EP1616044A2 - Verwendung eines gegenstands als elektronisches bauteil - Google Patents

Verwendung eines gegenstands als elektronisches bauteil

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EP1616044A2
EP1616044A2 EP04727659A EP04727659A EP1616044A2 EP 1616044 A2 EP1616044 A2 EP 1616044A2 EP 04727659 A EP04727659 A EP 04727659A EP 04727659 A EP04727659 A EP 04727659A EP 1616044 A2 EP1616044 A2 EP 1616044A2
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EP
European Patent Office
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use according
layer
metallic
metallic substrate
metal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04727659A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Sauer
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.)
Aalberts Surface Technologies GmbH Kerpen
Original Assignee
AHC Oberflaechenechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102004001613A external-priority patent/DE102004001613A1/de
Application filed by AHC Oberflaechenechnik GmbH filed Critical AHC Oberflaechenechnik GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T428/12556—Organic component
    • Y10T428/12569—Synthetic resin

Definitions

  • the present invention relates to the use of an object, the surface of which comprises, in whole or in part, a composite material consisting of a polymer and a metallic layer thereon as an electronic component.
  • DE 42 11 712 A1 also describes irradiating the surface of a substrate to improve the adhesive strength with an Eximer laser.
  • a PET (polyethylene terephthalate) film is irradiated with this special laser so that it can subsequently be vapor-coated with a ferromagnetic metal layer using a PVD process.
  • Such films are used inter alia as an audio or video recording medium.
  • a major disadvantage of this process is the considerable environmental pollution caused by the two chemical treatment agents, so that this process can no longer be used from an environmental point of view.
  • a further developed process for the metallization of polyamides which is based on the above-described principle of swelling the surface of the plastic substrate but does not provide for pickling with chromosulfuric acid, is described in an article by G.D. Wolf and F. Funger "Metallized polyamide injection molded parts", Kunststoffe, 1989, pp. 442-447.
  • the surface of the amorphous polyamide is treated with an organometallic activator solution. This is followed by a conventional deposition process for a chemical nickel layer.
  • composite materials have been developed in which the metallic layer is produced by thermal spraying onto the plastic surface.
  • thermal spraying metallic particles are heated and accelerated onto the substrate to be coated.
  • this method only geometrically simple components can be coated, such as contact surfaces of plastic junctions in capacitors.
  • the main disadvantages of this method are that the layers have high porosity, high internal stress, high layer thicknesses and insufficient adhesion for mechanically stressed components.
  • the object of the present invention is to provide an electronic component, the surface of which has, in whole or in part, a composite material made of a plastic and a metal layer, which overcomes the disadvantages of the prior art described above and can be produced on an industrial scale.
  • the object is achieved according to the invention by the use of an object, the surface of which has a composite material in whole or in part, the composite material comprising a non-metallic substrate containing at least one polymer and a metal layer deposited thereon without external current and having an adhesive strength of at least 4 N / mm 2 exists as an electronic component.
  • the object is used as an electronic component, the surface of which comprises a composite material in whole or in part, this composite material having a first non-metallic layer and a second metallic layer applied thereon, and wherein a) the surface of the object is not chemically pretreated before the metallic layer is applied; and b) the metallic layer is not applied by thermal spraying, CVD, PVD or laser treatment.
  • chemical pretreatment is to be understood as a differentiation from mechanical treatments to any treatment of a substrate surface which is carried out by pickling, etching, swelling, vapor deposition, plasma treatment or similar methods and in which a change in the surfaces is brought about by a chemical reaction
  • the articles used according to the present invention have a rough, sharp-edged boundary layer between the non-metallic layer and the metal layer applied without external current.
  • These sharp-edged bulges and undercuts in the boundary layer are clearly recognizable as angular surface contours, for example in a cross-section analysis, the design of which is described below. They can be distinguished from the more rounded, but in any case rounded, contours that result from chemical pretreatment, for example by etching or by removing a second phase stored in an ABS plastic ( Figure 2).
  • the adhesive strengths (specified in N / mm 2 ) of the composite materials according to the invention are determined exclusively on the basis of the forehead tensile test according to DIN 50160: the forehead tensile test (vertical tensile test) according to DIN 50160 has been used for years to test
  • the layer / substrate composite to be tested is glued between two test stamps and subjected to uniaxial brisk force until it breaks (see Figure 1). If the adhesive strength is greater than that of the coating and there is a break between the layer and the substrate, the equation can be used
  • the standard deviation of the adhesive strength at six different measured values distributed over the surface of the composite material is at most 25% of the arithmetic mean.
  • the specified uniformity of adhesive strength enables the use according to the invention of objects with a composite material as electronic components in a special way. Components can be soldered to other electronic components at different locations up to 330 ° C.
  • an object is used whose composite material has a non-metallic substrate which at the same time has the upper surface of the object is.
  • These surfaces are preferably based on a polymeric material. Fiber-reinforced plastics, thermoplastics and other industrially used polymers are particularly preferred.
  • the object used can consist of a metallic or ceramic material that is coated with a non-metallic substrate that contains at least one polymer.
  • an object with a composite material is used as the electronic component, which has a boundary between the non-metallic substrate and the metallic layer with a roughness whose R z value does not exceed 35 ⁇ m.
  • the R z value is a measure of the average vertical surface fissure.
  • objects with a composite material are used as electronic components, which have a boundary between the non-metallic substrate and the metallic layer with a roughness, expressed by an R a value of at most 5 ⁇ m.
  • the R a value is a measurement-reproducible measure of the roughness of surfaces, whereby profile outliers (ie extreme valleys or hills) are largely ignored due to the area integration.
  • Water is used during the grinding process to remove the abrasive particles.
  • the tangential force that occurs on the cross-section and arises from friction is directed so that the metallic layer is pressed against the non-metallic substrate. This effectively prevents the metallic layer from becoming detached from the non-metallic substrate during the grinding process.
  • the sample treated in this way is then polished using a motor-operated preparation device of the DAP-A type from Struer.
  • the usual sample winder is not used, rather the sample is only polished by hand.
  • a speed between 40 and 60 rpm and a contact pressure between 5 and 10 N are used.
  • the cross section is then subjected to an SEM image.
  • the boundary line of the layer between the non-metallic substrate and the metallic surface is determined at a magnification of 10,000 times.
  • the OPTIMAS program from Wilhelm Mikroelektronik is used for evaluation.
  • XY value pairs are determined that describe the boundary line between the substrate and the layer.
  • a distance of at least 100 ⁇ m is required to determine the enlargement of the boundary line in the sense of the present invention.
  • the course of the boundary line must be determined with at least 10 measuring points per ⁇ m.
  • the boundary line enlargement is determined from the quotient of true length by geometrical length.
  • the geometric length corresponds to the distance of the measuring section, i.e. between the first and last measuring point.
  • the true length is the length of the line that runs through all recorded measurement points.
  • the surface roughness value R a is determined according to the DIN 4768 / ISO 4287/1 standard, also using the XY value pairs previously recorded.
  • the non-metallic substrate contains at least one fiber-reinforced polymer, in particular a carbon fiber-reinforced polymer, and the diameter of the fiber is less than 10 ⁇ m.
  • the non-metallic substrate can contain at least one fiber-reinforced polymer, in particular a glass fiber-reinforced polymer, the diameter of the fiber being more than 10 ⁇ m.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastics
  • GTK glass fiber reinforced plastics
  • plastics reinforced by aramid fibers or plastics reinforced by mineral fibers are particularly preferably used, in particular carbon fiber reinforced plastics (CFRP), glass fiber reinforced plastics (GFK), plastics reinforced by aramid fibers or plastics reinforced by mineral fibers.
  • Part of the non-metallic substrate, which have fibers with a diameter larger than 10 ⁇ m, are very inexpensive and easy to process.
  • the fiber diameter has a great influence on the roughness, so that in such materials the present invention is achieved a roughness value R a of at most 10 microns in accordance with.
  • R a roughness value
  • the objects used according to the invention have high uniformity of adhesion. For the first time, this makes it possible to significantly increase the lifespan for the electronic component. Because even local delamination of the layer composite leads to failure of the entire component.
