DE69206385T2

DE69206385T2 - Verfahren zur Metallisieren von Werkstücken aus Kunststoff.

Info

Publication number: DE69206385T2
Application number: DE1992606385
Authority: DE
Inventors: Michel Brule; Michel Cosson
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-10-10
Also published as: JPH05214511A; DE69206385D1; FR2682688B1; FR2682688A1; EP0539260A1; EP0539260B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung der Oberfläche von Kunststoffteilen sowie Teile zur Verwendung in der Elektronik, die durch dieses Verfahren erhalten wurden.
Insbesondere in der Elektronik wird immer öfter versucht, Metallteile durch Kunststoffteile zu ersetzen, die leichter, kostengünstiger und genauso widerstandsfähig sind. Diese Kunststoffteile müssen allerdings metallisiert werden, damit sie die erforderlichen elektrischen Leistungen aufweisen.
Bestimmte übliche oder auch neuere Kunststoffmaterialien wie Polyethersulfon, die in einem weiten Gebiet industrieller Anwendungen verwendet werden, können bereits metallisiert werden.
Auf dem Gebiet der Höchstfrequenz im allgemeinen und vor allem auf dem Gebiet der Millimeterwellen ist es erforderlich, Kunststoffmaterialien zu finden, mit denen hochgenaue Teile hergestellt werden können. So wurden neuartige Kunststoffmaterialien erstellt, die dank eines in Lamellenschichten orientierten Fließvorgangs die Herstellung von Teilen durch Spritzguß mit sehr niedrigen Dimensionstoleranzen ermöglichen. Dies gilt beispielsweise für Flüssigkristallpolymere (mit Harz auf Polyesterbasis), die durch mineralische Füllstoffe verstärkt sein können.
Allerdings liegt der Nachteil dieser Materialien darin, daß sie zur Zeit nicht geeignet metallisiert werden können, um solche Eigenschaften der Abscheidungshaftung, Leitfähigkeit und der Oberflächenhomogenität zu erhalten, wie sie für die ins Auge gefaßten Höchstfrequenzanwendungen sowie das mögliche Anbringen von Bauteilen durch Weichlötung erforderlich sind.
Die Patentanmeldung EP-A-0 407 129 beschreibt ein Verfahren zur Metallisierung eines Kunststoffmaterials, das aus einem Flüssigkristallpolymeren mit mineralischen Füllstoffen besteht. Dieses Verfahren besteht in der Durchführung eines Beizens der Oberfläche des Materials durch eine Behandlung im Vakuum oder auf chemischem Wege, worauf eine Metallabscheidung im Vakuum folgt. Damit wird es möglich, metallisierte Kunststoffteile zu erhalten, die beispielweise für gedruckte Schaltungen zu verwenden sind.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung liegt also in einem Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffmaterial, das diesen Nachteilen abhilft.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Metallisierung der Oberfläche von Kunststoffteilen vorgesehen, die aus Flüssigkristallpolymeren mit mineralischen Füllstoffen bestehen, wie es in den Ansprüchen definiert ist.
Bei einer speziellen Ausführungsform nützt dieses Verfahren die starke Kohäsion zwischen Palladium und Silber sowie die guten Hafteigenschaften von Palladium aus, wenn die Oberfläche des Materials wie angegeben vorbereitet und aktiviert wurde.
Die Erfindung ist leichter zu verstehen, und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der beigefügten einzigen Zeichnung, die ein Beispiel eines Teils nach der Erfindung im Schnitt zeigt.
Oben wurde bereits erwähnt, daß das durch die Erfindung gelöste Problem der Metallisierung von Kunststoffmaterialien besonders für den Fall von Materialien schwierig ist, wo ein Flüssigkristallpolymer mit mineralischem Füllstoff verwendet wird. Ein typisches Beispiel eines solchen Materials ist VECTRA (LCX-325 oder insbesondere C 810), angemeldetes Warenzeichen, das von der Firma Hoechst vertrieben wird, oder auch XYDAR, ein angemeldetes Warenzeichen.
Das Verfahren nach der Erfindung wird im Rahmen seiner Anwendung auf VECTRA beschrieben, ohne daß dadurch die Erfindung eingeschränkt sei.
Zur Metallisierung eines Teils, das durch Spritzguß dieses Kunststoffmaterials erhalten ist, sieht das Verfahren nach der Erfindung zunächst das Aufbringen einer Subdünnschicht eines Haftmetalls durch Kathoden-Sputtern auf der vorbereiteten und aktivierten Oberfläche des Teils und dann das Aufbringen einer elektrisch sehr gut leitenden Metallendschicht durch Kathoden- Sputtern vor.
Insbesondere für VECTRA werden für die Subschicht ein Platinerzmetall und bevorzugt Palladium und für die Endschicht reines Silber verwendet, das eine sehr gute Kohäsion mit Palladium besitzt und selbst für elektronische Anwendungen im Millimeterbereich die erforderlichen elektrischen Eigenschaften ergibt, nämlich einen so tadellosen Oberflächenzustand wie möglich bei sehr hoher Homogenität und der gewollten Leitfähigkeit. Darüberhinaus besitzt das Paar aus Palladium und Silber die gewünschten galvanischen Eigenschaften, um eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber harten Umgebungsbedingungen zu bieten (Salznebel, ...)
