EP1274880A2 - Method for the selective, metal-based activation of substrate surfaces for the wet-chemical metal deposition without external current and a means therefore - Google Patents

Method for the selective, metal-based activation of substrate surfaces for the wet-chemical metal deposition without external current and a means therefore

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Publication number
EP1274880A2
EP1274880A2 EP01929548A EP01929548A EP1274880A2 EP 1274880 A2 EP1274880 A2 EP 1274880A2 EP 01929548 A EP01929548 A EP 01929548A EP 01929548 A EP01929548 A EP 01929548A EP 1274880 A2 EP1274880 A2 EP 1274880A2
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EP
European Patent Office
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metal
vesicles
activator
precursor
activator metal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01929548A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stephan Lange
Veniamin Galius
Stephan Fiedler
Monika Hannemann
Wolfgang Scheell
Herbert Reichl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Priority claimed from DE2001113857 external-priority patent/DE10113857A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/04Making microcapsules or microballoons by physical processes, e.g. drying, spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1603Process or apparatus coating on selected surface areas
    • C23C18/1607Process or apparatus coating on selected surface areas by direct patterning
    • C23C18/1608Process or apparatus coating on selected surface areas by direct patterning from pretreatment step, i.e. selective pre-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/18Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/20Pretreatment of the material to be coated of organic surfaces, e.g. resins
    • C23C18/28Sensitising or activating
    • C23C18/30Activating or accelerating or sensitising with palladium or other noble metal
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/18Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material
    • H05K3/181Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material by electroless plating
    • H05K3/182Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material by electroless plating characterised by the patterning method

Definitions

  • the present invention relates to a wet chemical, external currentless method for the continuous or discontinuous generation of thin metallic layers (in particular finely structured layers in the ⁇ m-nm range) on organic and inorganic, preferably inert, dielectric substrate support materials such as polymers, ceramics and semiconductor materials, and in particular a method for selective, metal-based activation of these materials as preparation for the subsequent metallization.
  • Substrates of the type available with thin metallic structures and layers are widely used in microelectronics. They are suitable as function carriers of essential components of rewiring, 5 printed circuit boards or integrated circuits.
  • the metallized substrates of the present invention can also be used in optics and microtechnology in general, as well as for decorative purposes or as printed matter.
  • Electromagnetic radiation of a certain wavelength and energy density is projected through a partially transparent structure that acts as a positive or negative template onto the substrate coated with sensitive components (photoresist) over the entire surface. In subsequent etching and rinsing steps, the 5 projected structure is exposed (developed).
  • Electroplating metal depositions avoiding chemically reactive steps are also known, for example deposition of Pd / Sn colloids from an acidic, colloidal Pd-Sn colloid system on pre-etched plastic, conversion by ion exchange into Pd / Cu and deposition of the desired (noble ) Metal from a suitable electrolyte solution (Paatsch W., metallizing plastics metal surface 1998 5230-34).
  • electrolyte solution Paatsch W., metallizing plastics metal surface 1998 5230-34.
  • additive and semi-additive techniques for the metallization of conductive or non-conductive substrates in particular the surfaces of organic polymers, ceramics or semiconductor materials, chemical (electroless) metallization processes are also used, which are generally referred to as chemical or chemically reductive processes.
  • the usually inert surfaces of the substrates to be metallized have to be activated if it is a matter of non-active materials such as polymers or ceramics.
  • the activation consists in the application of catalytically active substances or the formation of such substances on wetted layers of the surface in contact with corresponding solutions and suspensions (see, for example, Fundamentals of Microfabrication,
  • the substrate surfaces can be chemically or physically roughened beforehand and thus their surface energy (wettability) can also be changed. Then the surfaces are brought into contact with a solution of suitable metal ions, which are then reduced and deposited as metal nuclei (atomic clusters) and bring about the activation. For this, e.g. Tin and very often used palladium.
  • metal layers for example nickel layers, are built up thereon, which are additionally provided with surface protection, e.g. Gold, can be provided. See e.g. Fundamentals of Microfabrication, op. Cit., B. Endres, Galvanotechnik D-88348 Saulgau, 88/1997) No. 5 or ZEV-PCB 7-8 / 97, The new surfaces of the PCB (anonymus).
  • the activator solution is usually applied to the substrate to be activated by dipping into a solution or suspension containing the activator or one of its precursors. Subsequent dipping steps with further solutions ultimately lead to the generation of the metal nuclei (metal clusters) mentioned on the areas provided for the metallization. Surface activation by incubation directly in precious metal colloids and their destabilization on the surface of the treated substrate is also possible. However, these must be stabilized, because otherwise the individual metal atoms or clusters would aggregate and precipitate out in lumps, grains or layers. (Stabilization of metal colloids or clusters generated in situ is also from other fields of technology such as Synthetic chemistry or exhaust gas treatment known).
  • Dispersant produced which gives the particles a charge and thereby stabilizes them. Between the individual dipping steps, excess components must be removed by intermediate dives (washing steps). This is the only way to prevent the spread of metal germs in the immersion solutions, to avoid coagulation of the colloid and to keep the baths' service life long enough.
  • DE 197 47 377 A1 proposes a method for preparing the production of very finely structured metallic layers. According to this method, it is provided that metal ions are spatially separated from a further compartment on a substrate, the layer causing the spatial separation containing proteins which can induce a vector-induced light-induced gradient, for example a concentration gradient, which reduce or reduce the metal ions can make a reduction accessible.
  • the gradient is built up and the metal is reduced by selective exposure at those locations where the activation is to take place. If the compartment consists of metal ions packed in vesicles and the vesicle environment, the vesicles must be opened so that the metal can act on the surface of the substrate.
  • This method requires a selective exposure of a part of the layer applied to the substrate in order to enable the required structuring.
  • Classic printing processes can also be used to apply metals directly to surfaces.
  • stencil printing technology can be used to apply solder deposits (solder bumps, wafer bumping) and form them by remelting. Grid dimensions achieved here are in the range of 200-250 ⁇ m (Kloeser, J. et al., Pan Pacific Microelectronics Symposium and Tabletop Exhibition, Mauna Lani (USA), Feb. 10-13, 1998).
  • (screen) printable solders microparticles are introduced into a polymer matrix and thus achieve the consistency required for printing. When the microparticles fuse, such a matrix can serve as a flow aid. The ones usually used here
  • metal particles (5-75 ⁇ m size scale) are not suitable as activators for (wet) chemical metal deposition.
  • an ink set which comprises a microemulsion-based, black ink with water-insoluble pigment and an aqueous, colored ink, the ionic strength of which is higher and which causes the pigment to precipitate on contact with the black ink, thereby causing a Bleeding is prevented.
  • EP 395096 B1 deals with exposure to a laser beam.
  • Printing and other dispensing methods have the advantage over a flat treatment of surfaces that a subsequent step for the selective activation of a part of the flat materials can be omitted.
  • the object of the present invention is to provide a method for the selective, metal-based activation of substrate surfaces, with which, after wet chemical, electroless metallization, very fine-structured metallic layers can later be obtained on a substrate.
  • the method should be carried out using conventional printing or dispensing techniques and at room temperature and should be independent of the material of the substrate to be metallized.
  • the use of environmentally harmful components should be avoided or minimized where possible, also by reducing the number of process steps and Process chemicals.
  • the realizable structure width should preferably be less than the raster width of about 3 ⁇ m that can be achieved in offset printing.
  • the metal deposition by which the surface to be metallized is activated does not have to be a blanket deposition. It is sufficient to deposit traces of a suitable activator metal on the substrate surface. High precision of the deposition limits should be achievable.
  • the deposited metal nuclei have catalytic activity in the subsequent steps of wet chemical deposition of further materials.
  • the object of the invention is also to provide a method for metallizing surfaces using this activation method.
  • the object is achieved by the provision of a method for the selective, metal-based activation of substrate surfaces for wet chemical, electroless metal deposition, characterized in that the substrate surface is activated at the desired locations with activator metal, which as such or in the form of a precursor using vesicles was selectively transported to these places on the surface.
  • the present invention proposes to encapsulate the activator metal as defined below in the interior of liposomes or other vesicles.
  • the activator metal stabilized in this way is applied to the surface to be metallized by a printing process or in another way (dispensing process, stamping techniques). In contrast to surface treatments with later selection of the surfaces to be activated, this material is applied from the outset exclusively to these surfaces. Since the activator metal is encapsulated, the membrane of the vesicles is then opened so that the activator metal reaches the substrate surface. There, it can then be overlaid with metal using conventional, currentless metal deposition processes, for example the additive and semi-additive techniques mentioned in the introduction. Figure 1 illustrates this method using an example.
  • a precursor of the activator metal is used, this is also encapsulated in the interior of the vesicles. They can be converted into the activator metal before or with or after opening the vesicle membrane. At least in the latter case, the vesicles must already have been deposited on the substrate surface at the time of the conversion.
  • vesicles the outer side of which is coated with activator metal, which is present in chemical elemental form (as a "metal cluster", see next paragraph), either vesicles that are also in their interior Activator metal or a precursor of
  • Activator metal as described for the above embodiments, or preferably contain those vesicles which are free of activator metal or precursors of activator metal in their interior.
  • the vesicles serve as transport material for the metal nuclei which have already been formed, and if the transport takes place exclusively via the outer surface, the vesicles on the substrate surface need not be opened.
  • Activator metal is to be understood here as meaning metals and metal compounds which have such a chemical and / or physical structure or environment that after application to a surface they have catalytic activity in chemical, electroless metallization baths and thus - catalytically - the deposition of metals can effect from these baths.
  • An important group includes the solid surface modifiers, which are already known in chemically bound form as ions or complex compounds and are known and known as ionogenic activators.
  • Particularly suitable as ionogenic activators are transition metals that can be easily reduced (e.g. from Pd (II) to Pd (0)) and are complexed with redox-sensitive ligands such as nitrite or other oxo, ambident or multidentate ligands. Examples of multidentate ligands are ring-forming diamines or diketonates.
  • multidentate ligands are ring-forming diamines or diketonates.
  • a further, at least partially different activator group comprises the metals, which are present in chemical elemental form and act as atomic clusters on surfaces, which - also - in the first and - exclusively - can be used in the third embodiment of the invention.
  • metal clusters are intended to mean that a collection of several (preferably at least 10, more preferably at least 25, particularly preferably about 50 to 600) atoms are organized in a composite with a metal character. These can preferably be atoms with a formal valence of zero, but clusters with charge components on the metal can also be used.
  • LH Gade coordination chemistry (Verlag Wiley-VCH, Weinheim 1998).
  • metal clusters are described as molecules that contain a finite number of metal atoms, which are linked to a significant extent by metal-metal bonds. From the explanations for this it also appears that the metal clusters described there, which are clusters stabilized with ligands, can also be regarded as “metal crystallites” in a ligand shell or as ligand-stabilized colloids at higher metal atom numbers.
  • metal clusters from the series are shown which, due to the packing structure of the metals, have certain preferred metal atom numbers, the so-called "magic numbers".
  • the metal clusters suitable for the present invention as activator metal only include those which have the catalytic activity mentioned above in electroless chemical metallization baths. The reference should therefore only refer to the number and structure of the metal atoms.
  • the metals or metal compounds which can be used in the clusters or ionogenic compounds mentioned are selected with regard to the material to be deposited; they are known to the person skilled in the art. Examples are tin, noble metals or transition metals (e.g. the VIII. Group such as Co, Ni Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, the V. group such as Nb and the I. group with Cu, Ag, Au).
  • Suitable ionogenic compounds are, for example, chloro or nitro complexes such as tetranitropalladate with potassium, sodium, lithium or ammonium ions as counterions and palladium chloride.
  • precursors of the activator metal are to be understood as meaning those substances which can be converted into activator metal by reaction with a suitable reaction partner at the intended site of action on the substrate surface or beforehand within the vesicles. These are, for example, chelated metals that are dechelated by the reaction partner, complexed metals which are reduced by the reactant (for example those which are described as starting materials for stabilized cluster suspensions in the literature), or metal ions which are reduced by ion exchange, pH change or the like.
  • the reaction partner can accordingly be a reducing agent, for example a reducing agent customary in color or black and white photography, for example 1,4-benzenediamine, 1, 2,3-benzenetriol, m-hydroquinone, p-hydroquinone or p-hydroxyphenylglycine. It is particularly preferred to select a reaction partner which, depending on another chemical property such as the presence of certain ions (in particular the pH value), brings about a reduction in the precursor of the activator metal.
  • This system represents a redox system in which the potentials of the reactants depend on the chemical property mentioned, in particular on the pH value.
  • An example of such a redox system is the combination of palladium (II) amine complex / formate.
  • the reactant which can convert the precursor into the activator metal
  • the reactant can also be packed in vesicles mixed with the vesicles containing the precursor and applied to the substrate surface.
  • the vesicles are opened, both the precursor and its reaction partner are released; the conversion to the activator metal takes place. This is in
  • FIG. 3 shows schematically: vesicles A with a precursor of the activator metal are in a mixture with vesicles B which contain a reaction partner. Separated by the membrane shells of the vesicles, the conversion to the activator metal C is not possible; this takes place only after opening the vesicles on the substrate surface. Alternatively, after application to the substrate surface and opening of the vesicle membrane, the vesicles containing the precursor can be washed with a solution which contains the reactant, which causes the conversion to the activator metal, or the reactant is in the dispersant for the vesicles. This variant is illustrated in FIG.
  • vesicle A is shown with a precursor of the activator metal as a dispersion in reaction partner B.
  • the conversion to the activator metal C takes place only after opening the vesicle membrane on the substrate surface.
  • the vesicles can be brought into contact with a reaction-triggering factor, for example with electromagnetic radiation (for example UV radiation).
  • electromagnetic radiation for example UV radiation.
  • the concentration gradient of a membrane-permeable ion species, for example of protons can be used for this purpose, these ions being enriched or depleted in the vesicles, as a result of which the conversion takes place.
  • the deposition of metal atoms with cluster formation on the vesicle surface for the production of the vesicles according to the third embodiment of the invention can be carried out from preferably aqueous solutions of corresponding metals by reduction according to known methods.
  • the ionic strength of the preferably aqueous dispersion medium used also contributes to the variation of the properties of a vesicle preparation with metal clusters adhering to the outside of the membrane (e.g. with regard to the prevailing charge and therefore presumably also correlates with the binding capacity).
  • the higher the ionic strength the slower the metal deposition on the surface of the vesicles. If you choose slow deposition, the loading state of the vesicles can be selected very precisely.
  • the vesicles which are intended for the transport of the activator metal to the site of deposition can be made from any suitable amphiphilic molecules such as lipids or anionic, cationic or in particular nonionic surfactants of natural or synthetic origin in aqueous or non-aqueous liquids be formed.