  • the object described above has a boundary between the non-metallic substrate and the metallic layer, which has a roughness with an R z value of at most 100 ⁇ m.
  • R z value of at most 100 ⁇ m.
  • fiber-reinforced polymers with a fiber thickness of more than 10 ⁇ m it is important to achieve the lowest possible R z values. With this combination it is surprisingly possible to achieve high adhesive strengths in relation to the large fiber diameters used - low R z values.
  • the polymer of the non-metallic substrate is selected from the group of polyamide, polyvinyl chloride, polystyrene, epoxy resins, polyether ether ketone, polyoxymethylene, polyformaldehyde, polyacetal, polyurethane, polyetherimide, polyphenylsulfone, polyphenylene sulfide, polyarylamide, polycarbonate and polyimide.
  • the metallic layer can have an adhesive strength of at least 12 N / mm 2 .
  • the polymer of the non-metallic substrate can also be selected from polypropylene or polytetrafluoroethylene.
  • Embodiments according to the invention are particularly preferred which have a standard deviation of the adhesive strength of six different measured values distributed over the surface of the layer composite of at most 25%, in particular at most 15%, of the arithmetic mean. In this way, the resulting mechanical strength is even higher
  • the metal layer deposited without external current is a metal alloy or metal dispersion layer.
  • objects with a composite material can be used as electronic components for the first time, which have excellent adhesion of the metallic Have layer on the non-metallic substrate.
  • the uniformity of the adhesion of the metallic layer also plays an important role in the suitability of these objects as highly stressed components.
  • a targeted selection of the non-metallic substrate and the metallic layer on it enables an exact adaptation of the property profile to the conditions of the area of application.
  • a copper, nickel or gold layer is particularly preferably applied to the non-metallic substrate of the object used according to the invention as a metal layer deposited without external current.
  • a metal alloy or metal dispersion layer deposited without external current can also be applied, preferably a copper, nickel or gold layer with embedded non-metallic particles.
  • the non-metallic particles can have a hardness of more than 1,500 HV and can be selected from the group of silicon carbide, corundum, diamond and tetraborarbide.
  • these dispersion layers thus have further functions, for example the wear resistance or surface wetting of the objects used can be improved.
  • the non-metallic particles can also preferably have friction-reducing properties and be selected from the group of polytetrafluoroethylene, molybdenum sulfide, cubic boron nitride and tin sulfide.
  • the objects of the present invention are particularly preferably obtained using a special method which comprises the following steps: i. the surface of the non-metallic layer is not chemically pretreated before the metallic layer is applied; ii. the surface of the non-metallic layer is microstructured in a first step by means of a blasting agent; iii. the metallic layer is then applied by electroless metal deposition.
  • the objects to be used as electronic components according to the present invention initially have a non-metallic substrate as the composite material which contains at least one polymer.
  • the surface of the non-metallic substrate is microstructured in a first step by means of a beam treatment.
  • a beam treatment is described for example in DE 197 29 891 A1.
  • Particularly abrasive resistant, inorganic particles are used. It is preferably copper-aluminum oxide or silicon carbide. It has proven to be advantageous that the blasting agent has a particle size between 30 and 300 ⁇ m. It is further described there that a metal layer can be applied to the roughened surfaces by means of a metal deposition without external current.
  • the substrate surface is activated in two steps.
  • the component is immersed in a colloidal solution (activator bath).
  • activator bath the ones necessary for metallization that are already present in the activator solution
  • the baths for the nickel or copper deposition have the property of reducing the metal ions dissolved in them at the nuclei and of depositing elementary nickel or copper.
  • the two reactants must approach the noble metal nuclei on the plastic surface.
  • the resulting redox reaction creates the conductive layer, the noble metal nuclei taking up the electrons of the reducing agent and releasing them again when a metal ion approaches. This reaction releases hydrogen.
  • the applied layer takes on the catalytic effect. This means that the layer grows together from the palladium seeds until it is completely closed.
  • the deposition of nickel is dealt with here as an example.
  • the germinated and conditioned plastic surface is immersed in a nickel metal salt bath, which allows a chemical reaction in a temperature range between 82 ° C and 94 ° C.
  • the electrolyte is generally a weak acid with a pH between 4.4 and 4.9.
  • the thin nickel coatings applied can be reinforced with an electrolytically deposited metal layer.
  • Coating components with layer thicknesses> 25 ⁇ m is not economical due to the low deposition rate of chemical coating processes. Furthermore, only a few coating materials can be deposited with the chemical coating processes, so that it is advantageous to use electrolytic processes for other technically important coating materials. Another important point is the different properties of chemically and electrolytically deposited layers with layer thicknesses> 25 ⁇ m, for example leveling, hardness and gloss.
  • the basics of electrolytic metal deposition can be found in B. Gaida, "Introduction to Electroplating", EG Leuze-Verlag, Saulgau, 1988 or in H. Simon, M. Thoma, "Applied Surface Technology for Metallic Materials", C.
  • Plastic parts that have an electrically conductive layer due to an electroless coating process differ only insignificantly from those of the metals with regard to the electrolytic metallization. Nevertheless, some points should not be neglected in the electrolytic metallization of metallized plastics. Due to the mostly low conductive layer thickness, the current density must be reduced at the beginning of the electrolytic deposition. If this point is not observed, the conductive layer may peel off and burn. Furthermore, care should be taken to ensure that annoying tarnish layers are removed using specially designed paper baths. Furthermore, residual stresses can destroy the layer. When nickel layers are deposited from an ammoniacal bath, tensile stresses of the order of 400 to 500 MPa, for example, can occur.
  • a change in the structure of the nickel coatings in the form of a changed grain size and the formation of micro-deformations can promote the reduction of internal stresses, which can have a positive effect on a possible premature coating failure.
  • AHC surface technology described in detail ("The AHC surface” manual for construction and manufacturing, 4th edition, 1999).
  • One or more layers, in particular metallic, ceramic, as well as crosslinked or hardened polymer layers, can also be arranged on the metallic layer.
  • a further electrolytically deposited nickel layer as the metallic layer of the present invention on an electrolessly deposited nickel layer
  • the objects of the present invention can have a copper layer as a metallic layer, to which a tin or a further copper layer can subsequently be applied. Then, for example, a gold layer is applied to the existing metal layers.
  • a copper layer as a metallic layer, to which a tin or a further copper layer can subsequently be applied. Then, for example, a gold layer is applied to the existing metal layers.
  • Such coatings can be used, for example, for EMC shielding of electronic components or to improve the thermal conductivity of the coated objects.
  • the objects used according to the present invention can also have a nickel layer as the metallic layer, to which a further nickel layer is applied. In this way it is possible to achieve a high degree of rigidity in the resulting plastic parts and thus an application for mechanically stressed parts
  • a particularly industrially preferred embodiment is filter housings for high-frequency components in the telecommunications industry, in particular for the transmission mast unit in the mobile radio sector.
  • This is the use of objects made of PPS / PEI, the entire surface of which is first coated with a chemically applied electroless nickel / phosphor alloy in a layer thickness of 6 ⁇ m and then with an electrolytically applied silver layer in a thickness of 6 ⁇ m , So far, such objects were made of aluminum, then nickel-plated and finally silver-plated.
  • the use of these prior art items has significant corrosion problems, particularly in metropolitan areas contaminated with exhaust gas. Until now, these filter housings had to be replaced every 6 months.
  • the service life can be increased to more than 2 years.
  • metallic layers can be applied not only electrolytically but also with the aid of other methods such as CVD / PVD to an object with a metallic layer of the present invention.
  • a layer made of aluminum, titanium or their alloys is applied to the metallic layer of the object used according to the invention deposited without external current, the surface of which is anodically oxidized or ceramized.
  • Such anodically oxidized or ceramicized layers of aluminum, titanium or their alloys are known on metallic objects and are sold for example under the name Hart-Coat ® or Kepla-Coat ® by the company AHC endurentechnik GmbH & Co. OHG. These layers are characterized by a particularly high hardness and a high operating resistance and by mechanical stress.
  • One or more further metallic layers can also be arranged between the metallic layer of the object used according to the invention and the layer of aluminum, titanium or their alloys deposited without external current.