Palladium bietet eine sehr gute Haftfähigkeit gegenüber dem Kunststoffmaterial, sofern dessen Oberfläche geeignet vorbereitet wurde.
Im folgenden wird, ebenfalls unter Bezug auf die beigefügte Figur, im einzelnen die bevorzugte Durchführung des Verfahrens beschrieben.
Das Teil aus VECTRA (Bezugsziffer 1 in der beigefügten Zeichnung) wird in einem ersten Schritt einer Vorbereitung auf chemischem Wege in einem alkalischen Hydroxidbad, beispielsweise Kaliumhydroxid unterzogen. Diese Behandlung ermöglicht es, Oberflächenverunreinigungen zu beseitigen, und erzeugt eine Mikrosatinierung der Oberfläche des Teils. Die Parameter dieses ersten Schritts müssen geeignet geregelt werden, um Sprünge oder Risse zu vermeiden und gleichzeitig die Mikrosatinierung zu gewährleisten.
Diese Ergebnisse werden mit einer Badkonzentration erhalten, die im wesentlichen zwischen 380 und 420 g/l liegt, sowie bei einer Temperatur von im wesentlichen zwischen 75 und 85ºC und einer Zeitdauer in der Größenordnung von 10 min ± 1 min, um einer ausreichende Rauhigkeit zu erhalten, die aber unter 2 um liegt.
Der zweite Schritt besteht aus einer Trockenoperation, die die Entwässerung und die Entgasung der Teile ermöglicht. Diese Operation wird über eine Zeitdauer von im wesentlichen gleich 2h ± 30 min bei einer Temperatur von 125ºC ± 5 durchgeführt.
Der dritte Schritt ist ein Schritt der Aktivierung durch mechanische Einwirkung eines Argonplasmas. Diese Operation ist wesentlich für die Qualität und das Haftvermögen der Metallschichten. Die Parameter sind optimiert, um die Teile nicht durch das Erhitzen zu beschädigen.
Die Operation wird in einem Vakuumabscheidungsgehäuse durchgeführt, wobei sich dahingehend ein Vorteil ergibt, daß die Entwässerung und Entgasung des Teils zu Ende gebracht werden.
Man wählt einen Argonpartialdruck von im wesentlichen gleich 2 Pa bei einer Plasmastärke in der Größenordnung von 0,4 A ± 0,05 A, und die Dauer der Operation liegt bei 5 min ± 30 s.
Die Argonionen des Plasmas besitzen die Rolle eines Aktivators und sorgen für die Mikrokugeleindrückung der Oberfläche, da sie das Teil beschießen.
Der vierte Schritt des Verfahrens besteht im Aufbringen einer sehr reinen, dünnen Palladiumsubschicht (Bezugsziffer 2 in der beigefügten Figur). Beispielsweise wird eine Dicke der Subschicht hergenommen, die im wesentlichen zwischen 2000 und 2500 Å liegt. Durch diese mikrokristalline Abscheidung wird bei passenden Parametern die Haftbindung zwischen VECTRA und der Silberschicht sichergestellt.
Die Abscheidung wird durch Magnetron-Kathodensputtern unter einem Argonpartialdruck von im wesentlichen gleich 0,4 Pa mit einer Sputter-Stärke in der Größenordnung von 4 A ± 0,05 A über eine Zeitdauer von 15 min ± 1 min durchgeführt.
Schließlich besteht der fünfte Schritt des Verfahrens im Aufbringen einer Endschicht aus Silber (Bezugsziffer 3 in der Figur). Diese Schicht kann eine Dicke aufweisen, die im wesentlichen zwischen 8 und 10 um liegt.
Die Abscheidung wird durch Magnetron-Kathodensputtern unter einem Argonpartialdruck in der Größenordnung von 0,5 Pa mit einer Sputter-Stärke von 4 A ± 0,05 A über einen Zeitraum von 60 min ± 5 min durchgeführt.
Durch diese Silberabscheidung lassen sich eine tadellose Kontinuität, ein fehlerloser Oberflächenzustand (Rauhigkeit unter 2 um), eine starke Haftung an dem Kunststoffmaterial erhalten, und Weichlötungen werden ermöglicht. Darüberhinaus bleiben diese Eigenschaften nach dem Altern tadellos erhalten, das durch die folgenden raschen Temperaturschwankungen simuliert wurde:
(1000 Zyklen (- 55ºC/+125ºc) mit einem Zyklus von 30 min bei -55ºC und 30 min bei +125ºC).
Ein besonderes Merkmal der Metallschichten 2 und 3 liegt darin, daß sie eine säulenförmige Struktur besitzen, da sie durch Kathoden-Sputtern erhalten wurden.
Selbstverständlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele in keinster Weise einschränkend für die Erfindung. Für die Sub- Schicht 2 können auch andere Platinerzmetalle verwendet werden. Ebenso könnten für die Endschicht 3 andere elektrisch gut leitende Metalle als Silber, also Gold, Kupfer usw. verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Metallisierung der Oberfläche von Kunststoffteilen, die aus Flüssigkristallpolymeren mit mineralischen Füllstoffen bestehen, das einen Schritt der Oberflächenvorbereitung und einen Schritt des Aufbringens einer Metallschicht durch Kathoden-Sputtern aufweist, wobei der Schritt der Oberflächenvorbereitung die aufeinanderfolgenden Schritte aufweist:

- Vorbereiten der Oberfläche der Kunststoffteile auf chemischem Wege, um eine Mikrosatinierung zu erhalten, indem die Teile in einem alkalischen Hydroxidbad behandelt werden;

- Trocknen, um die Teile zu entwässern und zu entgasen;

- Aktivieren der mikrosatinierten Oberfläche durch Einwirkung eines Plasmas; und wobei der Schritt des Aufbringens einer Metallschicht die aufeinanderfolgenden Schritte aufweist:

- Aufbringen einer Subdünnschicht eines Haftmetalls durch Kathoden-Sputtern;

- Aufbringen einer elektrisch sehr gut leitenden Metallendschicht durch Kathoden-Sputtern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in das Bad mit einer Konzentration von im wesentlichen zwischen 380 und 420 g/l und einer Temperatur von im wesentlichen zwischen 75 und 85ºC über eine Zeitdauer von im wesentlichen zwischen 9 und 11 min eingetaucht werden, da das alkalische Hydroxid Kaliumhydroxid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen bei einer Temperatur in der Größenordnung von 125ºC über eine Zeitdauer von im wesentlichen gleich 2h ± 30 min durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungsschritt die Aktivierung durch ein Argonplasma umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungsschritt in einem Vakuumabscheidungsgehäuse unter einem Argonpartialdruck von im wesentlichen gleich 2 Pa mit einer Plasmastärke in der Größenordnung von 0,4 A über eine Zeitdauer in der Größenordnung von 5 min durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmetall Palladium ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens einer Palladiumsubschicht darin besteht, durch Magnetron-Kathodensputtern eine Palladiumschicht aufzubringen, die im wesentlichen zwischen 0,2 und 0,25um (2000 und 2500 Å) dick ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens einer Palladiumsubschicht unter einem Argonpartialdruck von im wesentlichen gleich 0,4 Pa mit einer Sputter-Stärke in der Größenordnung von 4 A über einen Zeitraum in der Größenordnung von 15 min durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch sehr gut leitende Metall der Endschicht Silber ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens einer Endschicht aus Silber darin besteht, durch Magnetron-Kathodensputtern eine Silberschicht aufzubringen, deren Dicke im wesentlichen zwischen 8 und 10 um liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens einer Endschicht aus Silber darin besteht, eine Silberschicht durch Magnetron- Kathodensputtern unter einem Argonpartialdruck von im wesentlichen gleich 0,5 Pa mit einer Sputter-Stärke in der Größenordnung von 4 A über einen Zeitraum in der Größenordnung von 60 min aufzubringen.