DE8633771U1 - Beschichtungsmittelmischung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder, insbesondere Leiterbilder - Google Patents

Beschichtungsmittelmischung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder, insbesondere Leiterbilder

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DE8633771U1 DE19868633771 DE8633771U DE8633771U1 DE 8633771 U1 DE8633771 U1 DE 8633771U1 DE 19868633771 DE19868633771 DE 19868633771 DE 8633771 U DE8633771 U DE 8633771U DE 8633771 U1 DE8633771 U1 DE 8633771U1
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Description

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Siemens Aktiengesellschaft 86 H 8085 DE Michael Huber GmbH
Beschichtungsmittelmischung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder auf isolierende Substrate
Die Neuerung betrifft eine Beschichtungsmittelmischung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder, insbesondere Leiterbilder auf elektrisch isolierende Substrate, bestehend aus einer Trägersubstanz, einem Metall, ggf. einem Bindemittel und ggf. einem Losemittel.
Die Verwendung derartiger Beschichtungsmittelmischungen zum
Aufbringen von Leiterbildern auf elektrisch leitende Substrate, wobei die übertragung des Leiterbildes mit Hilfe eines Lasers vorgenommen wird, ist aus der DE-Z "Galvanotechnik" 77 (1986) Nr. 1, Seiten 51 bis 60 bereits bekannt. Als Substrat wird ein kleberbeschichtets Epoxidharz-Basismaterial verwendet, welches zunächst zur Aufrauhung des Klebers einer Vorbehandlung durch S03-Gasphasenbeizung mit NH^-Beizstop unterzogen wird. Als metallhaltige Beschichtungsmittelmischung wird dann beispielsweise ein Cr(III)-Fotosensitizer auf das Substrat aufgebracht, der Chromdll)-chlorid, Natriumoxalat und Palladium (Il)-chlorid enthält. Bei der anschließenden Laser-Bildübertragung entstehen dann im Bereich des Leiterbildes Pd-Keime, di£ nach einer Vcrmetallisierung mit Ni-P und einer Wärmebehandlung bei 100 bis 120* C eine chemische oder galvanische Dickverkupferung ermöglichen. Insbesondere bei der Dickverkupferung in auOenstromlos arbeitenden Kupferbädern kann es bei längeren Expositionszeiten zu Ablösungen der Kleberschicht vom Basismaterial kommen, so daß die abgeschiedenen Leiterbahnen ihre Haftgrundlage verlieren.
Aus der DE-OS 21 29 926 ist eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Markierungen bekannt, bei welcher feine Teilchen auf einen Gegenstand aufgebracht und mit Hilfe eines Laserstrahls entsprechend der gewünschten Markierung mit der Ober-
01 01
&bull; I « &diams; ·
·8&bgr;· &EEgr; 8085' DE fläche des Gegenstandes verklebt werden. Anschließend werden dann die Teilchen die nicht an der Oberfläche des Gegenstandes ankleben entfernt. Bei den für die Markierung verwendeten Teilchen kann es sich um verschiedene Pigmente mit hohen Absorbtionskoeffizienten, Gemische aus Pigment und Harz, gefärbte hochmolekulare Materialien, Metallpulver und dergl. handeln. Als Beispiele für Metallpulver die zur Herstellung von Markierungen geeignet sind werden Eisenpulver, Kupferpulver und Messingpulver genannt.
Dsr Nsusruog liegt dis Aufnabe zuTunde} eine Besohlchtyngsmittelmischung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder, insbesondere Leiterbiider auf elektrisch isolierende Substrate zu schaffen, die eine einfache Übertragung des Druckbildes ermöglicht und insbesondere bei der Herstellung von Leiterplatten den Aufbau sehr feiner Leiterstrukturen mit ausreichender Haftgrundlage gewährleistet.
Diese Aufgabe wird bei einer Beschichtungsmittelmisehung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Metall in Form von Partikeln der Oxidationsstufe Null in dreidimensionaler Verteilung auf Körner einer nichtmetallischen, oberflächenreichen Trägersubstanz aufgebracht ist.