  • the further metallic layers arranged between the electrolessly deposited layer and the aluminum layer are selected depending on the intended use. The choice of such intermediate layers is well known to the person skilled in the art and is described, for example, in the book “The AHC Surface - Manual for Construction and Manufacturing", 4th extended edition 1999.
  • the surface of such an object prefferably be a ceramic oxide layer made of aluminum, titanium or their alloys, which is colored black by the inclusion of foreign ions.
  • the ceramic oxide layer made of aluminum, titanium or their alloys, colored black by foreign ions, is of particular interest for high-quality optical elements, especially in the aerospace industry.
  • the production of ceramic oxide layers colored black by foreign ion incorporation is described, for example, in US-A-5035781 or US-A-5075178.
  • the production of oxide ceramic layers on aluminum or titanium is described, for example, in EP 0 545 230 B1.
  • the production of anodically produced oxide layers on aluminum is described, for example, in EP 0 112 439 B1.
  • Another interesting example of an object according to the invention is a plastic which is initially provided with a nickel layer applied without external current. Layers of silver and gold are subsequently applied electrolytically to this nickel layer. Such a rather special layer sequence is used in medical technology for components for diagnostic devices.
  • An object according to the present invention can be used, for example, as a capacitor, sound field capacitor, high-frequency component, antenna, antenna housing, sound tab, microwave waveguide or switch surface.
  • the blasting system is operated at a pressure of 4 bar.
  • a boron carbide nozzle with a diameter of 8 mm is used as the jet nozzle.
  • the beam duration is 4.6 s.
  • SiC with P80 grit with an average grain diameter of 200 to 300 ⁇ m is used as the abrasive.
  • 2 pressure circuits were installed, one each for the transport of the blasting medium and the actual acceleration process. This modification resulted in a very constant volume flow and a large pressure range.
  • a stream of compressed air transports the abrasive to the lowest possible pressure
  • the flow conditions ensure, caused by a high volume flow of the blasting medium and a low proportion of compressed air, a low wear of the system and the blasting medium.
  • the cross section is only reduced at the end of the transport hose in front of the mixing nozzle in order to set the desired volume flow.
  • a constant volume flow of 1 l / min was specified for all plastic pretreatments.
  • compressed air volume flow 1 flows up to the nozzle, which can be continuously adjusted within a pressure range of 0.2-7 bar.
  • the blasting medium which is conveyed into the mixing nozzle at a very low flow rate, is then accelerated by the high flow rate of the compressed air flow.
  • the roughened plate is treated in an ultrasonic bath with a mixture of deionized water and 3% by volume butyl glycol for five minutes.
  • the bath series used for the metal deposition of the conductive layer are based on the well-known colloidal palladium activation in connection with a final catalyzed metal reduction. All of the bath rows required for this were purchased from Max Schlötter. The diving sequences, treatment times and temperatures specified by the manufacturer were observed in all process steps of nickel deposition:
  • Conditioner 101 Conditioning the material surface by detaching annoying tin compounds from the surface. Diving time: 6 min, room temperature
  • the thickness of the nickel layer is sufficient for an electrolytic coating. All process steps that were necessary for the deposition of the conductive layer were carried out in 50 l plastic trays, with a nickel temperature of 90 ° ⁇ 0.5 ° C being maintained during the entire coating cycle by an additional heating plate with temperature control. In order to obtain a uniform and reproducible layer quality, the bath series were analyzed and supplemented after a throughput of 20 samples according to the Max Schlötter company.
  • the sample was cooled from approx. 90 ° C. to approx. 60 ° C. in distilled water in order to then be electrolytically coated with nickel at 55 ° C.
  • This intermediate step served to avoid the formation of reaction layers and to exclude residual stresses caused by rapid cooling.
  • the example according to the invention is repeated, but after the blasting treatment the
  • the plate is then treated in a further ultrasonic bath with pure, 96% ethanol for a further five minutes.
  • the cross section examination by SEM (1,500 times and 3,000 times) are in the following
  • the evaluation of the EDX analysis showed a residual amount of calcium of 0.91% by weight, which comes from the treatment of the CaC0 3 / ethanol suspension.

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Abstract

Verwendung eines Gegenstands als elektronisches Bauteil, dessen Oberflache ganz oder teilweise einen Verbundwerkstoff aufweist, wobei der Verbundwerkstoff aus einem nicht­metallischen Substrat, enthaltend mindestens ein Polymer, and einer darauf befindlichen au1 enstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht mit einer Haftfestigkeit von mindestens 4 N/mm2 besteht.

Description

Verwend u n g ei n es G ege nstan ds a ls elektro n isch es Bau te i l
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Gegenstands, dessen Oberfläche ganz oder teilweise einen Verbundwerkstoff aufweist, bestehend aus einem Polymer und einer darauf befindlichen metallischen Schicht, als elektronisches Bauteil.
Gegenstände mir einer Oberfläche, die einen Verbundwerkstoff, bestehend aus einem Polymer und einer darauf befindlichen metallischen Schicht, aufweist, sind bekannt.
Im Allgemeinen gibt es drei verschiedene Arten solcher Gegenstände:
Zum einen solche, bei denen mindestens eine etallschicht durch ein außenstromloses chemisches Verfahren direkt auf die Kunststoffoberfläche abgeschieden wird. Das Einsatz- gebiet solcher Gegenstände ist aufgrund der bisher verwendeten Kunststoffe und der geringen Haftfestigkeit der außenstromlos aufgebrachten Metallschicht stark eingeschränkt und liegt fast ausschließlich im dekorativen Bereich, wie z.B. für verchromte Gegenstände aus ABS (Acryl/Butadien/Styrol-Kunststoffe) oder Polymerblends, insbesondere als Zierleisten, Duschköpfe, Kühlergrill von Automobilen und Kaffeekannen.
Zum anderen ist die Verwendung solcher Verbundwerkstoffe für elektronische Bauteile, wie für Abschirmungen im Hochfrequenzbereich, bekannt, bei denen die auf der Kunststoffoberfläche befindliche Metallschicht durch Aufdampfen von Metall auf Kunststoff in einem Vakuum (CVD/PVD-Verfahren) hergestellt wird. Hiermit werden geschlossene metallische Beschichtungen auf nichtmetallische Substrate, wie beispielsweise Kunststoffe, aufgebracht.
Prinzipbedingt können aber nicht alle in der Elektronikindustrie üblichen Verbundwerkstoffe mit einer auf einer Kunststoffoberfläche befindlichen Metallschicht auf diese Weise hergestellt werden: Einerseits können keine Bauteile mit größeren Abmessungen im industriellen Maßstab wirtschaftlich hergestellt werden; andererseits haben die Metallschichten eine Dicke von maximal 3 μm. Darüber hinaus werden Bauteile mit Vertiefungen oder Hohlräumen nicht vollständig metallisiert und die Metallschicht hat nur eine sehr geringe Haftfestigkeit, so dass ihre Verwendung für mechanisch beanspruchte Elektronik-Bauteile überhaupt nicht möglich ist. Ein weit verbreitetes Anwendungsgebiet dieser Aufdampf-Technik ist die Beschichtung von Kunststofffolien, zum Beispiel für die Lebensmittelverpackung. So offenbart die DE 198 49
661 A1 , eine spezielle Polyesterfolie mit Aluminium zu bedampfen, so dass sie eine hohe Sauerstoffbarriere, einen guten Glanz und einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Die dort angegebenen Haftfestigkeiten von bis zu 3 N/mm sind jedoch zu gering, um in einer mechanisch beanspruchten, funktionellen Anwendung der metallisierten Folie bestehen zu können.
In der DE 43 12 926 A1 wird ein Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit von dentalen Metall-Kunststoff-Verbundschichten beschrieben. Dazu wird ein metallisches Substrat, auf dem bereits ein Polymer aufgebracht ist, mit einem speziellen Te-C02-Laser bestrahlt. Gegebenenfalls wird zusätzlich ein Haftvermittler verwendet. Eine Metallisierung von Kunst- stoffsu betraten wird hier nicht beschrieben.