  • suitable amphiphilic molecules such as lipids or anionic, cationic or in particular nonionic surfactants of natural or synthetic origin in aqueous or non-aqueous liquids be formed.
  • the membrane-forming properties of fatty acids, longer-chain alcohols and lecithin or of phospholipids are known.
  • Preferred is the use of conventional lipid vesicles (liposomes) made of, for example, phospholipid bilayers; however, the choice of suitable substances is not critical and is therefore not restricted to this.
  • Many phospholipids occur in nature in smaller or larger amounts. For example, phosphatidylcholines are found in egg yolk.
  • phospholipids fall into two main groups, one comprising a derivatized glycerol molecule and the other having a sphingosine backbone.
  • Natural, but also synthetic phospholipids can be used for the present invention.
  • phosphatidylcholines there are, for example, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine or phosphatidylglycerol, but also the synthetic surfactant Cetylpyridinium chloride suitable.
  • egg lecithin or plant-derived phospholipids such as soybean lecithin, but also cholesterol or glycolipids are suitable.
  • the liposomes can also contain further constituents.
  • lipid membranes substances such as cholesterol or other substances which have hydrophobic or hydrophobic regions and which, for example, influence the permeability and flowability of the membrane can be embedded in a lipid membrane.
  • liposomes When the term “liposomes” is used in the present application, this is not meant to be limited to lipid vesicles; rather, all vesicles, including those made of other materials, for example the “niosomes” 1 formed from nonionic surfactants, are to be included.
  • Tetraalkylammonium compounds may be mentioned as an example of synthetic amphiphiles; Representatives of these compounds are the dialkyldimethylammonium halides (chlorides, bromides), from which vesicles suitable for the invention can be produced.
  • the membrane-forming substances can also contain charged or uncharged head groups-carrying synthetic compounds and substances of natural origin with one or more long-chain (C 6 -C 20 preferably C 12 -C 18 ) saturated or also simply or include polyunsaturated side chains.
  • the head group can be, for example, an amine coupled via a phosphoric acid ester bond (choline, ethanolamine, etc.).
  • the crystallinity (liquid crystal - gel phase transition) and the charge of the membrane are the decisive variables which are responsible for the adsorption of metal clusters at least on the outer surface of the vesicle and also for their further growth.
  • the nucleation (the locally occurring growth process) of metal clusters on surfaces by coalescence of individual atoms takes place here on a liquid-crystalline surface.
  • the typical characteristics of the membrane former (used as a liposome base) influence the characteristics of the clusters growing on the vesicle surface.
  • niosomes is derived from a combination of the terms “nonionic” and “(lipo-) somes”
  • a factor for the targeted influencing of the degree of order / mobility of membrane formers as typical as phospholipids is the temperature, but also the presence of factors forming membrane domains (eg proteins or cholesterol).
  • the liposomes usually have diameters in the range from about 10 nm to about 1 ⁇ m, more preferably from about 50 to 500 nm and typically about 100-200 nm. In an essential embodiment, they are with a solution of the ionogenic compound (or a mixture of several such Compounds) or a suspension of metal clusters or a precursor of the activator metal. In a further embodiment, the activator metal adheres to the outwardly facing side of the lipid bilayer of the liposomes. The activator metal can be attached to the outside of the liposomes in addition or as an alternative to filling the vesicles.
  • a solution of ionogenic activator metal, a metal suspension or an activator metal precursor can be encapsulated by known methods.
  • the lipid intended for the liposomes and the corresponding metal salt of the ionogenic activator optionally with the addition of further salts / components, such as potassium or sodium salts, to adjust the ionic strength required for the stability of the vesicles or charged surfactants for the purpose of a defined charge of the vesicles , placed in water, and a liposome suspension is produced using a common method.
  • Polymeric stabilizers can also be added.
  • liposome suspension also known as dispersion or emulsion, since such systems do not fit into the traditional solid / liquid or liquid / liquid system
  • extrusion processes high-pressure filtration techniques, high-speed filtration techniques, homogenization techniques, ultrasonic processes or high-speed stirring.
  • the non-encapsulated ionogenic activator can, if desired, be removed from the suspension by washing or filtering the suspension or by column chromatography or by a dialysis method.
  • An encapsulated metal cluster suspension with activator metal properties is not known in the prior art.
  • the metal cluster suspension obtained can be cleaned of constituents of the starting components, as already described above for the encapsulated ionogenic activator.
  • a liquid, possibly also pasty product is obtained, which may already as such, i.e. without further formulation, can be used as a printable paste.
  • the vesicles In order to load the outer surface of the vesicles with metal clusters, the vesicles are brought into contact with a solution of a corresponding metal compound, whereupon the metal atoms are brought into a state either by reduction or by release of the metal atoms from metal atom complexes already in the formal oxidation state "0" from which they aggregate into clustem.
  • suitable metal compounds for this are those which have been described in detail above under "precursors of the activator metal", that is to say all those substances which can also be converted into activator metal by reaction with a suitable reaction partner at the intended site of action on the substrate surface or within the vesicles. These are also suitable for use in solutions in which the outside of the vesicles can be loaded with metal clusters, regardless of whether the vesicles also contain metal in some form or not.
  • the quantitative ratios of the liposome reaction batch also determine the characteristics of the metal clusters growing on the vesicle surface.
  • concentrations the ionic strength
  • type e.g. value
  • pH of the aqueous dispersion medium influence the effective surface charge (zeta potential) of dispersed microparticles, including liposomes and other vesicles. These parameters can therefore be used specifically to control the growth of the metal clusters on the vesicle surfaces.
  • the reaction can be “switched on” at any time and usually by reversing the chemical conditions can also be “switched off” again.
  • This allows the desired amounts of metal to be deposited and thus also the cluster size or amount to be controlled very well, especially since, as mentioned above, the rate of the reaction can be regulated via the ionic strength of the suspension. This can be clearly seen from the example of a reduction of Pd by formate: the reaction can be controlled via the pH value.
  • Vesicles in the palladium complex solution cause the reduction to start, the addition of bases stops them. The addition of salts slows them down.
  • the liposomes have been separated from their suspension by one of the abovementioned steps, they can then be resuspended.
  • the viscosity of the suspension is easily adjustable at room temperature. This can be done, for example, by adjusting the ratio of liposomes to suspending agents.
  • the suspension can thus be concentrated by customary methods in order to bring its viscosity to a value which it can use as a printing paste or for other application makes suitable.
  • a thickener such as polyvinylpyrrolidone can be added to the suspension.
  • the liposome concentration is chosen in a suitable manner by the person skilled in the art and is usually in the range between 0.1 and 50% by weight.
  • the substrates that can be prepared for the metallization using the method according to the invention are not restricted.
  • examples are polymers such as cyanate esters, phenolic or epoxy resins, polyimides, phenolic resins or benzocyclobutensiloxanes, ceramics or semiconductor materials. Such substances are used in microelectronics.
  • the coating of surfaces made of polymer materials is increasingly gaining economic importance; both organic and inorganic-organic polymers can serve as a substrate.
  • the present method is particularly suitable for the production of wiring structures on printed circuit boards or foils for multilayer printed circuit boards.
  • the technique with which the liposomes loaded with activator metal are selectively applied to the surface of the substrate to be activated is also not critical. So all common printing techniques, but also stamping techniques or the like can be used.
  • the stamp used can be profiled and homogeneously wettable or consist of an almost planar surface that has selectively wetting areas due to chemical modification (modern offset principles).
  • a technique well suited to the present invention is offset printing.
  • the expected resolution of the structures that can be applied depends on the printing technology and the printing press used as well as the consistency of the liposome paste. Structures with widths and distances down to a few 10 to 100 nm are available.
  • the minimal edge blur is in the range of the liposome diameter.
  • surface unevenness such as depressions and openings (eg bores) that go beyond material roughness can be wetted and filled.
  • the liposome paste After the liposome paste has been applied, it is dried for fixation, the choice of drying parameters (temperature, time) being suitably based on the properties of the liposomes.
  • the drying step can be designed so that the liposome content is released. This is possible, for example, by incubating the substrate provided with the liposome paste at approximately 60-80 ° C. Such an incubation is commercially available
  • Metallization baths e.g. nickel-phosphorus, nickel-boron or copper bath
  • the lipids used for the preparation of the liposomes have a phase transition temperature below the temperature range required for the metallization and the incubation in the metallization bath is preceded by the usual conditioning rinsing baths which bring about an opening of the liposomes.
  • the printed liposome paste can be rinsed with a membrane-lytic medium.
  • Numerous surface-active substances surfactants
  • Saponins Saponins
  • the membrane lysis need not be complete; it suffices to create perforations or "holes" through which the contents of the liposomes come into contact with the environment.
  • the applied liposome paste can, if necessary, be cured, in which case it must contain appropriate constituents, for example thermally or radiation-induced curable mono- or polymers.
  • the substrate is preferably pretreated. Layers obtained after pretreatment are generally more stable because the adhesion is improved. The pretreatment steps depend on the chemical composition of the substrate. For example, the roughening of the polymer surface by dissolving / swelling - etching - cleaning is effective (Schröer, D. et al., Electrochimica Acta 1995 40, 1487-1494; or Schmidt, R. et al., Galvanotechnik 1996 87, 2015-2022) ,
  • the surface activation of printing technology described according to the invention is easily divided into known and industrially practiced process sequences, so that its detailed description can be dispensed with here. (See Suchentrunk, R. Metallizing of Plastics- A handbook of Theory and Practice Finishing Publications Ltd 1993; DE 196 39 898 A1).
  • the substrate which is preconditioned according to common processes, is directly suitable for building up metal layers in corresponding commercial autocatalytic baths (e.g. Schmidt-Nickel 604 from Herbert Schmidt GmbH, Solingen, Federal Republic of Germany).
  • the method according to the invention differs as a purely additive method from conventional stamping techniques on copper-clad material in that the etching steps necessary in these subtractive techniques are completely eliminated here.
  • L- ⁇ -phosphatidylcholine type II-S from soybeans, Sigma catalog No. P5638 is at a concentration of about 5% in an aqueous solution of 10 mM K 2 [Pd (NO 2 ) 4 ] and 0.2M K 2 SO 4 pre-swollen
  • the mixture is subjected to an ultrasound treatment or homogenization, whereby lipid vesicles are formed, in the interior of which the metal activator is enclosed.
  • the lipid vesicles are chromatographed using a NAP-25 pre-filled gel cartridge (Amersham Pharmacia Biotech). The solution is freed from potassium nitropalladate.
  • Thin panes or foils of glass fiber reinforced epoxy resin polymer are incubated at room temperature for 5 minutes in a 20% aqueous solution of the adhesion promoter LUPASOL SK (BASF AG) in order to improve the adhesion.
  • the liposome paste prepared as above is applied to the dry substrate using a stamp. A 1-2 minute drying at 80 ° C. then takes place for fixation, the liposome membrane opening.
  • the subsequent deposition of an electrically conductive metal layer is carried out without current in a commercially available autocatalytic metallization bath (e.g. chemical nickel 604, Herbert Schmidt GmbH & Co. Germany).
  • a uniformly adhering nickel layer is formed at the areas printed with the liposome paste, which, depending on the intended area of application, is available for subsequent treatment (e.g. deposition of a copper or gold layer).
  • FIG. 5 shows a stamp impression of a liposome paste on printed circuit board base material FR4 produced in accordance with Example 1, which was reinforced in the nickel bath.
  • Example 2
  • a solution containing 2 mM tetramminopalladium dichloride and 200 mM potassium formate and having a pH of 8 is mixed with lipid in an amount of 0.2 to 40% by weight, based on the total weight of the solution.
  • the mixture is treated with ultrasound, resulting in lipid vesicles filled with solution.
  • an osmotically equivalent solution that is free of the redox system osmotic compensation by means of potassium sulfate or glucose
  • the chemical equilibrium of the redox system is increased by adding a suitable acid (slow dropwise addition of 0.5 M sulfuric acid until the pH Value has dropped to 5) moved to the palladium reduction side. Finely dispersed palladium particles form within the lipid vesicles.
  • the liposome suspension thus obtained is stable.
  • Their consistency depends on the amount of lipid used. It ranges from thin, watery (0.2 to 5% by weight lipid) to filthy-viscous (approx. 40% by weight lipid) and can be conditioned directly for stamp application. After the stamp imprint has dried on, the substrate can be used for the selective deposition of metal layers as described above.
  • a liposome dispersion was made from soybean lecithin (II-S "Asolectin” from SIGMA-Aldrich, catalog number P-5638) and aqueous using the conventional methods (ultrasonic generator of the type "Bransson Sonifier 450, output stage 3, duty cycle 30%) Salt solutions of different concentrations: A1: 0 mol / IK 2 SO 4 in distilled water A2: 100 mmol / l K 2 SO 4 in distilled water A3: 500 mmol / l K 2 SO 4 in distilled water. For this purpose, 500 mg of lipid in 20 ml of the aqueous salt solution were pre-swollen with stirring for about 1 hour and then sonicated in a test tube for 10 minutes. Furthermore, stock solutions from
  • the pH of the homogeneous dispersion (according to pH 7.85) was then adjusted to pH 4.8 using (about 3 ml) 0.1 mol / IH 2 SO 4 .
  • the mixture was then continuously stirred in a water bath at 35 ° C. (magnetic stirrer). With the onset of metal cluster formation on the outer surface of the lipid, recognizable, for example, from a gradual browning of the mixture, aliquots were removed at intervals of 5 minutes and a pH of 8.0 was adjusted therein by adding 0.1 mol / l aqueous KOH in each case , Depending on the chosen point in time of stopping the reaction by resetting the pH in the reaction mixture to pH> 8.0, metal clusters of different sizes can be obtained in this way.

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Abstract

The invention relates to a method for the selective metal-based activation of substrate surfaces for the wet-chemical metal deposition without external current. The inventive method is characterised in that the substrate surface is activated by means of an activator metal which, as such or in the form of a precursor, has been selectively transported to the location of the surface by means of vesicles, whereby said location has to be activated. The invention also relates to a vesicle mixture comprising vesicles that are filled with an activator metal precursor and to vesicles that are filled with a reaction partner for the activator metal precursor. The reaction partner can convert the activator metal precursor into activator metal as soon as the vesicle membranes are opened. Said vesicle mixture is present as such or suspended in a suspension agent and is suitable for use in said method.

