderfolgenden Schritten: – eine Metallisierimpfschicht (6) wird auf mindestens einem Teil der Oberfläche des ersten Teils und des zweiten Teils aufgebracht, – die relevante Oberfläche des Bauteils, einschließlich der Metallisierimpfschicht, wird Lösungsmittel (7) ausgesetzt, in dem das Material des ersten Teils (1) löslich ist und das Material des zweiten Teils (2) nicht löslich ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Material und/oder das zweite Material Kunststoff oder Polymer ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Material und/oder das zweite Material Keramikmaterial ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dem ein Schritt folgt, bei dem die Oberfläche des Bauteils einer metallisierenden Umgebung (9) ausgesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche des ersten Teils (1) in dem Lösungsmittel gelöst und/oder durch das Lösungsmittel geätzt wird.
  6. System zum Metallisieren eines Bauteils, das einen ersten Teil (1), der aus einem ersten Material gebildet ist, und einen zweiten Teil (2), der aus einem zweiten Material gebildet ist, umfasst, wobei das System Mittel zur Herstellung einer Metallisierimpfschicht (6) an der Oberfläche von mindestens einem Teil des ersten Teils und des zweiten Teils und darüber hinaus Mittel für die relevante Oberfläche des Bauteils, einschließlich der Metallisierimpfschicht, umfasst, um Lösungsmittel (7) ausgesetzt zu werden, in dem das Material des ersten Teils (1) löslich ist und das Material des zweiten Teils (2) nicht.
  7. Bauteil, das einen ersten Teil (1), der aus einem ersten Material gebildet ist, und einen zweiten Teil (2), der aus einem zweiten Material gebildet ist, umfasst, wobei der zweite Teil des Bauteils eine Metallisierimpfschicht (8) umfasst, wobei in mindestens einem speziellen Lösungsmittel die Oberfläche des ersten Teils (1) löslich ist und die Oberfläche des zweiten Teils (2) nicht löslich ist.
  8. Bauteil nach Anspruch 7, wobei das erste Material und/oder das zweite Material Kunststoff- oder Polymermaterial ist.
  9. Bauteil nach Anspruch 7, wobei das erste Material und/oder das zweite Material Keramikmaterial ist.
  10. Bauteil nach Anspruch 7, wobei die Impfschicht (8) des zweiten Teils (2) des Bauteils durch eine Metallschicht (10) bedeckt ist.
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