Auch die DE 42 11 712 A1 beschreibt eine Bestrahlung der Oberfläche eines Substrates zur Verbesserung der Haftfestigkeiten mit einem Eximer-Laser. Eine PET (Polyethylenterephtha- lat)-Folie wird dabei mit diesem speziellen Laser bestrahlt, um anschließend mit einer ferro- magnetischen Metallschicht in Rahmen eines PVD-Verfahrens bedampft zu werden. Solche Folien finden unter anderem als Audio- oder Videoaufzeichnungsmedium Verwendung.
Für spezielle Kunststoffe, wie PEES und PA, gibt es darüber hinaus ein Verfahren, bei dem die zu beschichtenden Gegenstände zunächst mit geeigneten Substanzen gequollen und anschließend chemisch geätzt werden. Die erzielten Haftfestigkeiten der aufgebrachten Metallschicht auf dem Kunststoff liegen bei maximal 2 N/mm2.
Ein wesentlicher Nachteil bei diesem Verfahren ist die erhebliche Umweltbelastung durch die beiden chemischen Behandlungsmittel, so dass dieses Verfahren aus umweltpolitischen Gesichtpunkten nicht mehr lange angewandt werden kann.
Ein weiterentwickeltes Verfahren zur Metallisierung von Polyamiden, das auf dem oben beschriebenen Prinzip des Quellen der Oberfläche des Kunststoffsubstrats beruht aber kein Beizen mit Chromschwefelsäure vorsieht, wird in einem Artikel von G.D. Wolf und F. Fünger "Metallisierte Polyamid-Spritzgußteile", Kunststoffe, 1989, S. 442-447, vorgestellt. Die Oberfläche des amorphen Polyamids wird mit einer metallorganischen Aktivator-Lösung behandelt. Es schließt sich ein herkömmlicher Abscheidungsprozess einer chemisch Nickelschicht an.
Nachteilig an dieser Art der Oberflächenbehandlung, die auf einer chemischen Reaktion der Behandlungslösung mit dem Substrat beruht, ist, dass die gequollenen Oberflächen sehr empfindlich gegen Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Staubeinlagerungen, sind. Des weiteren muss das zu behandelnde Polyamid amorph sein, da teilkristalline oder kristalline Polyamide von der vorgestellten Methode nicht angegriffen werden. Damit stellt diese Methode ein aufwendiges und nur begrenzt einsetzbares Verfahren dar, um haftfeste Verbundschichten zwischen polymeren Substrat und Metallschicht zu erreichen.
Um das Problem des aufwendigen Herstellungsverfahrens bei PVD-Verbundwerkstoffβn zu umgehen, hat man Verbundwerkstoffe entwickelt, in denen die metallische Schicht durch thermisches Spritzen auf die Kunststoffoberfiäche erzeugt wird. Beim thermischen Spritzen werden metallische Partikel erwärmt und auf das zu beschichtende Substrat beschleunigt. Mit diesem Verfahren lassen sich jedoch ausschließlich geometrisch einfache Bauteile beschichten, wie zum Beispiel Kontaktflächen von Kunststoffübergängen bei Kondensatoren. Die wesentlichen Nachteile bei diesem Verfahren sind, dass die Schichten eine hohe Porosität, hohe Eigenspannung, hohe Schichtstärken und unzureichende Haftung für mechanisch belastete Bauteile aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines elektronisches Bauteils, dessen Oberfläche ganz oder teilweise einen Verbundwerkstoff aus einem Kunststoff und einer Metallschicht aufweist, das die zuvor geschilderten Nachteile des Standes der Technik überwindet und in industriellem Maßstab herstellbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Gegenstands, dessen Oberfläche ganz oder teilweise einen Verbundwerkstoff aufweist, wobei der Verbundwerkstoff aus einem nichtmetallischen Substrat, enthaltend mindestens ein Polymer, und einer darauf befindlichen außenstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht mit einer Haftfestigkeit von mindestens 4 N/mm2 besteht, als elektronisches Bauteil.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein
Gegenstand als elektronisches Bauteil verwendet, dessen Oberfläche ganz oder teilweise einen Verbundwerkstoff aufweist, wobei dieser Verbundwerkstoff eine erste nichtmetallische Schicht und eine darauf aufgebrachte zweite metallische Schicht aufweist und wobei a) die Oberfläche des Gegenstands vor Aufbringen der metallischen Schicht nicht chemisch vorbehandelt wird; und b) die metallische Schicht nicht durch thermisches Spritzen, CVD, PVD oder Laserbehandlung aufgebracht wird.
Unter chemischer Vorbehandlung wird hier und im Folgenden als Abgrenzung zu mechanischen Behandlungen jede Behandlung einer Substratoberfläche verstanden, die durch Beizen, Ätzen, Quellen, Bedampfen, Plasma-Behandlung oder ähnlichen Methoden durchgeführt wird und bei der eine Veränderung der Oberflächen durch eine chemische Reaktion hervorgerufen wird. Die verwendeten Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung weisen im Gegensatz zu den nach chemischer Vorbehandlung metallisierten Gegenständen des Standes der Technik eine rauhe, scharfkantige Grenzschicht zwischen der nichtmetallischen Schicht und der außenstromlos aufgebrachten metallischen Schicht auf. Diese scharfkantigen Ausbuchtungen und Hinterschneidungen der Grenzschicht sind als kantige Oberflächenkonturen beispielsweise in einer Querschliffanalyse deutlich erkennbar, deren Ausführung nachfolgend beschrieben wird. So sind sie von den eher runden, aber jedenfalls abgerundeten, Konturen zu unterscheiden, die durch eine chemische Vorbehandlung, beispielsweise durch Ätzen oder durch Herauslösen einer dazu eingelagerten 2. Phase in einem ABS-Kunststoff, entstehen (Abbildung 2).
Die Haftfestigkeiten (angegeben in N/mm2) der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe werden ausschließlich anhand des Stirnzugversuchs nach DIN 50160 bestimmt: Der Stirnzugversuch (senkrechter Zugtest) nach DIN 50160 wird seit Jahren zur Prüfung von
Halbleitern, der Bestimmung der Haft-Zugfestigkeit thermisch gespritzter Schichten und bei verschiedenen Beschichtungstechnologien eingesetzt.
Für die Bestimmung der Haftfestigkeit im Stirnzugversuch wird der zu prüfende Schicht/Substrat-Verbund zwischen zwei Prüfstempeln verklebt und unter einachsiger zügiger Kraft bis zum Bruch belastet (vgl. Abbildung 1). Ist die Haftfähigkeit des Klebstoffs größer als die der Beschichtung und erfolgt der Bruch zwischen Schicht und Substrat, so kann nach Gleichung
F max
° H exp - Λ
ÄG
(mit σH exp- experimentell erfassbare Haftfestigkeit, Fmax: Maximalkraft beim Bruch des Verbundes und AG: geometrische Bruchfläche) die Haftfestigkeit berechnet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Standardabweichung der Haftfestigkeit an sechs verschiedenen, über die Oberfläche des Verbundwerkstoffes verteilten Messwerte von höchstens 25 % des arithmetischen Mittelwerts auf. Die angegebene Gleichmäßigkeit der Haftfestigkeit ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung von Gegenständen mit einem Verbundwerkstoff als elektronische Bauteile in besonderer Weise. So können Bauteile an unterschiedlichen Stellen bei bis zu 330 °C mit anderen elektronischen Komponenten verlötet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Gegenstand verwendet, dessen Verbundwerkstoff ein nichtmetallisches Substrat aufweist, das zugleich die Ober- fläche des Gegenstands ist. Bevorzugt basieren diese Oberflächen auf einem polymeren Werkstoff. Als besonders bevorzugt sind faserverstärkte Kunststoffe, Thermoplaste und andere, industriell verwendete Polymere zu nennen.