Description

Verfahren zur selektiven, metallbasierten Aktivierung von Substratoberflächen für die naßchemische, außenstromlose Metallabscheidung und Mittel hierfür Process for the selective, metal-based activation of substrate surfaces for wet chemical, electroless metal deposition and means therefor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein naßchemisches, außenstromloses Verfahren zum 5 kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Erzeugen dünner metallischer Schichten (insbesondere fein strukturierter Schichten im μm - nm Bereich) auf organischen und anorganischen, bevorzugt inerten dielektrischen Substratträgerwerkstoffen wie Polymeren, Keramiken und Halbleitermaterialien, und insbesondere ein Verfahren zur selektiven, metallbasierten Aktivierung dieser Werkstoffe als Vorbereitung der o nachfolgenden Metallisierung.The present invention relates to a wet chemical, external currentless method for the continuous or discontinuous generation of thin metallic layers (in particular finely structured layers in the μm-nm range) on organic and inorganic, preferably inert, dielectric substrate support materials such as polymers, ceramics and semiconductor materials, and in particular a method for selective, metal-based activation of these materials as preparation for the subsequent metallization.
Mit dünnen metallischen Strukturen und Schichten versehene Substrate der hierbei erhältlichen Art kommen in großem Umfang in der Mikroelektronik zum Einsatz. Sie sind als Funktionsträger wesentlicher Komponenten von Umverdrahtungen, 5 Leiterplatten oder integrierten Schaltungen geeignet. Die metallisierten Substrate der vorliegenden Erfindung können jedoch auch in der Optik und der Mikrotechnik allgemein sowie für Dekorationszwecke oder als Drucksachen Verwendung finden.Substrates of the type available with thin metallic structures and layers are widely used in microelectronics. They are suitable as function carriers of essential components of rewiring, 5 printed circuit boards or integrated circuits. However, the metallized substrates of the present invention can also be used in optics and microtechnology in general, as well as for decorative purposes or as printed matter.
Für die bezeichneten Anwendungen geeignete metallische Strukturen werden häufig o mit einer auf fotolithografischen Verfahren basierenden technologischen Schrittfolge hergestellt. Dabei wird elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge und Energiedichte durch eine als Positiv- oder Negativvorlage fungierende, partiell transparente Struktur auf das mit sensitiven Komponenten (Fotolack) ganzflächig beschichtete Substrat projiziert. In anschließenden Ätz- und Spülschritten wird die 5 projizierte Struktur freigelegt (entwickelt).Metallic structures suitable for the applications described are often produced using a technological sequence of steps based on photolithographic processes. Electromagnetic radiation of a certain wavelength and energy density is projected through a partially transparent structure that acts as a positive or negative template onto the substrate coated with sensitive components (photoresist) over the entire surface. In subsequent etching and rinsing steps, the 5 projected structure is exposed (developed).
Galvanotechnische Metallabscheidungen unter Vermeidung chemisch reaktiver Schritte sind ebenfalls bekannt, z.B. die Abscheidung von Pd-/Sn-Kolloiden aus einem sauren, kolloidalen Pd-Sn-Kolloidsystem auf vorgeätztem Kunststoff, Umwandlung durch o lonenaustausch in Pd/Cu und Abscheidung des gewünschten (Edel-) Metalls aus einer geeigneten Elektrolytlösung (Paatsch W., Metallisieren von Kunststoffen Metalloberfläche 1998 5230-34). In sogenannten Additiv- und Semiadditivtechniken der Metallisierung von leitenden oder nichtleitenden Substraten, insbesondere den Oberflächen von organischen Polymeren, Keramiken oder Halbleitermaterialien, kommen auch chemische (stromlose) Metallisierungsverfahren zum Einsatz, die allgemein als chemische oder chemisch reduktive Verfahren bezeichnet werden. Hierfür sind die gewöhnlich reaktionsträgen Oberflächen der zu metallisierenden Substrate zu aktivieren, wenn es sich um nichtaktive Materialien wie Polymere oder Keramiken handelt. Die Aktivierung besteht im Auftrag von katalytisch wirksamen Substanzen oder der Bildung solcher Substanzen an benetzten Schichten der Oberfläche im Kontakt mit entsprechenden Lösungen und Suspensionen (siehe z.B. Fundamentals of Microfabrication,Electroplating metal depositions avoiding chemically reactive steps are also known, for example deposition of Pd / Sn colloids from an acidic, colloidal Pd-Sn colloid system on pre-etched plastic, conversion by ion exchange into Pd / Cu and deposition of the desired (noble ) Metal from a suitable electrolyte solution (Paatsch W., metallizing plastics metal surface 1998 5230-34). In so-called additive and semi-additive techniques for the metallization of conductive or non-conductive substrates, in particular the surfaces of organic polymers, ceramics or semiconductor materials, chemical (electroless) metallization processes are also used, which are generally referred to as chemical or chemically reductive processes. For this purpose, the usually inert surfaces of the substrates to be metallized have to be activated if it is a matter of non-active materials such as polymers or ceramics. The activation consists in the application of catalytically active substances or the formation of such substances on wetted layers of the surface in contact with corresponding solutions and suspensions (see, for example, Fundamentals of Microfabrication,
Marc Madou, CRC PressLLC, N.Y., 1997, S. 117). Diese Substanzen werden auch als Aktivatoren bezeichnet. Um die Haftfestigkeit der als Aktivator wirksamen Substanzen und die der nachfolgenden Metallschichten zu gewährleisten, können die Substratoberflächen zuvor chemisch oder physikalisch aufgerauht und so zusätzlich ihre Oberflächenenergie (Benetzbarkeit) verändert werden. Sodann werden die Oberflächen in Kontakt mit einer Lösung geeigneter Metallionen gebracht, die anschließend reduziert und als Metallkeime (Atomcluster) abgelagert werden und die Aktivierung bewirken. Hierfür wird z.B. Zinn und sehr häufig Palladium eingesetzt. Schließlich werden hierauf Metallschichten, beispielsweise Nickelschichten, aufgebaut, die zusätzlich mit einem Oberflächenschutz, z.B. Gold, versehen werden können. Siehe z.B. Fundamentals of Microfabrication, a.a.O., B. Endres, Galvanotechnik D-88348 Saulgau, 88 /1997) Nr. 5 oder ZEV-Leiterplatten 7-8/97, Die neuen Oberflächen der Leiterplatte (Anonymus).Marc Madou, CRC PressLLC, N.Y., 1997, p. 117). These substances are also called activators. In order to ensure the adhesive strength of the substances acting as activators and that of the subsequent metal layers, the substrate surfaces can be chemically or physically roughened beforehand and thus their surface energy (wettability) can also be changed. Then the surfaces are brought into contact with a solution of suitable metal ions, which are then reduced and deposited as metal nuclei (atomic clusters) and bring about the activation. For this, e.g. Tin and very often used palladium. Finally, metal layers, for example nickel layers, are built up thereon, which are additionally provided with surface protection, e.g. Gold, can be provided. See e.g. Fundamentals of Microfabrication, op. Cit., B. Endres, Galvanotechnik D-88348 Saulgau, 88/1997) No. 5 or ZEV-PCB 7-8 / 97, The new surfaces of the PCB (anonymus).
Der Auftrag der Aktivatorlösung auf das zu aktivierende Substrat erfolgt üblicherweise durch Tauchen in eine den Aktivator oder eine seiner Vorstufen enthaltende Lösung oder Suspension. Sich anschließende Tauchschritte mit weiteren Lösungen führen letztlich zur Erzeugung der genannten Metallkeime (Metallcluster) auf den für die Metallisierung vorgesehenen Arealen. Ebenso ist eine Oberflächenaktivierung durch Inkubation direkt in Edelmetallkolloiden und deren Destabilisierung auf der Oberfläche des behandelten Substrates möglich. Allerdings müssen diese stabilisiert sein, weil ansonsten die einzelnen Metallatome bzw. Cluster aggregieren und in Klümpchen, Körnern oder Schichten ausfallen würden. (Eine Stabilisierung in situ erzeugter Metallkolloide oder -cluster ist auch aus anderen Gebieten der Technik wie Synthesechemie oder Abgasbehandlung bekannt). So beschreibt die DE 197 40 431 C1 ein Verfahren unter Einsatz eines Edelmetallkolloids, das aus einer Mischung einer entsprechenden Edelmetallverbindung, eines Reduktionsmittels und eines Schutzkolloids abgeschieden wird. In der US 3,958,048 ist eine Aktivatorsuspension offenbart, die eine Metallverbindung eines unedlen Metalls, ein Hydrid als Reduktionsmittel für das Metall und ein organisches Dispersionsmittel enthält, wobei bei der Reduktion der Metallverbindung zu katalytisch aktiven Teilchen spezifische pH-Werte eingehalten werden müssen. Kolloidale Pd- oder Pt-Lösungen sind in der US 5,332,646 beschrieben; sie werden durch Reduktion von metallorganischen Salzen (eigentlich: Komplexsalzen) in Gegenwart vonThe activator solution is usually applied to the substrate to be activated by dipping into a solution or suspension containing the activator or one of its precursors. Subsequent dipping steps with further solutions ultimately lead to the generation of the metal nuclei (metal clusters) mentioned on the areas provided for the metallization. Surface activation by incubation directly in precious metal colloids and their destabilization on the surface of the treated substrate is also possible. However, these must be stabilized, because otherwise the individual metal atoms or clusters would aggregate and precipitate out in lumps, grains or layers. (Stabilization of metal colloids or clusters generated in situ is also from other fields of technology such as Synthetic chemistry or exhaust gas treatment known). DE 197 40 431 C1, for example, describes a method using a noble metal colloid which is deposited from a mixture of a corresponding noble metal compound, a reducing agent and a protective colloid. US Pat. No. 3,958,048 discloses an activator suspension which contains a metal compound of a base metal, a hydride as a reducing agent for the metal and an organic dispersing agent, specific pH values having to be observed when reducing the metal compound to catalytically active particles. Colloidal Pd or Pt solutions are described in US 5,332,646; they are obtained by reducing organometallic salts (actually: complex salts) in the presence of
Dispersionsmittel hergestellt, das den Teilchen eine Ladung verleiht und sie dabei stabilisiert. Zwischen den einzelnen Tauchschritten muß eine Entfernung überschüssiger Komponenten durch Zwischentauchgänge (Waschschritte) erfolgen. Nur so wird die Verschleppung von Metallkeimen in die Tauchlösungen verhindert, eine Koagulation des Kolloids vermieden und die Standzeit der Bäder ausreichend lang gehalten.Dispersant produced, which gives the particles a charge and thereby stabilizes them. Between the individual dipping steps, excess components must be removed by intermediate dives (washing steps). This is the only way to prevent the spread of metal germs in the immersion solutions, to avoid coagulation of the colloid and to keep the baths' service life long enough.
Die DE 197 47 377 A1 schlägt ein Verfahren zur Vorbereitung der Erzeugung sehr fein strukturierbarer metallischer Schichten vor. Gemäß diesem Verfahren ist es vorgesehen, daß sich Metallionen in räumlicher Trennung zu einem weiteren Kompartiment auf einem Substrat befinden, wobei die die räumliche Trennung bewirkende Schicht Proteine enthält, die lichtinduziert einen vektoriellen Gradienten, z.B. einen Konzentrationsgradienten, aufbauen können, der die Metallionen reduzieren oder einer Reduktion zugänglich machen kann. Durch selektives Belichten an denjenigen Orten, an denen die Aktivierung erfolgen soll, wird der Gradient aufgebaut und das Metall reduziert. Wenn die Kompartimentierung aus in Vesikeln verpackten Metallionen und der Vesikelumgebung besteht, müssen die Vesikel geöffnet werden, damit das Metall auf der Oberfläche des Substrates wirksam werden kann. Dieses Verfahren erfordert eine selektive Belichtung eines Teils der auf das Substrat aufgebrachten Schicht, um die erforderliche Strukturierung zu ermöglichen. Zur direkten Aufbringung von Metallen auf Oberflächen können auch klassische Druckverfahren genutzt werden. So lassen sich in Schablonendrucktechnik (stencil printing) Lotdepots (solder bumps, wafer bumping) aufbringen und durch Umschmelzen formen. Hier erreichte Rastermaße liegen im Bereich von 200-250 μm (Kloeser, J. et al., Pan Pacific Microelectronics Symposium and Tabletop Exhibition, Mauna Lani (USA), Feb. 10-13, 1998). Bei der erwähnten Entwicklung von (sieb-)druckfähigen Loten werden Mikropartikel in eine Polymermatrix eingebracht und erlangen so die für den Druck erforderliche Konsistenz. Beim Verschmelzen der Mikropartikel kann eine solche Matrix als Flußhilfsmittel dienen. Die hier üblicherweise eingesetztenDE 197 47 377 A1 proposes a method for preparing the production of very finely structured metallic layers. According to this method, it is provided that metal ions are spatially separated from a further compartment on a substrate, the layer causing the spatial separation containing proteins which can induce a vector-induced light-induced gradient, for example a concentration gradient, which reduce or reduce the metal ions can make a reduction accessible. The gradient is built up and the metal is reduced by selective exposure at those locations where the activation is to take place. If the compartment consists of metal ions packed in vesicles and the vesicle environment, the vesicles must be opened so that the metal can act on the surface of the substrate. This method requires a selective exposure of a part of the layer applied to the substrate in order to enable the required structuring. Classic printing processes can also be used to apply metals directly to surfaces. In this way, stencil printing technology can be used to apply solder deposits (solder bumps, wafer bumping) and form them by remelting. Grid dimensions achieved here are in the range of 200-250 μm (Kloeser, J. et al., Pan Pacific Microelectronics Symposium and Tabletop Exhibition, Mauna Lani (USA), Feb. 10-13, 1998). In the aforementioned development of (screen) printable solders, microparticles are introduced into a polymer matrix and thus achieve the consistency required for printing. When the microparticles fuse, such a matrix can serve as a flow aid. The ones usually used here
Metallpartikel (5-75 μm Größenskala) eignen sich jedoch nicht als Aktivatoren für eine (naß-)chemische Metallabscheidung.However, metal particles (5-75 μm size scale) are not suitable as activators for (wet) chemical metal deposition.
Die Entwicklung neuer Drucktechniken findet man vor allem im Bereich von (farb-)bildgebenden Prozessen wie Lichtsatz-Techniken und Hochtemperatur- Tintenstrahldruck. Während die durch Belichtung bestimmten Verfahren von der Körnung der sensitiven Schicht und der Wellenlänge des jeweils verwendeten Lichtes (ggf. Laser) abhängen, ist bei letztgenannter (Electroprinting-) Technik die bei handelsüblichen Tintenstrahldruckern erreichbare Auflösung von 600 dpi zu veranschlagen (was bei 25 Punkten/mm minimal realisierbaren Punktabständen von jeweils 40 μm entspricht). Aus der US 5.853.465 ist ein Tinten-Set bekannt, das eine mikroemulsionsbasierte, schwarze Tinte mit wasserunlöslichem Pigment sowie eine wäßrige, farbige Tinte umfaßt, deren lonenstärke höher ist und die beim Kontakt mit der schwarzen Tinte deren Pigment zum Ausfällen bringt, wodurch ein Ausbluten verhindert wird. Mit der Erzeugung von farbigen Bildern aus metastabilen Filmen, welche selektiv z.B. mit einem Laserstrahl belichtet werden, befaßt sich die EP 395096 B1.The development of new printing techniques can be found primarily in the area of (color) imaging processes such as light-setting techniques and high-temperature inkjet printing. While the methods determined by exposure depend on the grain size of the sensitive layer and the wavelength of the light used (laser, if applicable), the latter (electroprinting) technology is based on the resolution of 600 dpi that can be achieved with commercially available inkjet printers (which is 25 points / mm corresponds to minimally realizable point distances of 40 μm each). From US 5,853,465 an ink set is known which comprises a microemulsion-based, black ink with water-insoluble pigment and an aqueous, colored ink, the ionic strength of which is higher and which causes the pigment to precipitate on contact with the black ink, thereby causing a Bleeding is prevented. With the creation of colored images from metastable films, which selectively e.g. EP 395096 B1 deals with exposure to a laser beam.