Der Neuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die durch
Energiestrahlung induzierte Zersetzung metallorganischer Verbindungen durch den Einsatz von Metall der Oxidationsstufe Null umgangen werden kann, sofern das Metall in einer für die Übertragung des Druckbildes und die feste Verankerung auf oder in dem Substrat geeignete Weise aufbereitet werden kann. Diese Aufbereitung des Metalles der Oxidationsstufe Null erfolgt durch die Verwendung einer nichtmetallischen, körnigen Trägersubstanz, auf die das Metall in fein verteilter Form aufgebracht wird. Derartige Trägersubstanzen für Metalle der Oxida-
01 02
&bull;.3·.:.. .1. .g6« &eegr;*6&Oacgr;85'&Oacgr;&egr; tionsstufe Null sind im übrigen als sog. Trägerkatalysatoren bereit» bekannt, die beispielsweise bei der Hydrierung oder Dehydrierung eingesetzt werden. Bei der Herstellung derartiger Trägerkatalysatoren werden Katalysatormetalle wie Platin, PaIadium und Nickel auf Katalysatorträger wie Aktivkohle, Kieselgur, Bentonite, Kaoline, Kieselgel, Aluminiumoxid und Bimsstein niedergeschlagen. Handelsübliche Trägerkatalysatoren enthalten im allgemeinen zwischen 0,5 und 60 Gw.-X Metall.
Durch die Verwendung der auf körnige Trägersubstanzen aufgebrachten Metalle als Beschichtungsmittel ergibt sich auf dem Substrat eine dreidimensionale Verteilung der Metallkeime, welche die nachfolgende chemische Metallisierung begünstigt und die Expositionszeiten in den entsprechenden außenstromlos arbeitenden Bädern erheblich verringert. Außerdem ermöglichen die körnigen Trägersubstanzen eine sehr gute und durch die Einwirkung von Energiestrahlung steuerbare Verankerung im Substrat, die dann beispielsweise bei der Herstellung von Leiterplatten eine vorzügliche Haftgrundlage für die Leiterbahnen gewährleistet. Als weitere Vorteile sind die geringe Umweltbelastung durch den Wegfall der bislang erforderlichen Zersetzungsreaktionen, die durch die Vereinfachung des Verfahrens erzielbare höhere Wirtschaftlichkeit und die Möglichkeit einer Verarbeitung des Beschichtungsmittel in flüssiger Form anzuführen. Letzteres wird dadurch ermöglcht, daß die an Trägersubstanzen gebundenen Metalle in Flüssigkeiten sehr gut dispergiert werden können und zu stabilen flüssigen Beschichtungsmittel führen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 5 hervor.
01 03
'&bull;'l·' öS H Hoe5* DE
Die Beschichtungsmittelmischung gemäß der Neuerung ermöglicht prinzipiell eine Vielzahl von Verarbeitungsformen und Ubertragungsformen. So kann die Beschichtungsmittelmischung in fester Form als Pulver mit oder ohne Bindemittel, in flüssiger Form oder in Form einer auf die Substratoberfläche aufzubringenden Folie verarbeitet werden. Die Folie kann dann allein aus der Beschichtungsmittelmischung bestehen oder aus der Beschichtungsmittelmischung und einem Hilfsträger zusammengesetzt sein. Geeignete Techniken für die Übertragung von
Druckbildern mittels Folien gehen beispielsweise aus der
FR-OS 2 250 318 hervor. Die übertragung der Druckbilder unter Einwirkung von Energiestrahlung kann ebenfalls auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Neben der Verwendung von Masken, Stempeln und drgl. können die Druckbilder auch durch Relativbewegungen zwischen Energiestrahl und Substrat erzeugt werden. Ferner ist noch darauf hinzuweisen, daß unter der Übertragung von Druckbildern auch ganzflächige Metallisierungen van Substraten zu verstehen sind. In diesem Fall können dann auch Subtraktivtechniken zum Einsatz kommen.