Gleichermaßen ist es aber auch möglich, Gegenstände zu verwenden, deren nichtmetallisches Substrat nicht die Oberfläche des Gegenstands ist. So kann der verwendete Gegenstand aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff bestehen, der mit einem nichtmetallischen Substrat überzogen ist, das mindestens ein Polymer enthält.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Gegenstand mit einem Verbundwerkstoff als elektronisches Bauteil verwendet, der eine zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Schicht befindliche Grenze aufweist mit einer Rauhigkeit, deren Rz-Wert 35 μm nicht übersteigt. Der Rz-Wert ist ein Maß für die durchschnittliche vertikale Oberflächenzerklüftung.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Gegenstände mit einem Verbundwerkstoff als elektronische Bauteile verwendet, die eine zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Schicht befindliche Grenze aufweist mit einer Rauhigkeit, ausgedrückt durch einen Ra-Wert von höchstens 5 μm.
Der Ra-Wert ist ein messtechnisch reproduzierbares Maß für die Rauhigkeit von Oberflächen, wobei Profil-Ausreißer (d.h. extreme Täler oder Hügel) durch die Flächenintegration weitgehend unberücksichtigt bleiben.
Zur Bestimmung Rauhigkeitswerte Ra und Rz wird aus einem erfindungsgemäßen Gegenstand eine Probe entnommen und es wird ein Querschliff gemäß der nachfolgend angeführten Methode angefertigt.
Bei der Querschliffanfertigung besteht die besondere Schwierigkeit, dass die Grenzfläche zwischen Substrat und Oberfläche durch die Bearbeitung sehr schnell zerstört oder abgelöst werden kann. Um dies zu vermeiden, wird bei jeder Querschliffanfertigung eine neue Trennscheibe der Firma Struer Typ 33TRE DSA Nr. 2493 verwendet. Darüber hinaus muss darauf geachtet werden, dass der Anpressdruck, der von der Trennscheibe auf die Substratbeschichtung übertragen wird, so gerichtet ist, dass die Kraft von der Beschichtung aus in Richtung Substrat verläuft. Bei der Trennung ist darauf zu achten, dass der Anpressdruck so gering wie möglich gehalten wird. Die zu untersuchende Probe wird in eine transparente Einbettmasse (Epofixkitt, erhältlich von der Firma Struer) gegeben. Die eingebettete Probe wird an einer Tischschleifmaschine der Firma Struer, Typ KNUTH-ROTOR-2 geschliffen. Dabei werden verschiedene Schleifpapiere mit Siliziumcarbid und unterschiedlichen Körnungen verwendet. Die genaue Reihenfolge ist wie folgt:
Während des Schleifvorgangs wird Wasser eingesetzt, um die Schleifpartikel abzutransportieren. Die Tangentialkraft, die am Querschnitt auftritt und durch Reibung entsteht, wird so gerichtet, dass die metallische Schicht gegen das nichtmetallische Substrat gedrückt wird. So wird wirksam verhindert, dass sich die metallische Schicht sich beim Schleifvorgang von dem nichtmetallischen Substrat ablöst. Anschließend wird die so behandelte Probe mit einem motorbetriebenen Präparationsgerät des Typs DAP-A der Firma Struer poliert. Dabei wird nicht der übliche Probenbeweger verwendet, vielmehr wird die Probe ausschließlich von Hand poliert. Je nach zu polierendem Substrat wird eine Drehzahl zwischen 40 bis 60 U/min und eine Anpresskraft zwischen 5 und 10 N angewandt.
Der Querschliff wird anschließend einer REM-Aufnahme unterzogen. Für die Bestimmung der Grenzlinienvergrößerung wird die Grenzlinie der Schicht zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Oberfläche bei 10.000-facher Vergrößerung bestimmt. Zur Auswertung wird das Programm OPTIMAS der Firma Wilhelm Mikroelektronik verwendet. Als Ergebnis werden X-Y-Wertepaare ermittelt, die die Grenzlinie zwischen Substrat und Schicht beschreiben. Zur Bestimmung der Grenzlinienvergrößerung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Strecke von mindestens 100 μm erforderlich. Dabei ist der Verlauf der Grenzlinie mit mindestens 10 Messpunkten pro μm zu bestimmen. Die Grenzlinienvergrößerung bestimmt sich aus dem Quotienten von wahrer Länge durch geometri- sehe Länge. Die geometrische Länge entspricht dem Abstand der Messstrecke, das heißt zwischen dem ersten und letzten Messpunkt. Die wahre Länge ist die Länge der Linie, die durch alle aufgenommenen Messpunkte verläuft. Der Oberflächenrauheitswert Ra bestimmt sich nach der Norm DIN 4768 / ISO 4287/1 ebenfalls unter der Verwendung der zuvor aufgenommenen X-Y-Wertepaare.
Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das nichtmetallische Substrat mindestens ein faserverstärktes Polymer, insbesondere ein Kohlenstofffaser verstärktes Polymer, und der Durchmesser der Faser beträgt weniger als 10 μm.
Darüber hinaus kann das nichtmetallische Substrat in einer weiteren Form der vorliegenden Erfindung mindestens ein faserverstärktes Polymer enthalten, insbesondere ein Glasfaser verstärktes Polymer, wobei der Durchmesser der Faser mehr als 10 μm beträgt.
Sofern die Verbundwerkstoffe nicht nur thermischen Beanspruchungen unterliegen sondern auch mechanischen werden besonders bevorzugt verstärkte Kunststoffe eingesetzt, insbesondere Kohlenstofffaser verstärkte Kunststoffe (CFK), Glasfaser verstärkte Kunststoffe (GFK), auch durch Aramitfasern verstärkte Kunststoffe oder Mineralfaser verstärkte Kunststoffe.
Auf diese Weise wird der Einsatz von Gegenständen mit hoher Steifigkeit bei sehr geringem Gewicht ermöglicht, die eine ausgezeichnete Haftung der metallischen Schicht zeigen. Dieses Eigenschaftsprofil ist für einen weiten Bereich der technischen Anwendungen interessant, wie zum Beispiel Antennen und Antennengehäuse für Sende- und Empfangsstationen im Mobilfunkbereich.
Mit der Verwendung dieser Gegenstände wird eine hohe Steifigkeit der resultierenden Bauteile bei geringem Gewicht erzielt, die aufgrund ihrer geringen Kosten für den indu- striellen Einsatz besonders interessant sind. Insbesondere Glasfaser verstärkte Polymere als
Bestandteil des nichtmetallischen Substrates, die Fasern mit einem Durchmesser größer als 10 μm aufweisen, sind sehr preiswert und gut zu verarbeiten. Der Faserdurchmesser hat einen großen Einfluss auf die Rauhigkeitswerte, so dass bei solchen Werkstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung ein Rauhigkeitswert Ra von höchstens 10 μm erzielt wird. Gleichzeitig ist es erfindungsgemäß möglich, ausgezeichnete Werte für die Haftfestigkeit zu erzielen. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäß verwendeten Gegenstände eine hohe Gleichmäßigkeit der Haftung auf. Dies ermöglicht erstmals, die Lebensdauer für das elektronische Bauteil deutlich zu erhöhen. Denn bereits eine lokale Delamination des Schichtenverbundes führt zu einem Versagen des gesamten Bauteils. Besonders gravierend ist der Vorteil bei Bauteilen mit einer durch den Schichtenverbund bedeckten Oberfläche von mehr als 10 dm2, also bei großen Bauteilen bzw. Bauteilen mit einer großen Oberfläche. In einer weiteren Ausführungsform weist der vorstehend beschriebene Gegenstand eine Grenze zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Schicht auf, die eine Rauhigkeit mit einem Rz-Wert von höchstens 100 μm aufweist. Gerade für den Einsatz von faserverstärkten Polymeren, deren Faserstärke mehr als 10 μm beträgt, ist es wichtig, möglichst geringe Rz-Werte zu erzi elen. Bei dieser Kombination ist es überraschenderweise möglich, hohe Haftfestigkeiten be im Verhältnis den verwendeten großen Faserdurchmessern - geringen Rz-Werten zu erzi elen.
Das Polymer des nichtmetallischen Substrats ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgewählt aus der Gruppe von Polyamid, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Epoxidharzen, Polyetheretherketon, Polyoxymethylen, Polyformaldehyd, Polyacetal, Polyurethan, Polyetherimid, Polyphenylsulfon, Polyphenylensulfid, Polyarylamid, Polycarbonat und Polyimid.