Druck- und andere Dispensierverfahren haben gegenüber einer flächigen Behandlung von Oberflächen den Vorteil, daß ein nachfolgender Schritt zur selektiven Aktivierung eines Teils der flächig aufgebrachten Materialien entfallen kann.Printing and other dispensing methods have the advantage over a flat treatment of surfaces that a subsequent step for the selective activation of a part of the flat materials can be omitted.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur selektiven, metallbasierten Aktivierung von Substratoberflächen, mit dem nach naßchemischer, außenstromloser Metallisierung lateral auch sehr feinstrukturierte, metallische Schichten auf einem Substrat erhalten werden können. Das Verfahren soll mit üblichen Druck- oder Dispensiertechniken und bei Raumtemperatur ausführbar sowie vom Material des zu metallisierenden Untergrundes unabhängig sein. Außerdem soll der Einsatz umweltschädigender Komponenten nach Möglichkeit vermieden oder minimiert werden, auch durch eine Verringerung der Verfahrensschritte und Verfahrenschemikalien. Die realisierbare Strukturbreite sollte vorzugsweise unter der im Offsetdruck erreichbaren Rasterweite von etwa 3 μm liegen.The object of the present invention is to provide a method for the selective, metal-based activation of substrate surfaces, with which, after wet chemical, electroless metallization, very fine-structured metallic layers can later be obtained on a substrate. The method should be carried out using conventional printing or dispensing techniques and at room temperature and should be independent of the material of the substrate to be metallized. In addition, the use of environmentally harmful components should be avoided or minimized where possible, also by reducing the number of process steps and Process chemicals. The realizable structure width should preferably be less than the raster width of about 3 μm that can be achieved in offset printing.
Die Metallabscheidung, durch die die zu metallisierende Oberfläche aktiviert wird, muß, wie aus der Literatur bekannt und bereits voranstehend erwähnt, keine flächendeckende Abscheidung sein. Es ist ausreichend, Spuren eines geeigneten Aktivatormetalls auf der Substratoberfläche abzulagern. Dabei sollen hohe Präzisionen der Abscheidungsgrenzen erreichbar sein. Die abgelagerten Metallkeime besitzen in den nachfolgenden Schritten der naßchemischen Abscheidung weiteren Materials katalytische Aktivität.As is known from the literature and already mentioned above, the metal deposition by which the surface to be metallized is activated does not have to be a blanket deposition. It is sufficient to deposit traces of a suitable activator metal on the substrate surface. High precision of the deposition limits should be achievable. The deposited metal nuclei have catalytic activity in the subsequent steps of wet chemical deposition of further materials.
Aufgabe der Erfindung ist außerdem die Bereitstellung eines Verfahrens zum Metallisieren von Oberflächen unter Verwendung dieses Aktivierungsverfahrens.The object of the invention is also to provide a method for metallizing surfaces using this activation method.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur selektiven, metallbasierten Aktivierung von Substratoberflächen für die naßchemische, außenstromlose Metallabscheidung, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche an den gewünschten Orten mit Aktivatormetall aktiviert wird, das als solches oder in Form einer Vorstufe mit Hilfe von Vesikeln selektiv an diese Orte der Oberfläche transportiert wurde.The object is achieved by the provision of a method for the selective, metal-based activation of substrate surfaces for wet chemical, electroless metal deposition, characterized in that the substrate surface is activated at the desired locations with activator metal, which as such or in the form of a precursor using vesicles was selectively transported to these places on the surface.
Die vorliegende Erfindung schlägt gemäß einer Ausgestaltung vor, das Aktivatormetall wie nachstehend definiert im Inneren von Liposomen oder anderen Vesikeln zu verkapseln. Das so stabilisierte Aktivatormetall wird durch ein Druckverfahren oder auf andere Weise (Dispensierverfahren, Stempeltechniken) auf die zu metallisierende Oberfläche aufgebracht. Dabei wird dieses Material im Gegensatz zu Flächenbehandlungen mit späterer Selektion der zu aktivierenden Flächen von vornherein ausschließlich auf diese Flächen aufgebracht. Da das Aktivatormetall verkapselt ist, wird anschließend die Membran der Vesikel geöffnet, so daß das Aktivatormetall auf die Substratoberfläche gelangt. Dort kann es dann mittels üblicher, stromloser Metallabscheideverfahren, z.B. den in der Einleitung erwähnten Additiv- und Semiadditivtechniken, metallisch überschichtet werden. Figur 1 illustriert dieses Verfahren anhand eines Beispiels. Wird gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung eine Vorstufe des Aktivatormetalls eingesetzt, wird auch diese im Inneren der Vesikel verkapselt. Ihre Umwandlung in das Aktivatormetall kann vor oder mit bzw. nach dem Öffnen der Vesikelmembran erfolgen. Zumindest im letzteren Fall müssen die Vesikel zum Zeitpunkt der Umwandlung bereits auf der Substratoberfläche abgelagert worden sein.According to one embodiment, the present invention proposes to encapsulate the activator metal as defined below in the interior of liposomes or other vesicles. The activator metal stabilized in this way is applied to the surface to be metallized by a printing process or in another way (dispensing process, stamping techniques). In contrast to surface treatments with later selection of the surfaces to be activated, this material is applied from the outset exclusively to these surfaces. Since the activator metal is encapsulated, the membrane of the vesicles is then opened so that the activator metal reaches the substrate surface. There, it can then be overlaid with metal using conventional, currentless metal deposition processes, for example the additive and semi-additive techniques mentioned in the introduction. Figure 1 illustrates this method using an example. If, according to a second embodiment of the invention, a precursor of the activator metal is used, this is also encapsulated in the interior of the vesicles. They can be converted into the activator metal before or with or after opening the vesicle membrane. At least in the latter case, the vesicles must already have been deposited on the substrate surface at the time of the conversion.
In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, Vesikel zu verwenden, deren Außenseite mit Aktivatormetall belegt ist, das in chemisch-elementarer Form (als "Metallcluster", siehe nächsten Absatz) vorhanden ist, und zwar entweder solche Vesikel, die auch in ihrem Inneren Aktivatormetall oder eine Vorstufe desIn a third embodiment of the invention it is proposed to use vesicles, the outer side of which is coated with activator metal, which is present in chemical elemental form (as a "metal cluster", see next paragraph), either vesicles that are also in their interior Activator metal or a precursor of
Aktivatormetalls enthalten, wie für die voranstehenden Ausgestaltungen beschrieben, oder vorzugsweise solche Vesikel, die in ihrem Inneren frei von Aktivatormetall oder Vorstufen von Aktivatormetall sind. Bei dieser Ausgestaltung dienen die Vesikel als Transportmaterial für die bereits zuvor gebildeten Metallkeime, wobei dann, wenn der Transport ausschließlich über die äußere Oberfläche erfolgt, die Vesikel auf der Substratoberfläche nicht geöffnet zu werden brauchen.Activator metal, as described for the above embodiments, or preferably contain those vesicles which are free of activator metal or precursors of activator metal in their interior. In this embodiment, the vesicles serve as transport material for the metal nuclei which have already been formed, and if the transport takes place exclusively via the outer surface, the vesicles on the substrate surface need not be opened.
Unter "AktivatormetaN" sollen hier Metalle und Metallverbindungeh verstanden werden, die eine solche chemische und/oder physikalische Struktur bzw. Umgebung aufweisen, daß sie nach Aufbringen auf eine Oberfläche katalytische Aktivität in chemischen, stromlosen Metallisierungsbädern besitzen und damit - katalytisch - die Abscheidung von Metallen aus diesen Bädern bewirken können. Eine wichtige Gruppe umfaßt die bereits in chemisch gebundener Form als Ionen oder Komplexverbindungen wirksamen Modifikatoren fester Oberflächen, die als ionogene Aktivatoren bezeichnet werden und bekannt sind. Insbesondere als ionogene Aktivatoren geeignet sind Übergangsmetalle, die leicht reduziert werden können (z.B. von Pd(ll) nach Pd(0)) und mit redoxempfindlichen Liganden wie Nitrit oder anderen Oxo-, ambidenten oder mehrzähnigen Liganden komplexiert sind. Beispiele für mehrzähnige Liganden sind ringbildende Diamine oder Diketonate. Weiterhin geeignet sind z.B. Komplexe mit Metallionen, die bereits in der Oxidationsstufe "null" vorliegen, wie z.B. manche"Activator metal" is to be understood here as meaning metals and metal compounds which have such a chemical and / or physical structure or environment that after application to a surface they have catalytic activity in chemical, electroless metallization baths and thus - catalytically - the deposition of metals can effect from these baths. An important group includes the solid surface modifiers, which are already known in chemically bound form as ions or complex compounds and are known and known as ionogenic activators. Particularly suitable as ionogenic activators are transition metals that can be easily reduced (e.g. from Pd (II) to Pd (0)) and are complexed with redox-sensitive ligands such as nitrite or other oxo, ambident or multidentate ligands. Examples of multidentate ligands are ring-forming diamines or diketonates. Also suitable are e.g. Complexes with metal ions already in the oxidation state "zero", e.g. some
Phosphankomplexe. Eine weitere, zumindest teilweise andere Aktivator-Gruppe umfaßt die in chemisch-elementarer Form vorliegenden, als atomare Cluster auf Oberflächen wirkenden Metalle, die - auch - in der ersten und - ausschließlich - in der dritten Ausgestaltung der Erfindung zum Einsatz kommen können. Der Ausdruck "Metallcluster" soll vorliegend besagen, daß eine Ansammlung mehrerer (bevorzugt mindestens 10, stärker bevorzugt mindestens 25, besonders bevorzugt etwa 50 bis 600) Atome in einem Verbund mit Metallcharakter organisiert sind. Dabei kann es sich bevorzugt um Atome mit der formalen Wertigkeit null handeln, es können aber auch Cluster mit Ladungsanteilen auf dem Metall eingesetzt werden. Ergänzend sei hierzu auch auf L.H. Gade, Koordinationschemie (Verlag Wiley-VCH, Weinheim 1998) verwiesen. Auf S. 528 werden dort Metallcluster als Moleküle beschrieben, die eine endliche Zahl von Metallatomen enthalten, die zu einem signifikanten Anteil durch Metall-Metall-Bindungen verknüpft sind. Aus den Erläuterungen dazu geht auch hervor, daß die dort beschriebenen Metallcluster, bei denen es sich um mit Liganden stabilisierte Cluster handelt, bei höheren Metallatom-Zahlen auch als "Metallkristallite" in einer Ligandenhülle oder als ligandenstabilisierte Kolloide betrachtet werden können. Auf S. 543 werden Metallcluster aus der Reihe gezeigt, die aufgrund der Packungsstruktur der Metalle bestimmte, bevorzugte Metallatomzahlen aufweisen, die sog. "magischen Zahlen". Es sollte aber klar sein, daß die für die vorliegende Erfindung als Aktivatormetall geeigneten Metallcluster nur diejenigen umfassen, die die weiter oben angesprochene katalytische Aktivität in stromlosen, chemischen Metallisierungsbädern aufweisen. Der Verweis soll sich daher nur auf die Zahl und Struktur der Metallatome beziehen.Phosphine. A further, at least partially different activator group comprises the metals, which are present in chemical elemental form and act as atomic clusters on surfaces, which - also - in the first and - exclusively - can be used in the third embodiment of the invention. The expression In the present case, "metal clusters" are intended to mean that a collection of several (preferably at least 10, more preferably at least 25, particularly preferably about 50 to 600) atoms are organized in a composite with a metal character. These can preferably be atoms with a formal valence of zero, but clusters with charge components on the metal can also be used. In addition, reference is also made to LH Gade, coordination chemistry (Verlag Wiley-VCH, Weinheim 1998). On page 528, metal clusters are described as molecules that contain a finite number of metal atoms, which are linked to a significant extent by metal-metal bonds. From the explanations for this it also appears that the metal clusters described there, which are clusters stabilized with ligands, can also be regarded as “metal crystallites” in a ligand shell or as ligand-stabilized colloids at higher metal atom numbers. On p. 543, metal clusters from the series are shown which, due to the packing structure of the metals, have certain preferred metal atom numbers, the so-called "magic numbers". However, it should be clear that the metal clusters suitable for the present invention as activator metal only include those which have the catalytic activity mentioned above in electroless chemical metallization baths. The reference should therefore only refer to the number and structure of the metal atoms.
Die Metalle oder Metallverbindungen, die in den genannten Clustern oder ionogenen Verbindungen einsetzbar sind, werden in Hinblick auf das abzuscheidende Material ausgewählt; dem Fachmann sind sie bekannt. Beispiele sind Zinn, Edelmetalle oder Übergangsmetalle (z.B. der VIII. Gruppe wie Co, Ni Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, der V. Gruppe wie Nb und der I. Gruppe mit Cu, Ag, Au). Als ionogene Verbindungen eignen sich beispielsweise Chloro- oder Nitrokomplexe wie Tetranitropalladat mit Kalium-, Natrium- Lithium- oder Ammoniumionen als Gegenionen sowie Palladiumchlorid.The metals or metal compounds which can be used in the clusters or ionogenic compounds mentioned are selected with regard to the material to be deposited; they are known to the person skilled in the art. Examples are tin, noble metals or transition metals (e.g. the VIII. Group such as Co, Ni Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, the V. group such as Nb and the I. group with Cu, Ag, Au). Suitable ionogenic compounds are, for example, chloro or nitro complexes such as tetranitropalladate with potassium, sodium, lithium or ammonium ions as counterions and palladium chloride.