Ausführungsbeispiele der Neuerung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
FIG 1 eine Anordnung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder auf isolierende Substrate,
FIG 2 das Prinzip der Laser-Bildübertragung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsmittelmischung, FIG 3 das Prinzip der Verankerung der Trägersubstanz im Substrat,
01 04
"5 86 H 8085 DE
FIG 4 das gemäß den FIG 2 und 3 übertragene und im Substrat
verankerte Leiterbild,
FIG 5 das Leiterbild genau FIG 4 nach einer chemischen und
galvanischen Metallisierung,
FIG 6 eine Variante bei welcher die Beschichtungsmlttelmlschung einen Schmelzklebstoff als Bindemittel enthält und
FIG 7 die Verankerung des Leiterbildes im Substrat bei der Variante gemäß FIG 6
FIG 1 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung eine Anordnung zur Übertragung eines Leiterbildes auf ein Substrat S, das beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht. Bei dem dargestellten Substrat S handelt es sich um einen Ausschnitt eines Basismaterials für spritzgegossene Leiterplatten. Als Materialien für derartige Basismaterialien sind insbesondere hochtemperaturbeständige Thermoplaste wie Polyetherimid, Polyethersulfon, Polyphenylensulfid und Flüssigkristallpolymere geeignet. Auf die Oberfläche des Substrats S ist in einer Schichtdicke von etwa 4 pm ein Beschichtungsmittel aufgebracht, dessen körnige Trägersubstanz T durch winzige Punkte aufgezeigt ist.
Die dargestellte Anordnung umfaßt einen Laser La, welcher einen Laserstrahl L erzeugt, in dessen Strahlengang aufeinanderfolgend ein Fotoverschluß Fv, ein erster drehbarer Ablenkspiegel Asx einer Ablenkoptik Ao, ein zweiter drehbarer Ablenkspiesel Asy der Ablenkoptik Ao und ein Objektiv 0 argeordnet sind, welches den Laserstrahl L auf die Oberfläche des Substrats S fokussiert. Die Lage des Substrats S ist in bezug auf ein ebenes kartesisches x-, y-Koordinatensystem festgelegt. Dementsprechend hat der erste Ablenkspiegel Asx der Ablenkoptik Ao die Aufgebe, den Laserstrahl L in der horizontalen Richtung &khgr; abzulenken, was in FIG 1 durch einen Doppelpfeil x1 angedeutet ist. Der zweite Ablenkspiegel Asy der Ablenkoptik Ao hat die Aufgabe, den Laserstrahl Ls in der vertikalen Richtung y abzulenken, was in FIG 1 durch einen Doppelpfeil y1 angedeutet ist.
01 05
"6·! WS H S085* DE
Die Steuerung der Ablenkspiegel Asx und Asy entsprechen dem jeweils auf dem Substrat zu erzeugenden Leiterbild erfolgt durch einen Mikrocomputer Mc, welchem eine Eingabe E zugeordnet ist. Die Leitungen für die Steuerung der Ablenkspiegel Asx und Asy sind dabei mit Lex bzw. Ley bezeichnet. Der Mikrocomputer Mc steuert auch der. Fotoverschluß Fv, was durch eine entsprechende Leitung Le aufgezeigt ist.
Bei dem Laser La handelt es sich beispielsweise um einen Co2-Laser, der im Dauerstrichbetrieb eingesetzt oder auch elektronisch gepulst werden kann, wobei die mittlere Leistung zwischen 0,5 Watt und 8 Watt liegt. Die Fokussierung des Laserstrahls L ist verstellbar, wobei der Durchmesser des Laserstrahls L an der Substratoberfläche auf Durchmesser zwischen 50 pm und 400 pm eingestellt werden kann.
Für die Übertragung des Leiterbildes auf des Substrat S wird die darauf aufgebrachte Druckfarbe vom Laserstrahl L entsprechend der über die Eingabe E in den Mikrocomputer Mc eingegebenen Leiterbahnkonfiguration bestrichen. Als Spur des Laserstrahls L bei aer Leiterbildübertragung ist in FIG 1 eine mit Lb bezeichnete Leiterbahn zu erkennen. Weitere Einzelheiten der Leiterbildübertragung werden nachfolgend anhand der FIG 2 bis näher erläutert.