Bei dieser Ausführungsform kann die metallische Schicht eine Haftfestigkeit von mindestens 12 N/mm2 aufweisen.
Gleichermaßen kann das Polymer des nichtmetallischen Substrats in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aber auch ausgewählt sein aus Polypropylen oder Polytetrafluorethylen.
In den Fällen, in denen die nichtmetallische Schicht entweder Polypropylen und/oder Polytetrafluorethylen enthält, werden Haftfestigkeiten von mindestens 4 N/mm2 erzielt. Dies stellt einen ausgezeichneten Wert dar, insbesondere in Verbindung mit der hohen Gleichmäßigkeit der Haftfestigkeit, die bisher nicht erzielt werden konnte.
Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Ausführungsformen, die eine Standardabweichung der Haftfestigkeit sechs verschiedener, über die Oberfläche des Schichtenverbundes verteilten Messwerte von höchstens 25 %, insbesondere höchstens 15 %, des arithmetischen Mittelwerts aufweisen. Auf diese Weise ist eine noch höhere mechanische Beanspruchbarkeit der resultierenden
Bauteile gewährleistet.
Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die außenstromlos abgeschiedene Metallschicht eine Metalllegierung oder Metalldisper- sionsschicht.
Auf diese Weisen können erstmals Gegenstände mit einem Verbundwerkstoff als elektronische Bauteile verwendet werden, die eine ausgezeichnete Haftung der metallischen Schicht auf dem nichtmetallischen Substrat aufweisen. Auch die Gleichmäßigkeit der Haftung der metallischen Schicht spielt eine wesentliche Rolle für die Eignung dieser Gegenstände als stark beanspruchte Bauteile. Eine gezielte Auswahl des nichtmetallischen Substrates und der darauf befindlichen metallischen Schicht ermöglicht eine exakte Anpassung des Eigenschaftsprofils an die Bedingungen des Einsatzgebietes.
Besonders bevorzugt wird auf das nichtmetallische Substrat des erfindungsgemäß verwendeten Gegenstands als außenstromlos abgeschiedene Metailschicht eine Kupfer-, Nickel- oder Goldschicht aufgebracht.
Es kann aber auch eine außenstromlos abgeschiedene Metalllegierung oder Metalldispersionsschicht aufgebracht werden, bevorzugt eine Kupfer-, Nickel- oder Goldschicht mit eingelagerten nichtmetallischen Partikeln. Dabei können die nichtmetallischen Partikel eine Härte von mehr als 1.500 HV aufweisen und ausgewählt sein aus der Gruppe von Siliziumcarbid, Korund, Diamant und Tetraborcarbid.
Diese Dispersionsschichten weisen somit neben den zuvor beschriebenen Eigenschaften weitere Funktionen auf, beispielsweise kann die Verschleißbeständigkeit oder Oberflächen- benetzung der verwendeten Gegenstände verbessert werden.
Ebenfalls bevorzugt können die nichtmetallischen Partikel reibungsvermindemde Eigenschaften aufweisen und ausgewählt sein aus der Gruppe von Polytetrafluorethylen, Molybdänsulfid, kubisches Bornitrid und Zinnsulfid.
Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung werden besonders bevorzugt mit Hilfe eines speziellen Verfahrens erhalten, das die folgenden Schritte umfasst: i. die Oberfläche der nichtmetallischen Schicht wird vor Aufbringen der metallischen Schicht nicht chemisch vorbehandelt; ii. die Oberfläche der nichtmetallischen Schicht wird in einem ersten Schritt mittels eines Strahlmittels mikrostrukturiert; iii. die metallische Schicht wird anschließend durch außenstromlose Metallab- scheidung aufgebracht.
Die als elektronische Bauteile zu verwendenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung weisen als Verbundwerkstoff zunächst ein nichtmetallisches Substrat auf, das mindestens ein Polymer enthält. Zur Herstellung des Verbundwerkstoffes gemäß der Erfindung wird die Oberfläche des nichtmetallischen Substrates in einem ersten Schritt mittels einer Strahlbehandiung mikrostrukturiert. Das verwendete Verfahren ist zum Beispiel in der DE 197 29 891 A1 beschrieben. Als Strahlmittel werden besonders verschleiß- beständige, anorganische Partikel verwendet. Bevorzugt handelt es um Kupfer-Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Strahlmittel eine Partikelgröße zwischen 30 und 300 μm aufweist. Dort ist weiterhin beschrieben, dass auf die so aufgerauhten Oberflächen eine Metallschicht aufgebracht werden kann mittels einer außenstromlosen Metallabscheidung.
Wie bereits die Verfahrensbezeichnung aussagt, wird bei der außenstromlosen Metallabscheidung während des Beschichtungsprozesses keine elektrische Energie von außen zugeführt sondern die Metallschicht wird ausschließlich durch eine chemische Relation abgeschieden. Die Metallisierung von nichtleitenden Kunststoffen in einer chemisch reduktiv arbeitenden Metallsalzlösung benötigt einen Katalysator an der Oberfläche, um an diesem das metastabile Gleichgewicht des Metallreduktionsbades zu stören und an der Oberfläche des Katalysators Metall abzuscheiden. Dieser Katalysator besteht aus Edelmetallkeimen wie Palladium, Silber, Gold und vereinzelt Kupfer, die auf der Kunststoffoberfiäche aus einem Aktivatorbad angelagert werden. Bevorzugt wird, verfahrenstechnisch begründet, jedoch eine Aktivierung mit Palladiumkeimen.
Im wesentlichen erfolgt die Aktivierung der Substratoberfläche in zwei Schritten. In einem ersten Schritt wird das Bauteil in eine kolloidale Lösung (Aktivatorbad) eingetaucht. Dabei werden die für eine Metallisierung notwendigen, bereits in der Aktivatorlösung vorhandenen
Palladiumkeime an der Kunststoffoberfiäche adsorbiert. Nach der Bekeimung wird durch Spülen in einer alkalischen, wäßrigen Lösung (Konditionierung) das sich beim Eintauchen in die kolloidalen Lösung zusätzlich gebildete Zinn-Il- bzw. Zinn-IV-Oxidhydrat aufgelöst und dadurch der Palladiumkeim freigelegt. Nach dem Spülen kann mit chemischen Reduktionsbädern vernickelt oder verkupfert werden.
Dies erfolgt in einem durch einen Stabilisator im metastabilen Gleichgewicht gehaltenen Bad, welches sowohl das Metallsalz als auch das Reduktionsmittel enthält. Die Bäder für die Nickel- bzw. Kupferabscheidung haben die Eigenschaft, die in ihnen gelösten Metallionen an den Keimen zu reduzieren und elementares Nickel oder Kupfer abzuscheiden. Im Beschichtungsbad müssen sich die beiden Reaktionspartner den Edelmetallkeimen an der Kunststoffoberfiäche nähern. Durch die hierdurch stattfindende Redoxreaktion entsteht die Leitschicht, wobei die Edelmetallkeime dabei die Elektronen des Reduktionsmittels aufnehmen und sie bei Annäherung eines Metallions wieder abgeben. Bei dieser Reaktion wird Wasserstoff freigesetzt. Nachdem die Palladiumkeime mit Nickel bzw. Kupfer überzogen wurden, übernimmt die aufgebrachte Schicht die katalytische Wirkung. Dies bedeutet, dass die Schicht von den Palladiumkeimen aus zusammenwächst, bis sie völlig geschlossen ist. Exemplarisch wird an dieser Stelle auf die Abscheidung von Nickel eingegangen. Beim Beschichten mit Nickel wird die bekeimte und konditionierte Kunststoffoberfiäche in ein Nickelmetallsalzbad eingetaucht, welches in einem Temperaturbereich zwischen 82°C und 94°C eine chemische Reaktion zulässt. Der Elektrolyt ist im allgemeinen eine schwache Säure mit einem pH-Wert, der zwischen 4,4 und 4,9 liegt.