Unter "Vorstufen des Aktivatormetalls" sollen vorliegend solche Substanzen verstanden werden, die durch Reaktion mit einem geeigneten Reaktionspartner am vorgesehenen Wirkungsort auf der Substratoberfläche oder bereits zuvor innerhalb der Vesikel in Aktivatormetall überführt werden können. Dabei handelt es sich beispielsweise um chelatisierte Metalle, die durch den Reaktionspartner entchelatisiert werden, komplexierte Metalle, die durch den Reaktionspartner reduziert werden (z.B. solche, die als Ausgangs-Materialen für stabilisierte Cluster-Suspensionen in der Literatur beschrieben sind), oder um Metallionen, die durch lonenaustausch, pH-Wert-Änderung oder dgl. reduziert werden. Der Reaktionspartner kann dementsprechend ein Reduktionsmittel, z.B. ein in der Färb- oder Schwarzweiß-Fotografie gebräuchliches Reduktionsmittel sein, z.B. 1 ,4-Benzenediamin, 1 ,2,3-Benzenetriol, m-Hydrochinon, p-Hydrochinon oder p-Hydroxyphenylglycin. Besonders bevorzugt ist es, als Reaktionspartner einen solchen auszuwählen, der in Abhängigkeit von einer anderen chemischen Eigenschaft wie dem Vorhandensein bestimmter Ionen (insbesondere vom pH-Wert) die Reduktion der Vorstufe des Aktivatormetalls bewirkt. Dieses System stellt ein Redoxsystem dar, bei dem die Potentiale der Reaktionspartner von der genannten chemischen Eigenschaft, insbesondere vom pH-Wert abhängen. Ein Beispiel für ein solches Redox-System ist die Kombination Palladium(ll)-Amminkomplex/Formiat.In the present case, “precursors of the activator metal” are to be understood as meaning those substances which can be converted into activator metal by reaction with a suitable reaction partner at the intended site of action on the substrate surface or beforehand within the vesicles. These are, for example, chelated metals that are dechelated by the reaction partner, complexed metals which are reduced by the reactant (for example those which are described as starting materials for stabilized cluster suspensions in the literature), or metal ions which are reduced by ion exchange, pH change or the like. The reaction partner can accordingly be a reducing agent, for example a reducing agent customary in color or black and white photography, for example 1,4-benzenediamine, 1, 2,3-benzenetriol, m-hydroquinone, p-hydroquinone or p-hydroxyphenylglycine. It is particularly preferred to select a reaction partner which, depending on another chemical property such as the presence of certain ions (in particular the pH value), brings about a reduction in the precursor of the activator metal. This system represents a redox system in which the potentials of the reactants depend on the chemical property mentioned, in particular on the pH value. An example of such a redox system is the combination of palladium (II) amine complex / formate.
Um die Vorstufen des Aktivatormetalls erst am Wirkungsort in Aktivatormetall zu überführen, sind mehrere Verfahrensvarianten möglich. So kann der Reaktionspartner, der die Vorstufe in das Aktivatormetall überführen kann, ebenfalls in Vesikel verpackt mit den die Vorstufe enthaltenden Vesikeln vermischt und auf die Substratoberfläche aufgetragen werden. Beim Öffnen der Vesikel werden sowohl die Vorstufe als auch ihr Reaktionspartner frei; die Umsetzung zum Aktivatormetall findet statt. Dies ist inIn order to convert the precursors of the activator metal into activator metal only at the site of action, several process variants are possible. Thus the reactant, which can convert the precursor into the activator metal, can also be packed in vesicles mixed with the vesicles containing the precursor and applied to the substrate surface. When the vesicles are opened, both the precursor and its reaction partner are released; the conversion to the activator metal takes place. This is in
Figur 3 schematisch gezeigt: Vesikel A mit einer Vorstufe des Aktivatormetalls befinden sich in Mischung mit Vesikeln B, die einen Reaktionspartner enthalten. Getrennt durch die Membranhüllen der Vesikel ist die Umsetzung zum Aktivatormetall C nicht möglich; diese erfolgt erst nach Öffnen der Vesikel auf der Substratoberfläche. Alternativ können die die Vorstufe enthaltenden Vesikel nach dem Auftrag auf die Substratoberfläche und dem öffnen der Vesikelmembran mit einer Lösung gewaschen werden, die den Reaktionspartner enthält, wodurch die Umsetzung zum Aktivatormetall bewirkt wird, oder der Reaktionspartner befindet sich im Dispersionsmittel für die Vesikel. Diese Variante ist in Figur 4 erläutert, in der Vesikel A mit einer Vorstufe des Aktivatormetalls als Dispersion im Reaktionspartner B dargestellt sind. Auch hier erfolgt erst nach Öffnen der Vesikelmembran auf der Substratoberfläche die Umsetzung zum Aktivatormetall C. Um die Vorstufen des Aktivatormetalls in den noch geschlossenen Vesikeln in Aktivatormetall zu überführen, können die Vesikel mit einem reaktionsauslösenden Faktor in Kontakt gebracht werden, z.B. mit elektromagnetischer Strahlung (z.B. UV- Strahlung). Alternativ kann z.B. das Konzentrationsgefälle einer membrangängigen lonenspezies, z.B. von Protonen, hierfür genutzt werden, wobei diese Ionen in den Vesikeln an- oder abgereichert werden, wodurch die Umwandlung erfolgt.FIG. 3 shows schematically: vesicles A with a precursor of the activator metal are in a mixture with vesicles B which contain a reaction partner. Separated by the membrane shells of the vesicles, the conversion to the activator metal C is not possible; this takes place only after opening the vesicles on the substrate surface. Alternatively, after application to the substrate surface and opening of the vesicle membrane, the vesicles containing the precursor can be washed with a solution which contains the reactant, which causes the conversion to the activator metal, or the reactant is in the dispersant for the vesicles. This variant is illustrated in FIG. 4, in which vesicle A is shown with a precursor of the activator metal as a dispersion in reaction partner B. Here too, the conversion to the activator metal C takes place only after opening the vesicle membrane on the substrate surface. In order to convert the precursors of the activator metal in the still closed vesicles into activator metal, the vesicles can be brought into contact with a reaction-triggering factor, for example with electromagnetic radiation (for example UV radiation). Alternatively, the concentration gradient of a membrane-permeable ion species, for example of protons, can be used for this purpose, these ions being enriched or depleted in the vesicles, as a result of which the conversion takes place.
Die Abscheidung von Metallatomen unter Clusterbildung auf der Vesikelobertiäche zur Herstellung der Vesikel gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung kann aus vorzugsweise wässrigen Lösungen entsprechender Metalle durch Reduktion nach bekannten Methoden erfolgen. Zur Variation der Eigenschaften einer Vesikelpräparation mit auf der Außenseite der Membran haftenden Metallclustern (z.B. hinsichtlich der vorherrschenden Ladung und damit vermutlich korreliert auch der Bindungsfähigkeit) trägt unter anderem auch die lonenstärke des verwendeten, vorzugsweise wäßrigen Dispersionsmittels bei. Dabei gilt: Je höher die lonenstärke, desto langsamer läuft die Metallabscheidung auf der Oberfläche der Vesikel ab. Wählt man eine langsame Abscheidung, kann der Beladungszustand der Vesikel sehr genau gewählt werden.The deposition of metal atoms with cluster formation on the vesicle surface for the production of the vesicles according to the third embodiment of the invention can be carried out from preferably aqueous solutions of corresponding metals by reduction according to known methods. The ionic strength of the preferably aqueous dispersion medium used also contributes to the variation of the properties of a vesicle preparation with metal clusters adhering to the outside of the membrane (e.g. with regard to the prevailing charge and therefore presumably also correlates with the binding capacity). The higher the ionic strength, the slower the metal deposition on the surface of the vesicles. If you choose slow deposition, the loading state of the vesicles can be selected very precisely.
Die Vesikel, die für den Transport des Aktivatormetalls an den Ort der Abscheidung vorgesehen sind, können aus beliebigen geeigneten amphiphilen Molekülen wie Lipiden oder anionischen, kationischen oder insbesondere nichtionischen Tensiden (engl.: "surfactant") natürlichen oder synthetischen Ursprungs in wäßrigen oder nichtwäßrigen Flüssigkeiten gebildet werden. So ist die membranbildende Eigenschaft von Fettsäuren, längerkettigen Alkoholen und Lecithin oder von Phospholipiden bekannt. Bevorzugt ist der Einsatz üblicher Lipidvesikel (Liposomen) aus z.B. Phospholipid-Doppelschichten; die Wahl der geeigneten Stoffe ist jedoch nicht kritisch und daher nicht hierauf beschränkt. Viele Phospholipide kommen in kleineren oder größeren Mengen in der Natur vor. So finden sich Phosphatidylcholine in Eigelb. Die meisten Phospholipide fallen in zwei Hauptgruppen, deren eine ein derivatisiertes Glycerinmolekül umfaßt, und deren andere ein Sphingosin-Rückgrat besitzt. Für die vorliegende Erfindung können natürliche, aber auch synthetische Phospholipide eingesetzt werden. Neben Phosphatidylcholinen sind z.B. Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin oder Phosphatidylglycerin, aber auch das synthetische Tensid Cetylpyridinium-Chlorid geeignet. Aus Kostengründen bieten sich Eilecithin oder aus Pflanzen gewonnene Phospholipide wie z.B. Sojabohnenlecithin an, aber auch Cholesterin oder Glykolipide. Die Liposomen können neben Lipiden bzw. Lipidmischungen außerdem weitere Bestandteile enthalten. So können in einer Lipidmembran Substanzen wie Cholesterin oder andere hydrophobe oder hydrophobe Bereiche aufweisende Substanzen eingelagert sein, die z.B. die Permeabilität und Fließfähigkeit der Membran beeinflussen. Wenn in der vorliegenden Anmeldung der Ausdruck "Liposomen" verwendet wird, soll dies keine Beschränkung auf Lipidvesikel bedeuten; vielmehr sollen alle Vesikel, auch solche aus anderen Materialien, z.B. die aus nichtionischen Tensiden gebildeten "Niosomen"1 davon umfaßt sein. Als Beispiel für synthetische Amphiphile seien Tetraalkylammoniumverbindungen genannt; Vertreter dieser Verbindungen sind die Dialkyl-dimethyl-ammoniumhalogenide (-Chloride, -bromide), aus denen sich für die Erfindung geeignete Vesikel herstellen lassen.The vesicles which are intended for the transport of the activator metal to the site of deposition can be made from any suitable amphiphilic molecules such as lipids or anionic, cationic or in particular nonionic surfactants of natural or synthetic origin in aqueous or non-aqueous liquids be formed. The membrane-forming properties of fatty acids, longer-chain alcohols and lecithin or of phospholipids are known. Preferred is the use of conventional lipid vesicles (liposomes) made of, for example, phospholipid bilayers; however, the choice of suitable substances is not critical and is therefore not restricted to this. Many phospholipids occur in nature in smaller or larger amounts. For example, phosphatidylcholines are found in egg yolk. Most phospholipids fall into two main groups, one comprising a derivatized glycerol molecule and the other having a sphingosine backbone. Natural, but also synthetic phospholipids can be used for the present invention. In addition to phosphatidylcholines, there are, for example, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine or phosphatidylglycerol, but also the synthetic surfactant Cetylpyridinium chloride suitable. For reasons of cost, egg lecithin or plant-derived phospholipids such as soybean lecithin, but also cholesterol or glycolipids are suitable. In addition to lipids or lipid mixtures, the liposomes can also contain further constituents. For example, substances such as cholesterol or other substances which have hydrophobic or hydrophobic regions and which, for example, influence the permeability and flowability of the membrane can be embedded in a lipid membrane. When the term "liposomes" is used in the present application, this is not meant to be limited to lipid vesicles; rather, all vesicles, including those made of other materials, for example the “niosomes” 1 formed from nonionic surfactants, are to be included. Tetraalkylammonium compounds may be mentioned as an example of synthetic amphiphiles; Representatives of these compounds are the dialkyldimethylammonium halides (chlorides, bromides), from which vesicles suitable for the invention can be produced.
Um die Eigenschaften von Vesikelpräparationen der vorliegenden Erfindung zu variieren, können die membranbildenden Substanzen außerdem geladene oder ungeladene Kopfgruppen tragende synthetische Verbindungen und Substanzen natürlichen Ursprungs mit einer oder mehreren langkettigen (C6-C20 vozugsweise C12- C18) gesättigten oder auch einfach oder mehrfach ungesättigten Seitenketten umfassen. Die Kopfgruppe kann beispielsweise ein über eine Phosphorsäureesterbindung gekoppeltes Amin sein (Cholin, Ethanolamin usw.).In order to vary the properties of vesicle preparations of the present invention, the membrane-forming substances can also contain charged or uncharged head groups-carrying synthetic compounds and substances of natural origin with one or more long-chain (C 6 -C 20 preferably C 12 -C 18 ) saturated or also simply or include polyunsaturated side chains. The head group can be, for example, an amine coupled via a phosphoric acid ester bond (choline, ethanolamine, etc.).
Die Kristallinität (Phasenübergang Flüssigkristall - Gel) und die Ladung der Membran sind die entscheidenden Größen, die zur Adsorption von Metallclustern zumindest auf der äußeren Vesikeloberfläche und auch für ihr weiteres Wachstum verantwortlich sind. Die Nukleation (der lokal einsetzende Wachstumsprozeß) von Metallclustern auf Oberflächen durch Koaleszenz einzelner Atome erfolgt hier auf einer flüssigkristallinen Oberfläche. Dabei beeinflussen unter anderem die jeweils typischen Charakteristika der (als Liposomengrundlage, engl. "liposome base" eingesetzten) Membranbildner die Charakteristika der auf der Vesikeloberfläche aufwachsenden Cluster. Ein wesentlicherThe crystallinity (liquid crystal - gel phase transition) and the charge of the membrane are the decisive variables which are responsible for the adsorption of metal clusters at least on the outer surface of the vesicle and also for their further growth. The nucleation (the locally occurring growth process) of metal clusters on surfaces by coalescence of individual atoms takes place here on a liquid-crystalline surface. Among other things, the typical characteristics of the membrane former (used as a liposome base) influence the characteristics of the clusters growing on the vesicle surface. An essential one
1 Der Begriff "Niosomen" leitet sich aus einer Zusammenziehung der Begriffe "nonionic" und " (lipo-) somes" ab Faktor zur gezielten Beeinflussung des Ordnungsgrades/Beweglichkeit von so typischen Membranbildnern, wie sie Phospholipide darstellen, ist die Temperatur, aber auch die Gegenwart von Membran-Domänen bildenden Faktoren (z.B. Eiweiße oder Cholesterin). 1 The term "niosomes" is derived from a combination of the terms "nonionic" and "(lipo-) somes" A factor for the targeted influencing of the degree of order / mobility of membrane formers as typical as phospholipids is the temperature, but also the presence of factors forming membrane domains (eg proteins or cholesterol).