FIG 2 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung das Substrat S, auf dessen Oberfläche die einzelnen Partikel der Trägersubstanz T des Beschichtungsmittel gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Ferner sind einzelne Partikel eines Metalles M zu erkennen, die auf die oberflächenreiche Trägersubstanz T aufgebracht sind. Geeignete Materialien sind beispielsweise Aktivkohle als Trägersubstanz T und Palladium als Metall M. Der entsprechend dem zu erzeugenden Leiterbild über die Oberfläche des Substrats S geführte Laserstrahl L führt zu einer oberflächlichen Aufschmelzu'^ des Substrats S. Gemäß FIG 3 bewirkt diese Aufschmelzung eine feste Verankerung der Trägersubstanz T im Bereich des gewünschten Leiterbildes. Nach-
02 06
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&bull;81? H 8TQ85" DE folgend wird dann die nicht verankterte Trägersubstanz T durch Bürsten, Absprühen, Abwaschen in einem Ultraschallbad oder dergl. entfernt, so daß gemäß FIG 4 nur noch die verankerte Trägersubstanz T im Bereich des zu erzeugenden Leiterbildes auf dem Substrat S verbleibt. Die in dreidimensionaler Verteilung auf der verankerten Trägersubstanz T vorliegenden Partikel des Metalles M dienen dann als Keime für eine außenstromlose chemische Metallisierung des Leiterbildes. Das Leiterbild kann dabei vollständig durch chemische Metallabscheidung oder durch chemische und nachfolgende galvanische Metallabscheidung aufgebaut werden. Letzteres ist in FIG 5 dargestellt, wobei aus chemisch abgeschiedene Metall mit CM und das galvanisch abgeschiedene Metall mit GM bezeichnet ist. Als Material für die Metalle CM und GM ist insbesondere Kupfer geeignet.
Die FIG 6 und 7 zeigen eine Variante, bei welcher die Trägersubstanz T mit einem Schmelzklebstoff als Bindemittel getränkt ist. Dieses Bindemittel B schmilzt dann durch die Einwirkung des Laserstrahls L auf und führt gemäß FIG 6 zu einer Verklebung der Trägersubstanz T mit der Oberfläche des Substrats S. Sofern es sich bei dem Substrat S wieder um einen thermoplastischen Kunststoff handelt kann nach der Entfernung der nicht angeklebten Trägersubstanz T eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, die gemäß FIG 7 zu einem Einschmelzen in die Substrat-Oberfläche und /:u einer noch besseren Verankerung der Trägersubstanz T im Bereich des gewünschten Leiterbildes führt. Für die Wärmebehandlung können beispielsweise Mikrowellen verwendet werden. Als Bindemittel B werden dann insbesondere polare Polymere mit hoher Dielektrizitätskonstante verwendet. Die Mikroweilen wirken dann nur über dieses Bindemittel B auf das Substrat S ein, d. h. eine durch die Wärmebehandlung hervorgerufene Verformung des Substrats S kann mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Für aie Behandlung mit Mikrowellen als Bindemittel geeignete polare Polymere sind beispielsweise Polyamid und Polyimid.
02 07
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Beispiel 1
Zur Herstellung eines Beschichtungsmittel wird von einem handelsüblichen Trägerkatalysator ausgegangen, welcher aus Aktivkohle mit darauf aufgebrachtem Palladium besteht. Dabei sind etwa 10 Gew.-SK Palladium auf 90 Gew.-X Aktivkohle verteilt angeordnet. Die Aktivkohle mit dem darauf aufgebrachten Palladium liegt in feinkörniger Form vor, wobei 30 % der Körner eine Korngröße unter 10 pm, 85 % der Körner eine Korngröße unter 50 &mgr;&igr;&eegr; und 98 % der Körner eine Korngröße unter 100 pm aufweisen. Das damit hergestellte Beschichtungsmittel enthält folgende Bestandteile:
30 Gew.-» Aktivkohle + Palladium
2 Gew.-» Gelbpigment
25 bis 30 Gew.-56 Bindemittel
1,5 % Gew.-X Thixotropiermittel
Rest Lösungsmittel
Als Bindemittel wurde ein Gemisch aus Maleinatharz und Polyvinylbutyral '.erwendet. Als Lösungsmittel wurde Ä'thanol verwendet.