Die aufgebrachten dünnen Nickelüberzüge können mit einer elektrolytisch abgeschiedenen Metallschicht verstärkt werden. Eine Beschichtung von Bauteilen mit Schichtendicken >25 μm ist aufgrund der niedrigen Abscheidungsgeschwindigkeit chemischer Beschichtungs- prozesse nicht wirtschaftlich. Weiterhin können mit den chemischen Beschichtungspro- zessen nur wenige Beschichtungswerkstoffe abgeschieden werden, so dass es vorteilhaft ist, für weitere technisch wichtige Schichtwerkstoffe auf elektrolytische Verfahren zurückzugreifen. Ein weiterer wesentlicher Punkt sind die unterschiedlichen Eigenschaften chemisch und elektrolytisch abgeschiedener Schichten bei Schichtstärken > 25 μm , beispielsweise Einebnung, Härte und Glanz. Die Grundlagen der elektrolytischen Metallabscheidung sind in B. Gaida, „Einführung in die Galvanotechnik", E.G. Leuze-Verlag, Saul- gau, 1988 oder in H. Simon, M. Thoma, „Angewandte Oberflächentechnik für metallische Werkstoffe", C. Hanser-Verlag, München (1985) beschrieben. Kunststoffteiie, die durch einen außenstromlosen Beschichtungsprozess eine elektrisch leitende Schicht aufweisen, unterscheiden sich hinsichtlich der elektrolytischen Metallisierung nur unwesentlich von denen der Metalle. Trotzdem sollten einige Punkte bei der elektrolytischen Metallisierung von metallisierten Kunststoffen nicht außer acht gelassen werden. Aufgrund der meist geringen Leitschichtstärke muss die Stromdichte zu Beginn der elektrolytischen Abscheidung reduziert werden. Wird dieser Punkt nicht beachtet, kann es zum Ablösen und zum Verbrennen der Leitschicht kommen. Ferner sollte darauf geachtet werden, dass störende Anlaufschichten mit speziell dafür geeigneten Dekapierbädern entfernt werden. Weiterhin können Eigenspannungen zum Zerstören der Schicht führen. Bei der Abscheidung von Nickelschichten aus einem ammoniakalischen Bad können beispielsweise Zugspannungen in der Größenordnung von 400 bis 500 MPa auftreten. Durch Zusätze, wie Saccharin und Butindiol, kann eine Veränderung der Struktur der Nickelüberzüge in Form einer veränderten Korngröße und Bildung von Mikrodeformationen den Abbau von inneren Spannungen begünstigen, was sich auf ein mögliches vorzeitiges Versagen bei der Beschichtung positiv auswirken kann.
Beispiele für außenstromlos aufgebrachte Metallschichten sind in dem Handbuch der Firma
AHC Oberflächentechnik ausführlich beschrieben („Die AHC-Oberfläche" Handbuch für Konstruktion und Fertigung, 4. Auflage, 1999). Auf der metallischen Schicht können noch eine oder mehrere Schichten, insbesondere metallische, keramische sowie vernetzte oder gehärtete Polymerschichten angeordnet sein. So ist es zum Beispiel möglich, auf einer außenstromlos abgeschiedenen Nickelschicht als metallische Schicht der vorliegenden Erfindung eine weitere, elektrolytisch abgeschiedene
Nickelschicht aufzubringen und darauf eine Chromschicht abzuscheiden. Die elektrolytische Abscheidung der zweiten Nickelschicht wird vorgenommen, um größere Schichtdicken kostengünstig herstellen zu können.
Des weiteren können die Gegenstände der vorliegenden Erfindung als metallische Schicht eine Kupferschicht aufweisen, auf die anschließend eine Zinn- oder eine weitere Kupferschicht aufgebracht werden kann. Anschließend wird zum Beispiel eine Goldschicht auf die bereits vorhandenen Metallschichten appliziert. Solche Beschichtungen können ihre Anwendung zum Beispiel zur EMV-Abschirmung elektronischer Bauteile oder zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der beschichteten Gegenstände finden.
Auch können die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Gegenstände eine Nickelschicht als metallische Schicht aufweisen, auf die eine weitere Nickelschicht aufgebracht wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine hohe Steifigkeit der resultierenden Kunst- stoffteile zu erreichen und so eine Anwendung für mechanisch stark beanspruchte
Komponenten zu gewährleisten.
Eine besonders industriell bevorzugte Ausführungsform sind Filtergehäuse für Hochfrequenz-Komponenten in der Telekommunikationsindustrie, insbesondere für die Sende- masteneinheit auf dem Mobilfunksektor. Hierbei handelt es sich um die Verwendung von Gegenständen aus PPS/PEI, deren gesamte Oberfläche zuerst mit einer chemisch, außenstromlos aufgebrachten Nickel/Phosphor-Legierung in einer Schichtdicke von 6 μm und anschließend mit einer elektrolytisch aufgebrachten Silberschicht in einer Dicke von 6 μm überzogen wird. Bisher wurden solche Gegenstände aus Aluminium gefertigt, dann vernickelt und schließlich versilbert. Die Verwendung dieser Gegenstände des Standes der Technik weist erhebliche Korrosionsprobleme auf, insbesondere in abgasbelasteten Ballungsgebieten. Bisher mussten diese Filtergehäuse alle 6 Monate ausgetauscht werden. Mit der erfindungsgemäßen Verwendung des Gegenstands mit einem Verbundwerkstoff kann die Einsatzdauer im Gegensatz dazu auf mehr als 2 Jahre erhöht werden. Des weiteren können metallische Schichten nicht nur elektrolytisch sondern auch mit Hilfe anderer Verfahren wie CVD/PVD auf einen Gegenstand mit einer metallischen Schicht der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden.
Auf diese Weise ist es möglich, Aluminium oder Edelstahl auf einen Gegenstand aufzu- bringen, der zum Beispiel aus Kunststoff besteht und mit einer Nickelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf der außenstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht des erfindungsgemäß verwendeten Gegenstands eine Schicht aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen aufgebracht, deren Oberfläche anodisch oxidierl oder keramisiert ist.
Solche auf anodischem Wege oxidierten oder keramisierten Schichten aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen sind auf metallischen Gegenständen bekannt und werden beispielsweise unter der Bezeichnung Hart-Coat® oder Kepla-Coat® von der Firma AHC Oberflächentechnik GmbH & Co. OHG vertrieben. Diese Schichten zeichnen sich durch eine besonders hohe Härte und einen hohen Betriebswiderstand und über mechanischen Beanspruchungen.
Zwischen der außenstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht des erfindungsgemäß verwendeten Gegenstands und der Schicht aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen können noch eine oder mehrere weitere metallische Schichten angeordnet sein. Die weiteren, zwischen der stromlos abgeschiedenen Schicht und der Aluminiumschicht angeordneten metallischen Schichten sind je nach Einsatzzweck ausgewählt. Auswahl solcher Zwischenschichten ist dem Fachmann gut bekannt und beispielsweise in dem Buch „Die AHC-Oberfläche - Handbuch für Konstruktion und Fertigung" 4. erweiterte Auflage 1999 beschrieben.
Ebenso ist es möglich, dass die Oberfläche eines solchen Gegenstands eine durch Fremdioneneinlagerung schwarz gefärbte, keramische Oxidschicht aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen ist.
Die durch Fremdionen schwarz gefärbte keramische Oxidschicht aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen ist für hochwertige optische Elemente von besonderem Interesse, insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Die Herstellung von durch Fremdioneneinlagerung schwarz gefärbten keramischen Oxidschichten ist beispielsweise in der US-A-5035781 oder US-A-5075178 beschrieben. Die Erzeugung von Oxidkeramikschichten auf Aluminium oder Titan ist beispielsweise in der EP 0 545 230 B1 beschrieben. Die Herstellung von anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium ist beispielweise in der EP 0 112 439 B1 beschrieben. Ein weiteres interessantes Beispiel für einen erfindungsgemäßen Gegenstand ist ein Kunststoff, der zunächst mit einer außenstromlos aufgebrachten Nickelschicht versehen ist. Auf diese Nickelschicht werden anschließend nacheinander Schichten von Silber und Gold elektrolytisch aufgetragen. Eine solche, eher spezielle, Schichtenabfolge findet in der Medizintechnik Anwendung bei Bauteilen für diagnostische Geräte.