Die Liposomen haben meist Durchmesser im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 1 μm, stärker bevorzugt von etwa 50 bis 500 nm und typischerweise etwa 100-200 nm. In einer wesentlichen Ausführungsform sind sie mit einer Lösung der ionogenen Verbindung (oder einer Mischung mehrerer solcher Verbindungen) oder einer Suspension von Metallclustern oder einer Vorstufe des Aktivatormetalls befüllt. In einer weiteren Ausführungsform haftet das Aktivatormetall an der nach außen gewandten Seite der Lipid-Doppelschicht der Liposomen. Die Anheftung von Aktivatormetall an der Außenseite der Liposomen kann zusätzlich oder alternativ zur Befüllung der Vesikel realisiert sein.The liposomes usually have diameters in the range from about 10 nm to about 1 μm, more preferably from about 50 to 500 nm and typically about 100-200 nm. In an essential embodiment, they are with a solution of the ionogenic compound (or a mixture of several such Compounds) or a suspension of metal clusters or a precursor of the activator metal. In a further embodiment, the activator metal adheres to the outwardly facing side of the lipid bilayer of the liposomes. The activator metal can be attached to the outside of the liposomes in addition or as an alternative to filling the vesicles.
Die Verkapselung einer Lösung von ionogenem Aktivatormetall, einer Metallsuspension oder einer Aktivatormetall-Vorstufe kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Beispielsweise wird das für die Liposomen vorgesehene Lipid sowie das entsprechende Metallsalz des ionogenen Aktivators, ggf. unter Zusatz weiterer Salze/Komponenten, etwa Kalium- oder Natriumsalzen zur Einstellung der zur Stabilität der Vesikel erforderlichen lonenstärke oder von geladenen Tensiden zum Zwecke einer definierten Ladung der Vesikel, in Wasser gegeben, und mit Hilfe eines gängigen Verfahrens wird eine Liposomensuspension erzeugt. Auch polymere Stabilisatoren können zugesetzt werden. Mögliche Herstellungsverfahren für die Liposomensuspension (auch als Dispersion oder Emulsion bezeichnet, da solche Systeme nicht in das überkommene System fest/flüssig oder flüssig/flüssig passen) sind z.B. Extrusionsverfahren, Hochdruckfiltrationstechniken, Hochgeschwindigkeitsfiltrationstechniken, Homogenisationstechniken, Ultraschallverfahren oder hochtouriges Rühren. Der nicht eingekapselte ionogene Aktivator kann, wenn gewünscht, durch Waschen oder Filtrieren der Suspension oder durch säulenchromatographisches Abtrennen oder durch ein Dialyseverfahren aus der Suspension entfernt werden. Eine verkapselte Metallcluster-Suspension mit Aktivatormetall-Eigenschaften ist im Stand der Technik nicht bekannt. Sie läßt sich aber beispielsweise in situ in den Vesikeln erzeugen, wie in der gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung von derselben Anmelderin eingereichten Anmeldung "In Vesikeln verkapselte Aktivatormetalle und Verfahren zu deren Herstellung" detailliert dargestellt und beansprucht und vorliegend in einem Beispiel gezeigt (siehe auch Figur 2). Weiterhin läßt sie sich durch direktes Verkapseln erzeugen, z.B. mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeits-Dispergier-Verfahrens, was ebenfalls in der genanntenA solution of ionogenic activator metal, a metal suspension or an activator metal precursor can be encapsulated by known methods. For example, the lipid intended for the liposomes and the corresponding metal salt of the ionogenic activator, optionally with the addition of further salts / components, such as potassium or sodium salts, to adjust the ionic strength required for the stability of the vesicles or charged surfactants for the purpose of a defined charge of the vesicles , placed in water, and a liposome suspension is produced using a common method. Polymeric stabilizers can also be added. Possible manufacturing processes for the liposome suspension (also known as dispersion or emulsion, since such systems do not fit into the traditional solid / liquid or liquid / liquid system) are, for example, extrusion processes, high-pressure filtration techniques, high-speed filtration techniques, homogenization techniques, ultrasonic processes or high-speed stirring. The non-encapsulated ionogenic activator can, if desired, be removed from the suspension by washing or filtering the suspension or by column chromatography or by a dialysis method. An encapsulated metal cluster suspension with activator metal properties is not known in the prior art. However, it can be generated, for example, in situ in the vesicles, as in the simultaneous with the present application filed by the same applicant, "Activator metals encapsulated in vesicles and process for their preparation" presented and claimed in detail and shown here in an example (see also FIG. 2). Furthermore, it can be produced by direct encapsulation, for example with the aid of a high-speed dispersion process, which is also mentioned in the above
Anmeldung detallierter beschrieben ist. Durch die Verkapselung mit Hilfe eines solchen oder vergleichbaren Verfahrens während oder unmittelbar nach dem Entstehen durch Reduktion kann daher weitgehend oder völlig auf andere Stabilisatoren verzichtet werden, da die große Oberfläche der Cluster durch das schnelle Verkapseln vor unerwünschten Reaktionen geschützt ist.Registration is described in more detail. The encapsulation with the aid of such or a comparable method during or immediately after the formation by reduction can therefore largely or completely dispense with other stabilizers, since the large surface area of the clusters is protected from undesired reactions by the rapid encapsulation.
Die erhaltene Metallcluster-Suspension kann von Bestandteilen der Ausgangskomponenten gereinigt werden, wie vorstehend bereits für den verkapselten ionogenen Aktivator beschrieben. Man erhält ein flüssiges, ggf. auch pastöses Produkt, das u.U. bereits als solches, d.h. ohne weitere Formulierung, als druckfähige Paste eingesetzt werden kann.The metal cluster suspension obtained can be cleaned of constituents of the starting components, as already described above for the encapsulated ionogenic activator. A liquid, possibly also pasty product is obtained, which may already as such, i.e. without further formulation, can be used as a printable paste.
Zur Beladung der Vesikel-Außenoberf lachen mit Metallclustern werden die Vesikel mit einer Lösung einer entsprechenden Metallverbindung in Kontakt gebracht, worauf die Metallatome entweder durch Reduktion oder durch Freisetzung der Metallatome aus bereits in der formalen Oxidationsstufe "0" vorliegenden Metallatom-Komplexen in einen Zustand versetzt werden, aus dem sie zu Clustem aggregieren. Beispiele für hierfür geeignete Metallverbindungen sind diejenigen, die voranstehend unter "Vorstufen des Aktivatormetalls" ausführlich beschrieben wurden, also alle diejenigen Substanzen, die auch durch Reaktion mit einem geeigneten Reaktionspartner am vorgesehenen Wirkungsort auf der Substratoberfläche oder innerhalb der Vesikel in Aktivatormetall überführt werden können. Diese eignen sich auch zur Verwendung in Lösungen, in denen die Vesikel auf ihrer Außenseite mit Metallclustern beladen werden können, und zwar unabhängig davon, ob die Vesikel in ihrem Inneren ebenfalls Metall in irgendeiner Form enthalten oder nicht.In order to load the outer surface of the vesicles with metal clusters, the vesicles are brought into contact with a solution of a corresponding metal compound, whereupon the metal atoms are brought into a state either by reduction or by release of the metal atoms from metal atom complexes already in the formal oxidation state "0" from which they aggregate into clustem. Examples of suitable metal compounds for this are those which have been described in detail above under "precursors of the activator metal", that is to say all those substances which can also be converted into activator metal by reaction with a suitable reaction partner at the intended site of action on the substrate surface or within the vesicles. These are also suitable for use in solutions in which the outside of the vesicles can be loaded with metal clusters, regardless of whether the vesicles also contain metal in some form or not.
Es hat sich herausgestellt, dass die Reduktion von Metallsalzen aus einer wäßrigen Lösung, in der geschlossene Vesikeln suspendiert sind, verlangsamt werden kann und damit einer Feinregulation zugänglich wird. Es ist dabei anzunehmen, daß der zugrundeliegende Mechanismus ein anderer ist als der, der die Stabilisierung von Metallclustern mit niedermolekularen Stabilisatoren wie Citronensäure oder hochmolekularen Polymeren wie PVP oder PVA bewirkt. Die stabilisierende Wirkung der Vesikel basiert wahrscheinlich auf der Adsorptionskapazität von innerhalb der Vesikelmembran (lateral) frei diffundierenden Ladungsträgern für Cluster-Vorstufen (Komplex-)lonen) und/oder wachsende Atomcluster.It has been found that the reduction of metal salts from an aqueous solution in which closed vesicles are suspended can be slowed down and thus becomes accessible to fine regulation. It can be assumed that the the underlying mechanism is different from that which effects the stabilization of metal clusters with low molecular weight stabilizers such as citric acid or high molecular weight polymers such as PVP or PVA. The stabilizing effect of the vesicles is probably based on the adsorption capacity of charge carriers for cluster precursors (complex) ions which freely diffuse within the vesicle membrane (laterally) and / or growing atomic clusters.
Auch die quantitativen Verhältnisse Liposomen - Reaktionsansatz bestimmen die Charakteristika der auf der Vesikeloberfläche aufwachsenden Metallcluster. Neben der Konzentrationen (der lonenstärke) beeinflussen die Art (z.B. Wertigkeit) und der pH- Wert des wäßrigen Dispersionsmediums die effektive Oberflächenladung (Zeta- Potentional) von dispergierten Mikropartikeln, so auch von Liposomen und anderen Vesikeln. Diese Parameter können daher gezielt eingesetzt werden, um das Aufwachsen der Metallcluster auf den Vesikeloberflächen zu steuern.The quantitative ratios of the liposome reaction batch also determine the characteristics of the metal clusters growing on the vesicle surface. In addition to the concentrations (the ionic strength), the type (e.g. value) and the pH of the aqueous dispersion medium influence the effective surface charge (zeta potential) of dispersed microparticles, including liposomes and other vesicles. These parameters can therefore be used specifically to control the growth of the metal clusters on the vesicle surfaces.
Da einerseits die Suspensionen aus Vesikeln und Lösung der Metallverbindung als solche in der Regel stabil sind, andererseeits Metallcluster ab einer kritischen Größe von etwa 5 Atomen nicht mehr zerfallen, kann die entsprechende Reaktion zu einem beliebigen Zeitraum "angeschaltet" und meist durch Umkehrung der chemischen Verhältnisse auch wieder "abgeschaltet" werden. Dadurch läßt sich die gewünschte abzuscheidende Mengen an Metall und damit auch die Clustergröße bzw. -menge sehr gut steuern, insbesondere auch, da wie oben erwähnt die Geschwindigkeit der Reaktion über die lonenstärke des Suspension regelbar ist. Am Beispiel einer Reduktion von Pd durch Formiat läßt sich dies gut ablesen: Die Reaktion kann über den pH-Wert gesteuert werden. Säurezugabe zu der neutralen Suspension vonSince on the one hand the suspensions of vesicles and solution of the metal compound as such are generally stable, on the other hand metal clusters from a critical size of about 5 atoms onwards no longer disintegrate, the corresponding reaction can be “switched on” at any time and usually by reversing the chemical conditions can also be "switched off" again. This allows the desired amounts of metal to be deposited and thus also the cluster size or amount to be controlled very well, especially since, as mentioned above, the rate of the reaction can be regulated via the ionic strength of the suspension. This can be clearly seen from the example of a reduction of Pd by formate: the reaction can be controlled via the pH value. Acid addition to the neutral suspension of
Vesikeln in der Palladiumkomplexlösung läßt die Reduktion anspringen, Basenzusatz bringt sie zum Erliegen. Der Zusatz von Salzen verlangsamt sie.Vesicles in the palladium complex solution cause the reduction to start, the addition of bases stops them. The addition of salts slows them down.
Wenn die Liposomen durch einen der vorgenannten Schritte aus ihrer Suspension abgetrennt wurden, können sie anschließend resuspendiert werden. Die Viskosität der Suspension ist bei Raumtemperatur leicht einstellbar. Dies kann z.B. durch das Einstellen des Verhältnisses von Liposomen zu Suspensionsmittel erfolgen. So kann die Suspension durch übliche Verfahren aufkonzentriert werden, um ihre Viskosität auf einen Wert zu bringen, der sie als Druckpaste oder zum anderweitigen Aufbringen geeignet macht. Alternativ kann der Suspension ein Verdickungsmittel wie Polyvinylpyrrolidon zugesetzt werden. Die Liposomenkonzentration wird dabei vom Fachmann in geeigneter Weise gewählt und liegt üblicherweise im Bereich zwischen 0,1 und 50 Gew./Vol.-%. Günstig ist es, die erhaltene Liposomensuspension auf eine zu konventionellen Offsetfarben ähnliche, leicht ölige (streichfähige) Konsistenz zu bringen, die die Anpassung bestehender Verfahren und Maschinen an das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt. Insbesondere kann es für die Schichtabscheidung in der Mikroelektronik adaptiert werden.If the liposomes have been separated from their suspension by one of the abovementioned steps, they can then be resuspended. The viscosity of the suspension is easily adjustable at room temperature. This can be done, for example, by adjusting the ratio of liposomes to suspending agents. The suspension can thus be concentrated by customary methods in order to bring its viscosity to a value which it can use as a printing paste or for other application makes suitable. Alternatively, a thickener such as polyvinylpyrrolidone can be added to the suspension. The liposome concentration is chosen in a suitable manner by the person skilled in the art and is usually in the range between 0.1 and 50% by weight. It is favorable to bring the liposome suspension obtained to a slightly oily (spreadable) consistency similar to conventional offset inks, which allows existing methods and machines to be adapted to the method according to the invention. In particular, it can be adapted for layer deposition in microelectronics.
Die Substrate, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Metallisierung vorbereitet werden können, sind nicht beschränkt. Beispiele sind Polymere wie Cyanatester, Phenol- oder Epoxidharze, Polyimide, Phenolharze oder Benzocyclobutensiloxane, Keramiken oder Halbleitermaterialien. Solche Substanzen kommen in der Mikroelektronik zum Einsatz. Die Beschichtung von Oberflächen aus Polymermaterialien gewinnt zusehends an wirtschaftlicher Bedeutung; sowohl organische als auch anorganisch-organische Polymere können als Substrat dienen. Insbesondere für die Fertigung von Verdrahtungsstrukturen auf Leiterplatten oder Folien für mehrlagige Leiterplatten ist das vorliegende Verfahren geeignet.The substrates that can be prepared for the metallization using the method according to the invention are not restricted. Examples are polymers such as cyanate esters, phenolic or epoxy resins, polyimides, phenolic resins or benzocyclobutensiloxanes, ceramics or semiconductor materials. Such substances are used in microelectronics. The coating of surfaces made of polymer materials is increasingly gaining economic importance; both organic and inorganic-organic polymers can serve as a substrate. The present method is particularly suitable for the production of wiring structures on printed circuit boards or foils for multilayer printed circuit boards.