Das vorstehend geschilderte Beschichtungsmittel wurde durch Tauchen auf ein Substrat aus Polyethersulfon aufgetragen. Die Übertragung eines Leiterbildes erfolgte mit der anhand der Fig. 1 dargestellten Anordnung mit Hilfe eines Laserstrahls. Anschließend wurde das überschüssige Beschichtungsmittel in einem Ultraschallreinigungsbad mit Isobutylmethylketon als Reinigungsflüssigkeit entfernt. Das Leiterbild wurde dann durch außenstromlose kupferabscheidung mit einer Schichtdicke von 2 pm und galvanische Kupferabscheidung mit einer Schichtdicke von 33 pm aufgebaut.
Beispiel 2
Beim vorstehend beschriebenen Beispiel 1 wurde die Aktivkohle mit dem darauf aufgebrachten Palladium durch eine feinkörnigere Substanz mit einer mittleren Korngröße von etwa 4 pm ersetzt.
02 08
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DE Das resultierende Beschichtungsmittel wurde durch Spritzen mit einer Schichtdicke von etwa 4 bis 5 pm auf das Substrat aufgetragen.
Beispiel 3
Beim vorstehend beschriebenen Beispiel 2 wurde die Aktivkohle durch Calciumcarbonat ersetzt.
Beispiel 4
Beim Beispiel 2 wurden die Mengenverhältnisse von Aktivkohle zu Palladium geändert. Etwa 97 Gew.-SS Aktivkohle dienen als Träger fur 3 Gew.-X Palladium.
Beispiel 5
Beim Beispiel 3 wurden die Mengenverhältnisse von Calciumcsrbonat zu Palladium geändert. Etwa ?7 Gew.-SK Calciumcarbonat dienen als Träger für 3 Gew.-X Palladium.
Beispiel 6
Das im Beispiel 4 verwendete Palladium wurde durch Platin ersetzt.
Beispiel 7
Das im Beispiel 5 verwendete Palladium wurde durch Platin ersetzt.
Beispiel 8
Bei dem Beispiel 1 wurde nach der Entfernung des überschüssigen Beschichtungsmittels eine Nachbehandlung in einem Ammoniumchloridbad vorgenommen. Diese Nachbehandlung führte zu einer wesentlichen Erhöhung der Haftfestigkeit der Leiterbahnen auf dein Substrat.
Die Nachbehandlung mit einem geeigneten Bad ist auch für die Beispiele 2 bis 7 anwendbar. Beim Beispiel 2 führte die Nachbehandlung mit Ammoniumchlorid zu einer Haftfestigkeit der
2 Leiterbahnen von etwa 1 N/mm
02 09
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Beispiel 9
Bei dem Beispiel 1 wurde die Aktivkohle durch Leitruß ersetzt. Während es bei den übrigen elektrisch nicht leitenden Trägern bei einem zu großen Korn zu Unregelmäßigkeiten im Leiterbahnaufbau kommen kann, besteht an dieser Stelle durch den Leitruß die Leitfähigkeit fort, wenn auch in geringerem Maße als bei Metallen. Der Leitruß ersetzt also nicht die Metalle. Er ergänzt die Funktion der Metalle als Keime für die nachfolgende stromlose Metallisierung. 10 5 Schutzansprüche 7 Figuren
01

Claims (5)

Schutzansprüche
1.beschichtungsmittelmischung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder, insbesondere Leiterbildei>auf elektrisch isolierende Substrate, bestehend ^us einer Trägersubstanz, einem Metall, ggf. einem Bindemittel und ggf. einem Lösemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall (M) in Form von Partikeln der Oxidationsstufe Null in dreidimensionaler Verteilung auf Körner einer nichtmetallischen, oberflächenreichen Trägersubstanz (T) aufgebracht ist.
2. Beschichtungsmittelmischung nach Aspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eir Bindemittel (B) enthalten ist.
3. Beschichtungsmittelmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Lösemittel enthalten ist.
4. Beschichtungsmittelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Thixotropiermittel enthalten ist.
5. Beschichtungsmittelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis
gekennzeichnet durch
Verwendung von Palladiumpartikeln als Metall (M).
06 03
DE19868633771 1986-12-17 1986-12-17 Beschichtungsmittelmischung zum Aufbringen elektrisch leitender Druckbilder, insbesondere Leiterbilder Expired DE8633771U1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0649273A1 (de) * 1993-10-13 1995-04-19 Hoechst Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0649273A1 (de) * 1993-10-13 1995-04-19 Hoechst Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts

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