Auch die Technik, mit der die mit Aktivatormetall beladenen Liposomen selektiv auf die Oberfläche des zu aktivierenden Substrates aufgebracht werden, ist nicht kritisch. So können alle gängigen Drucktechniken, aber auch Stempeltechniken oder dgl. eingesetzt werden. Der verwendete Stempel kann dabei profiliert und homogen benetzbar sein oder aus einer nahezu planaren Oberfläche bestehen, die durch chemische Modifizierung selektiv benetzende Areale aufweist (moderne Offset- Prinzipien). Eine für die vorliegende Erfindung gut geeignete Technik ist der Offset- Druck. Die zu erwartende Auflösung der aufbringbaren Strukturen hängt von der eingesetzten Drucktechnik und der Druckmaschine sowie der Konsistenz der Liposomenpaste ab. Es sind Strukturen mit Breiten und Abständen bis hinunter auf einige 10 bis 100 nm erhältlich. Die minimale Kantenunschärfe liegt im Bereich der Liposomendurchmesser. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können über Materialrauhigkeit hinausgehende oberflächliche Unebenheiten wie Vertiefungen und Durchbrüche (z.B. Bohrungen) benetzt und gefüllt werden.The technique with which the liposomes loaded with activator metal are selectively applied to the surface of the substrate to be activated is also not critical. So all common printing techniques, but also stamping techniques or the like can be used. The stamp used can be profiled and homogeneously wettable or consist of an almost planar surface that has selectively wetting areas due to chemical modification (modern offset principles). A technique well suited to the present invention is offset printing. The expected resolution of the structures that can be applied depends on the printing technology and the printing press used as well as the consistency of the liposome paste. Structures with widths and distances down to a few 10 to 100 nm are available. The minimal edge blur is in the range of the liposome diameter. With the method according to the invention, surface unevenness such as depressions and openings (eg bores) that go beyond material roughness can be wetted and filled.
Nach dem Auftragen der Liposomenpaste wird diese zur Fixierung getrocknet, wobei sich die Wahl der Trocknungs-Parameter (Temperatur, Zeit) in geeigneter Weise an den Eigenschaften der Liposomen orientiert. Der Trocknungsschritt kann so angelegt werden, daß dabei der Liposomeninhalt freigegeben wird. Dies ist zum Beispiel durch eine Inkubation des mit der Liposomenpaste versehenen Substrats bei etwa 60-80°C möglich. Eine derartige Inkubation ist bei kommerziell erhältlichenAfter the liposome paste has been applied, it is dried for fixation, the choice of drying parameters (temperature, time) being suitably based on the properties of the liposomes. The drying step can be designed so that the liposome content is released. This is possible, for example, by incubating the substrate provided with the liposome paste at approximately 60-80 ° C. Such an incubation is commercially available
Metallisierungsbädern (z.B. Nickel-Phosphor-, Nickel-Bor- oder auch Kupferbad) ein üblicher Schritt. Daher ist es für die erste und die zweite Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die zur Präparation der Liposomen genutzten Lipide eine Phasenübergangstemperatur unterhalb des für die Metallisierung erforderlichen Temperaturbereichs aufweisen und der Inkubation im Metallisierungsbad übliche konditionierende Spülbäder vorausgehen, die eine Öffnung der Liposomen bewirken. Alternativ kann die aufgedruckte Liposomenpaste mit einem membranlytischen Medium gespült werden. Zahlreiche oberflächenaktive Substanzen (Tenside) wie z.B. Saponine (Menger, F.M. et al., Angew. Chemie 1998, 110, 3621-3624) oder organische Lösungsmittel sind für ihre membranlytischen Eigenschaften bekannt und in biochemischen Arbeitstechniken gebräuchlich. Als weitere Maßnahmen zur Lyse der Vesikel sind deren Exposition gegenüber elektromagnetischer Strahlung (UV, IR) oder Behandlung im (reduzierenden) Niederdruckplasma geeignet. Die genannten lytischen Maßnahmen können ggf. auch in geeigneter Weise kombiniert werden.Metallization baths (e.g. nickel-phosphorus, nickel-boron or copper bath) are a common step. It is therefore advantageous for the first and the second embodiment of the invention if the lipids used for the preparation of the liposomes have a phase transition temperature below the temperature range required for the metallization and the incubation in the metallization bath is preceded by the usual conditioning rinsing baths which bring about an opening of the liposomes. Alternatively, the printed liposome paste can be rinsed with a membrane-lytic medium. Numerous surface-active substances (surfactants) such as Saponins (Menger, F.M. et al., Angew. Chemie 1998, 110, 3621-3624) or organic solvents are known for their membrane-lytic properties and are used in biochemical working techniques. As further measures for the lysis of the vesicles, their exposure to electromagnetic radiation (UV, IR) or treatment in (reducing) low-pressure plasma are suitable. The lytic measures mentioned can also be combined in a suitable manner if necessary.
Die Lyse der Membran muß nicht vollständig sein; es genügt, daß Perforationen oder "Löcher" entstehen, durch die der Inhalt der Liposomen Kontakt mit der Umgebung erhält.The membrane lysis need not be complete; it suffices to create perforations or "holes" through which the contents of the liposomes come into contact with the environment.
Vor der Lyse kann die applizierte Liposomenpaste ggf. gehärtet werden, wobei sie in diesem Fall entsprechenden Bestandteile enthalten muß, z.B. thermisch oder strahlungsinduziert härtbare Mono- oder Polymere. Vor dem Aufbringen der Liposomensuspension wird das Substrat vorzugsweise vorbehandelt. Nach Vorbehandlung erhaltene Schichten sind in der Regel stabiler, weil die Haftung verbessert ist. Die Vorbehandlungsschritte richten sich nach der chemischen Zusammensetzung des Substrates. Wirksam ist beispielsweise die Aufrauhung von Polymeroberfläche durch Anlösen/Quellen - Ätzen - Reinigen (Schröer, D. et al., Electrochimica Acta 1995 40, 1487-1494; oder Schmidt, R. et al., Galvanotechnik 1996 87, 2015-2022).Before the lysis, the applied liposome paste can, if necessary, be cured, in which case it must contain appropriate constituents, for example thermally or radiation-induced curable mono- or polymers. Before the liposome suspension is applied, the substrate is preferably pretreated. Layers obtained after pretreatment are generally more stable because the adhesion is improved. The pretreatment steps depend on the chemical composition of the substrate. For example, the roughening of the polymer surface by dissolving / swelling - etching - cleaning is effective (Schröer, D. et al., Electrochimica Acta 1995 40, 1487-1494; or Schmidt, R. et al., Galvanotechnik 1996 87, 2015-2022) ,
Die erfindungsgemäß beschriebene drucktechnische Oberflächenaktivierung gliedert sich problemlos in bekannte und industriell praktizierte Verfahrensabläufe ein, so daß auf deren detaillierte Beschreibung hier verzichtet werden kann. (Vgl. Suchentrunk, R. Metallizing of Plastics- A handbook of Theory and Practice Finishing Publications Ltd 1993; DE 196 39 898 A1). Das nach gängigen Verfahren vorkonditionierte Substrat ist direkt zum Aufbau von Metallschichten in entsprechenden kommerziellen autokatalytischen Bädern (z.B. Schmidt-Nickel 604 der Fa. Herbert Schmidt GmbH, Solingen, Bundesrepublik Deutschland) geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich als rein additives Verfahren von üblichen Stempeltechniken auf kupferkaschiertem Material insofern, als die in diesen Subtraktivtechniken notwendigen Ätzschritte hier vollständig entfallen. Der Wegfall von Rückätzschritten ist mit einer Einsparung von (teurem und speziell zu behandelndem) Aktivatormaterial verbunden. Ein wesentlicher Vorteil liegt damit in einer verminderten Anzahl erforderlicher Verfahrensschritte und verringerten Kosten für die Prozeßabwasserbehandlung. Ein weiterer Vorteil liegt in der Stabilität der als "Druckmedium" eingesetzten Aktivatorsuspension. Und schließlich besteht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit der Verfüllung von oberflächlichen Unebenheiten des Bedruckstoffs (Vertiefungen und Durchbrüche, wie sie z.B. Sacklöcher und "vias" auf Leiterplattenmaterial darstellen).The surface activation of printing technology described according to the invention is easily divided into known and industrially practiced process sequences, so that its detailed description can be dispensed with here. (See Suchentrunk, R. Metallizing of Plastics- A handbook of Theory and Practice Finishing Publications Ltd 1993; DE 196 39 898 A1). The substrate, which is preconditioned according to common processes, is directly suitable for building up metal layers in corresponding commercial autocatalytic baths (e.g. Schmidt-Nickel 604 from Herbert Schmidt GmbH, Solingen, Federal Republic of Germany). The method according to the invention differs as a purely additive method from conventional stamping techniques on copper-clad material in that the etching steps necessary in these subtractive techniques are completely eliminated here. The elimination of etching-back steps is associated with a saving of (expensive and specially treated) activator material. A major advantage lies in a reduced number of required process steps and reduced costs for process wastewater treatment. Another advantage is the stability of the activator suspension used as the "pressure medium". And finally, with the method according to the invention, there is the possibility of filling superficial unevenness of the printing material (depressions and openings, such as those represented by blind holes and "vias" on printed circuit board material).
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Beispiel 1The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments. example 1
L-α-Phosphatidylcholin Typ ll-S aus Sojabohnen, Sigma-Katalog Nr. P5638 wird in einer Konzentration von etwa 5% in einer wäßrigen Lösung von 10 mM K2[Pd(NO2)4] und 0,2M K2SO4 vorgequollen Die Mischung wird einer Ultraschallbehandlung oder Homogenisation unterworfen, wobei Lipidvesikel entstehen, in deren Innenraum der Metallaktivator eingeschlossen ist.L-α-phosphatidylcholine type II-S from soybeans, Sigma catalog No. P5638 is at a concentration of about 5% in an aqueous solution of 10 mM K 2 [Pd (NO 2 ) 4 ] and 0.2M K 2 SO 4 pre-swollen The mixture is subjected to an ultrasound treatment or homogenization, whereby lipid vesicles are formed, in the interior of which the metal activator is enclosed.
Die Lipidvesikel werden mit Hilfe einer NAP-25 Fertiggel-Kartusche (Amersham Pharmacia Biotech) chromatographiert. Dabei wird die Lösung von Kaliumnitropalladat befreit.The lipid vesicles are chromatographed using a NAP-25 pre-filled gel cartridge (Amersham Pharmacia Biotech). The solution is freed from potassium nitropalladate.
Dünne Scheiben oder Folien glasfaserverstärktes Epoxidharz-Polymerisat (sog. FR4) werden bei Raumtemperatur 5 Minuten in einer 20%igen wäßrigen Lösung des Haftvermittlers LUPASOL SK (BASF AG) inkubiert, um die Haftung zu verbessern. Die wie oben hergestellte Liposomenpaste wird mit Hilfe eines Stempels auf das trockene Substrat aufgetragen. Zur Fixierung erfolgt sodann eine 1-2minütige Trocknung bei 80°C, wobei sich die Liposomenmembran öffnet. Die anschließende Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Metallschicht erfolgt stromlos in einem handelsüblichen autokatalytischen Metallisierungsbad (z.B. Chemisch-Nickel 604, Firma Herbert Schmidt GmbH & Co. Deutschland).Thin panes or foils of glass fiber reinforced epoxy resin polymer (so-called FR4) are incubated at room temperature for 5 minutes in a 20% aqueous solution of the adhesion promoter LUPASOL SK (BASF AG) in order to improve the adhesion. The liposome paste prepared as above is applied to the dry substrate using a stamp. A 1-2 minute drying at 80 ° C. then takes place for fixation, the liposome membrane opening. The subsequent deposition of an electrically conductive metal layer is carried out without current in a commercially available autocatalytic metallization bath (e.g. chemical nickel 604, Herbert Schmidt GmbH & Co. Germany).
Nach der für derartige Bäder jeweils vorgeschriebenen Inkubationszeit entsteht an den mit der Liposomenpaste bedruckten Stellen eine gleichmäßig haftende Nickelschicht, die je nach beabsichtigtem Einsatzgebiet für eine anschließende Weiterbehandlung (z.B. Abscheidung einer Kupfer- oder einer Goldschicht) zur Verfügung steht.After the incubation period prescribed for such baths, a uniformly adhering nickel layer is formed at the areas printed with the liposome paste, which, depending on the intended area of application, is available for subsequent treatment (e.g. deposition of a copper or gold layer).
Figur 5 zeigt einen im Nickelbad verstärkten Stempelabdruck einer gemäß Beispiel 1 hergestellten Liposomenpaste auf Leiterplattenbasismaterial FR4. Beispiel 2FIG. 5 shows a stamp impression of a liposome paste on printed circuit board base material FR4 produced in accordance with Example 1, which was reinforced in the nickel bath. Example 2
Eine Lösung, die 2 mM Tetramminopalladiumdichlorid und 200 mM Kaliumformiat enthält und einen pH-Wert von 8 aufweist, wird mit Lipid in einer Menge von 0,2 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, versetzt. Die Mischung wird mit Ultraschall behandelt, wobei mit Lösung gefüllte Lipidvesikel entstehen. Nach dem Abtrennen der äußeren Lösung und Austausch gegen eine osmotisch gleichwertige, vom Redoxsystem freie Lösung (osmotischer Ausgleich durch Kaliumsulfat oder Glucose) wird das chemische Gleichgewicht des Redoxsystems durch Zugabe einer geeigneten Säure (langsames Zutropfen von 0,5 M Schwefelsäure, bis der pH-Wert auf 5 gesunken ist) auf die Seite der Palladium-Reduktion verschoben. Dabei bilden sich feindisperse Palladium-Partikel innerhalb der Lipidvesikel.A solution containing 2 mM tetramminopalladium dichloride and 200 mM potassium formate and having a pH of 8 is mixed with lipid in an amount of 0.2 to 40% by weight, based on the total weight of the solution. The mixture is treated with ultrasound, resulting in lipid vesicles filled with solution. After separating the outer solution and replacing it with an osmotically equivalent solution that is free of the redox system (osmotic compensation by means of potassium sulfate or glucose), the chemical equilibrium of the redox system is increased by adding a suitable acid (slow dropwise addition of 0.5 M sulfuric acid until the pH Value has dropped to 5) moved to the palladium reduction side. Finely dispersed palladium particles form within the lipid vesicles.
Die so erhaltene Liposomensuspension ist stabil. Ihre Konsistenz (Viskosität) hängt von der eingesetzten Menge Lipid ab. Sie reicht von dünnflüssig-wäßrig (0,2 bis 5 Gew.-% Lipid) bis zu fädig-viskos (etwa 40 Gew.-% Lipid) und kann direkt zum Stempelauftrag konditioniert werden. Nach dem Antrocknen des Stempelaufdrucks ist das Substrat zur selektiven Abscheidung von Metallschichten wie oben beschrieben einsetzbar.The liposome suspension thus obtained is stable. Their consistency (viscosity) depends on the amount of lipid used. It ranges from thin, watery (0.2 to 5% by weight lipid) to filthy-viscous (approx. 40% by weight lipid) and can be conditioned directly for stamp application. After the stamp imprint has dried on, the substrate can be used for the selective deposition of metal layers as described above.
Beispiele 3-5Examples 3-5
Eine Liposomendispersion wurde mittels der dafür gängigen Verfahren (Ultraschallgenerator des Typs "Bransson Sonifier 450, Output stufe 3, duty cycle 30%) aus Sojabohnenlecithin (ll-S "Asolectin" der Firma SIGMA-Aldrich, Katalog-Nummer P- 5638) und wässrigen Salz-Lösungen unterschiedlicher Konzentration: A1 : 0 Mol/I K2SO4 in dest. Wasser A2: 100 mMol/l K2SO4 in dest. Wasser A3: 500 mMol/l K2SO4. in dest. Wasser erzeugt. Dazu wurden 500 mg Lipid in 20 ml der wässrigen Salzlösung etwa 1 h unter Rühren vorgequollen und danach 10 Minuten im Reagenzglas beschallt. Weiterhin wurden Stammlösungen vonA liposome dispersion was made from soybean lecithin (II-S "Asolectin" from SIGMA-Aldrich, catalog number P-5638) and aqueous using the conventional methods (ultrasonic generator of the type "Bransson Sonifier 450, output stage 3, duty cycle 30%) Salt solutions of different concentrations: A1: 0 mol / IK 2 SO 4 in distilled water A2: 100 mmol / l K 2 SO 4 in distilled water A3: 500 mmol / l K 2 SO 4 in distilled water. For this purpose, 500 mg of lipid in 20 ml of the aqueous salt solution were pre-swollen with stirring for about 1 hour and then sonicated in a test tube for 10 minutes. Furthermore, stock solutions from
B: 50 mMol/l Tetraamminpalladium (II) Chlorid ([Pd(NH3)4]CI2) in dest. Wasser undB: 50 mmol / l tetraammine palladium (II) chloride ([Pd (NH 3 ) 4 ] CI 2 ) in dist. water and
C: 5 Mol/1 Kalium-Formiat (HCOOK) hergestellt.C: 5 mol / 1 potassium formate (HCOOK) prepared.
Danach wurden jeweils 18 ml der Liposomen in Lösung A1 oder A2 oder A3 mit 3 ml dest. Wasser, 6 ml der Lösung B und 3 ml der Lösung C bei Raumtemperatur unter stetigem Rühren (Magnetrührer) versetzt.Then 18 ml of the liposomes in solution A1 or A2 or A3 with 3 ml of dist. Water, 6 ml of solution B and 3 ml of solution C are added at room temperature with constant stirring (magnetic stirrer).
Der pH-Wert der homogenen Dispersion (nach Ansatz pH 7,85) wurde nun mit (etwa 3 ml) einer 0,1 Mol/I H2SO4 auf pH 4,8 eingestellt. Der Ansatz wurde sodann im Wasserbad bei 35 °C kontinuierlich gerührt (Magnetrührer). Mit Einsetzen der Metallcluster-Bildung auf der Lipidaußenfläche, kenntlich z.B. an einer allmählichen Bräunung des Gemisches, wurden in Zeitabständen von 5 Minuten Aliquote entnommen und darin mittels Zusatz von jeweils 0,1 Mol/I wässriger KOH ein pH-Wert von 8,0 eingestellt. Je nach dem gewählten Zeitpunkt des Reaktionsabbruches durch Rückstellen des pH-Wertes im Reaktionsansatz auf pH > 8,0 können so unterschiedlich große Metallcluster erhalten werden. Dabei ergibt sich folgendes Bild: Die Menge des auf der Oberfläche der Liposomen aufwachsenden Metalls in Clusterform nimmt mit dem zeitlichen Verlauf der Reaktion zu. Bei gleicher Reaktionsdauer nimmt die Menge mit zunehmender Salzkonzentration der Lösungen A ab. Die Umsetzung mit Lösung A3 ist demnach am besten geeignet, um eine genaue Einstellung der abgeschiedenen Metallmenge durch Festlegung der entsprechenden Reaktionsdauer zu bewirken. The pH of the homogeneous dispersion (according to pH 7.85) was then adjusted to pH 4.8 using (about 3 ml) 0.1 mol / IH 2 SO 4 . The mixture was then continuously stirred in a water bath at 35 ° C. (magnetic stirrer). With the onset of metal cluster formation on the outer surface of the lipid, recognizable, for example, from a gradual browning of the mixture, aliquots were removed at intervals of 5 minutes and a pH of 8.0 was adjusted therein by adding 0.1 mol / l aqueous KOH in each case , Depending on the chosen point in time of stopping the reaction by resetting the pH in the reaction mixture to pH> 8.0, metal clusters of different sizes can be obtained in this way. The following picture emerges: The amount of the metal growing in cluster form on the surface of the liposomes increases with the course of the reaction over time. With the same reaction time, the amount decreases with increasing salt concentration of solutions A. The reaction with solution A3 is therefore best suited to bring about a precise adjustment of the amount of metal deposited by specifying the corresponding reaction time.

Claims

Ansprüche : Expectations :
1. Verfahren zur selektiven, metallbasierten Aktivierung von Substratoberflächen für die naßchemische, außenstromlose Metallabscheidung, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfiäche mit Aktivatormetall aktiviert wird, das als solches oder in Form einer Vorstufe mit Hilfe von Vesikeln selektiv an den zu aktivierenden Ort der Oberfläche transportiert wurde.1. A method for the selective, metal-based activation of substrate surfaces for wet chemical, electroless metal deposition, characterized in that the substrate surface is activated with activator metal which, as such or in the form of a precursor, was selectively transported to the surface to be activated with the aid of vesicles ,
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel mit pastenartiger Konsistenz in einem Suspensionsmittel suspendiert auf die2. The method according to claim 1, characterized in that the vesicles with paste-like consistency suspended in a suspending agent on the
Substratoberfläche aufgebracht werden.Substrate surface are applied.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel mit im Inneren eingeschlossenem Aktivatormetall beladen sind und das Aktivatormetall durch Öffnen der Vesikelmembran auf der Substratoberfläche abgeschieden wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the vesicles are loaded with activator metal enclosed inside and the activator metal is deposited on the substrate surface by opening the vesicle membrane.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel mit auf ihrer äußeren Oberfläche haftendem Aktivatormetall beladen sind.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the vesicles are loaded with activator metal adhering to their outer surface.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel mit einer in ihrem Inneren eingeschlossenen Vorstufe des Aktivatormetalls beladen sind und die Vorstufe bei oder nach Öffnen der Vesikelmembran mit Hilfe eines geeigneten Reaktionspartners in das Aktivatormetall umgewandelt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the vesicles are loaded with a precursor of the activator metal which is enclosed in their interior and the precursor is converted into the activator metal when or after opening the vesicle membrane with the aid of a suitable reaction partner.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionspartner zuvor in Vesikeln eingeschlossen war, die zusammen mit den die Vorstufe des Aktivatormetalls enthaltenden Vesikeln an den gewünschten Ort der Oberfläche transportiert und geöffnet wurden. A method according to claim 5, characterized in that the reactant was previously enclosed in vesicles which were transported and opened together with the vesicles containing the precursor of the activator metal to the desired location on the surface.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Vorstufe des Aktivatormetalls in Aktivatormetall dadurch erfolgt, daß die Substratoberfläche anschließend mit einer Lösung gespült wird, die den geeigneten Reaktionspartner enthält, oder der Reaktionspartner in einem Suspensionsmittel für die Vesikel gelöst oder suspendiert vorliegt und nach7. The method according to claim 5, characterized in that the conversion of the precursor of the activator metal into activator metal takes place in that the substrate surface is then rinsed with a solution which contains the suitable reactant, or the reactant is dissolved or suspended in a suspending agent for the vesicles is present and after
Öffnen der Vesikel mit der Vorstufe des Aktivators reagiert.Opening the vesicle reacts with the precursor of the activator.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstufe des Aktivatormetalls aus mindestens einem Salz, lonenpaar, Oxid oder Hydroxyd oder mindestens einer Komplexverbindung eines Metalls, ausgewählt unter Übergangsmetallen und Edelmetallen der I., V. und VIII. Nebengruppe, und bevorzugt aus einer Komplexverbindung des Pd(ll), besteht.8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the precursor of the activator metal from at least one salt, ion pair, oxide or hydroxide or at least one complex compound of a metal, selected from transition metals and noble metals of I., V. and VIII. Subgroup, and preferably consists of a complex compound of Pd (II).
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel mit einer in ihrem Inneren eingeschlossenen Vorstufe des Aktivators beladen sind und entweder einem die Umwandlung in Aktivatormetall auslösenden Faktor, vorzugsweise UV- oder anderer elektromagnetische Strahlung, oder einem Konzentrationsgradienten einer membrangängigen lonenspezies, z.B. von Protonen, ausgesetzt werden, wobei die An- oder Abreicherung dieser Ionen im Inneren der Vesikel die Umwandlung in Aktivatormetall bewirkt.9. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the vesicles are loaded with a precursor of the activator enclosed in their interior and either a factor which triggers the conversion into activator metal, preferably UV or other electromagnetic radiation, or a concentration gradient of a membrane-permeable ion species , e.g. of protons, the enrichment or depletion of these ions inside the vesicles causing the conversion into activator metal.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivatormetall aus mindestens einem ionogenen Aktivator oder aus Metallclustern besteht.10. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the activator metal consists of at least one ionogenic activator or of metal clusters.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallcluster ohne organische Polymere in den Vesikeln verkapselt sind.11. The method according to claim 10, characterized in that the metal clusters are encapsulated without organic polymers in the vesicles.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel mit Hilfe einer Drucktechnik, bevorzugt ausgewählt unter Offset-, Sieb-,12. The method according to any one of claims 2 to 11, characterized in that the vesicles using a printing technique, preferably selected from offset, sieve,
Tief- und Flexodruck, auf die Substratoberfläche aufgebracht werden. Gravure and flexographic printing are applied to the substrate surface.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel mit Hilfe einer Dispensiertechnik, bevorzugt ausgewählt unter Tintenstrahldruck und "electroprinting", auf die Substratoberfläche aufgebracht werden.13. The method according to any one of claims 2 to 11, characterized in that the vesicles are applied to the substrate surface with the aid of a dispensing technique, preferably selected under inkjet printing and "electroprinting".
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel in einem Suspensionsmittel suspendiert auf die Substratoberfläche aufgebracht werden, welches mindestens einen weiteren organischen Bestandteil enthält, der eine chemische, thermische oder strahlungsinduzierte Härtung der erhaltenen Suspension auf der14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vesicles suspended in a suspending agent are applied to the substrate surface, which contains at least one further organic constituent which chemically, thermally or radiation-induced curing of the suspension obtained on the
Substratoberfläche ermöglicht, und nach Aufbringen der Suspension diese in geeigneter Weise gehärtet wird.Enables substrate surface, and after application of the suspension is cured in a suitable manner.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel lipidhaltige oder aus Lipiden bestehende Vesikel sind.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vesicles are lipid-containing or consisting of lipids vesicles.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel durch Lyse der Liposomenmembran geöffnet werden.16. The method according to claim 15, characterized in that the vesicles are opened by lysis of the liposome membrane.
17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sustratoberfläche zuvor mit mindestens einer Spül- oder Konditionierungsflüssigkeit behandelt wurde, die eine Verbesserung der Haftungseigenschaften der Substratoberfläche gegenüber dem Aktivatormetall bewirkt.17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the substrate has previously been treated with at least one rinsing or conditioning liquid which brings about an improvement in the adhesion properties of the substrate surface to the activator metal.
18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vesikel in einem Spül- oder Konditionierungsschritt geöffnet werden, der ein für eine nachfolgende Metallisierung erforderlicher Schritt ist, wobei die Spülung und Konditionierung mit Hilfe einer Flüssigkeit bei einer Temperatur erfolgt, bei der die Vesikel geöffnet werden. 18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vesicles are opened in a rinsing or conditioning step, which is a step required for a subsequent metallization, the rinsing and conditioning being carried out with the aid of a liquid at a temperature at which the vesicles are opened.
19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein in mikroelektronischen Baugruppen als Schaltungsträger fungierendes Material ist.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate is a material acting as a circuit carrier in microelectronic assemblies.
20. Verfahren zum naßchemischen außenstromlosen Abscheiden metallischer Schichten auf Substratoberflächen, umfassend die Schritte:20. A method for the wet chemical electroless deposition of metallic layers on substrate surfaces, comprising the steps:
(a) Aktivieren mindestens eines Teils der Substratoberfläche mit Hilfe eines Verfahrens wie in einem der Ansprüche 1 bis 19 definiert, und(a) activating at least a part of the substrate surface using a method as defined in one of claims 1 to 19, and
(b) Metallisieren der aktivierten Areale der Substratoberfläche in einem naßchemischen, außenstromlosen Metallisierungsbad.(b) Metallizing the activated areas of the substrate surface in a wet chemical, electroless plating bath.
21. Vesikelmischung, umfassend mit einer Aktivatormetall-Vorstufe gefüllte Vesikel sowie mit einem Reaktionspartner für die Aktivatormetall-Vorstufe gefüllte Vesikel, wobei der Reaktionspartner die Aktivatormetall-Vorstufe in Aktivatormetall umwandeln kann, sobald die Vesikelmembranen geöffnet werden.21. vesicle mixture comprising vesicles filled with an activator metal precursor and vesicles filled with a reactant for the activator metal precursor, the reactant being able to convert the activator metal precursor into activator metal as soon as the vesicle membranes are opened.
22. Vesikelsuspension, enthaltend eine Vesikelmischung gemäß Anspruch 21 in einem geeigneten Suspensionsmittel. 22. vesicle suspension containing a vesicle mixture according to claim 21 in a suitable suspending agent.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3958048A (en) * 1974-04-22 1976-05-18 Crown City Plating Company Aqueous suspensions for surface activation of nonconductors for electroless plating
US5332646A (en) * 1992-10-21 1994-07-26 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of making a colloidal palladium and/or platinum metal dispersion
US5560960A (en) * 1994-11-04 1996-10-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Polymerized phospholipid membrane mediated synthesis of metal nanoparticles
DE19747377A1 (en) * 1996-10-25 1998-05-28 Fraunhofer Ges Forschung Production of structured metal layers on substrate
DE19740431C1 (en) * 1997-09-11 1998-11-12 Atotech Deutschland Gmbh Metallising non-conductive substrate regions especially circuit board hole walls

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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