Insgesamt zeigen die oben angeführten Beispiele, dass die erfindungsgemäßen Gegenstände in einem sehr großen Bereich technischer Anwendungen eingesetzt werden können.
Ein Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als Kondensator, Schallfeldkondensator, Hochfrequenz-Bauteil, Antenne, Antennengehäuse, Schallreiter, Mikrowellenhohlleiter oder Schalterfläche verwendet werden.
Beispiel (erfindungsgemäß)
Eine Platte aus Polyamid-6 mit den Abmessungen 200 * 100 * 12 mm mit einer Ausgangsrauhigkeit von Ra= 0,64 μm und Rz = 7,5 μm wurde oberflächenbehandelt: Die Oberflächenvorbehandlung wird mit einer modifizierten Druckstrahlanlage der Fa.
Straaltechnik International vorgenommen. Die Strahlanlage wird mit einem Druck von 4 bar betrieben. Als Strahldüse wird eine Borcarbiddüse mit einem Durchmesser von 8 mm eingesetzt. Die Strahldauer beträgt 4,6 s. Als Strahlmittel wird SiC der Körnung P80 mit einem mittleren Korndurchmesser von 200 bis 300 μm verwendet. Um das Strahlsystem speziell an die Anforderungen der Kunststoffmodifikation hinsichtlich reproduzierbarer Oberflächentopographien anzupassen, wurden 2 Druckkreisläufe installiert, je einer für den Transport des Strahlmittels und den eigentlichen Beschleunigungsvorgang. Diese Modifikation ergab einen sehr konstanten Volumenstrom und einen großen Druckbereich. Ein Druckluftstrom transportiert das Strahlmittel mit einem möglichst geringen Druck zur
Düse. Die Strömungsverhältnisse gewährleisten, verursacht durch einen hohen Volumenstrom des Strahlmittels und einen geringen Anteil an Druckluft, einen geringen Verschleiß der Anlage und des Strahlmittels. Erst am Ende des Transportschlauches vor der Mischdüse wird der Querschnitt reduziert, um den gewünschten Volumenstrom einzustellen. Bei allen Kunststoffvorbehandlungen wurde ein konstanter Volumenstrom von 1 l/min vorgegeben. Im zweiten Teil des Systems strömt bis zur Düse Druckluft (Volumenstrom 1), die sich in einem Druckbereich von 0,2-7 bar stufenlos einstellen lässt. Das Strahlmittel, welches mit einer sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeit in die Mischdüse gefördert wird, wird dann durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Druckluftstroms beschleunigt.
Die so aufgerauhte Platte wir in ein Ultraschallbad mit einem Gemisch aus entionisiertem Wasser und 3 Vol.-% Butylglykol fünf Minuten lang behandelt.
Die für die Metallabscheidung der Leitschicht verwendeten Badreihen basieren auf der bekannten kolloidalen Palladiumaktivierung in Verbindung mit einer abschließenden katalysierten Metallreduktion. Alle hierfür benötigten Badreihen wurden von der Fa. Max Schlötter bezogen. Die vom Hersteller angegeben Tauchreihenfolgen, Behandlungszeiten und -temperaturen wurden bei allen Prozeßschritten der Nickelabscheidung eingehalten:
(1) Aktivatorvortauchlösung:
Dient zur Vermeidung der Einschleppung von Verunreinigungen und zur vollständigen Benetzung der Probe vor dem eigentlichen Aktivieren der Oberfläche. Tauchzeit: 2 min, Raumtemperatur
(2) Aktivator GS 51 O.¬ Aktivierung der Oberfläche mit Zinn/Palladium-Kolloid. Tauchzeit: 4 min, Raumtemperatur (3) Spülbäder: entionisiertes Wasser
Vermeidung der Einschleppung von Aktivator GS 510-Bestandteilen durch Spülen in entionisiertem Wasser. Tauchzeit: 1 min, Raumtemperatur
(4) Conditioner 101 : Konditionierung der Werkstoffoberfläche durch Ablösen störender Zinnverbindungen von der Oberfläche. Tauchzeit: 6 min, Raumtemperatur
(5) Spülbäder: entionisiertes Wasser. Tauchzeit: 1 min, Raumtemperatur (6a) Chemisches Nickelbad SH 490 LS:
Metallisieren der Kunststoffe mit einer hellen, halbglänzenden amorphen Schicht bei einer Abscheidetemperatur von 88-92°C. Tauchzeit: 10 min
Bei der gewählten Tauchzeit im Nickelbad ergab sich eine Schichtstärke von 1 ,4 μm. Diese
Stärke der Nickelschicht reicht für eine elektrolytische Beschichtung aus. Sämtliche Prozeßschritte, die zur Abscheidung der Leitschicht nötig waren, erfolgten in 50 I fassenden Kunststoffwannen, wobei bei der Nickelabscheidung durch eine zusätzliche Heizplatte mit Temperaturregelung eine Badtemperatur von 90° ± 0,5°C während des gesamten Beschichtungszyklus eingehalten wurde. Um eine gleichmäßige und reproduzierbare Schichtqualität zu erhalten, wurden die Badreihen nach einem Durchsatz von 20 Proben nach Angaben der Fa. Max Schlötter analysiert und ergänzt.
Nachdem die Nickelleitschicht chemisch aufgebracht war, wurden die Probe von ca. 90°C auf ca. 60°C in destilliertem Wasser abgekühlt, um dann bei 55°C elektrolytisch mit Nickel weiterbeschichtet zu werden. Dieser Zwischenschritt diente dazu, das Entstehen von Reaktionsschichten zu vermeiden und durch rasches Abkühlen hervorgerufene Eigenspannungen auszuschließen. Die Proben, die ausschließlich mit einer Nickelleitschicht beschichtet wurden, kühlten in einem destillierten Wasserbad langsam bis auf 25°C ab.
Die Querschliffuntersuchung durch REM (1.500-fach und 3.000-fach) sind in den folgenden
Abbildungen (Abbildung 3) wiedergegeben. Die Ergebnisse der Haftfestigkeitsuntersuchungen sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Vergleichsbeispiel (nicht erfindungsgemäß)
Das erfindungsgemäße Beispiel wird wiederholt, jedoch wird nach der Strahlbehandlung die
Platte in einem Ultraschallbad in einer Suspension von 5 Gew.-% CaC03 in 96% Ethanol 5
Minuten lang behandelt.
Anschließend wird die Platte in einem weiteren Ultraschallbad mit reinen, 96-%igem Ethanol für weitere fünf Minuten lang behandelt. Die Querschliffuntersuchung durch REM (1.500-fach und 3.000-fach) sind in den folgenden
Abbildungen (Abbildung 4) wiedergegeben. Die Auswertung der EDX-Analyse ergab eine Restmenge an Caicium von 0,91 Gew.-%, die aus der Behandlung der CaC03/ Ethanol-Suspension stammt.
Die Ergebnisse der Haftfestigkeitsuntersuchungen sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Die Ergebnisse zeigen deutlich einen signifikanten Unterschied in der Standardabweichung der Haftfestigkeit der verschiedenen, über die Oberfläche des Verbundwerkstoffes verteilten
Messwerte.
Dieser Unterschied bewirkt beispielsweise bei der Verwendung von Filter- und Antennengehäusen, welche großen Temperaturschwankungen und/oder mechanischer Beanspru- chung ausgesetzt sind, eine höhere Lebensdauer, da keine lokal auftretenden Delami- nationen zu beobachten sind. Bezugszeichenliste Abbildung 1 :
(1) Zugstempel
(2) Kleber
(3) Metallschicht
(4) Substrat

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verwendung eines Gegenstands, dessen Oberfläche ganz oder teilweise einen Verbundwerkstoff aufweist, wobei der Verbundwerkstoff aus einem nichtmetallischen Substrat, enthaltend mindestens ein Polymer, und einer darauf befindlichen außenstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht mit einer Haftfestigkeit von mindestens 4 N/mm2 besteht, als elektronisches Bauteil.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Standardabweichung der Haftfestigkeit an sechs verschiedenen, über die Oberfläche des Verbundwerkstoffes verteilten Messwerte von höchstens 25 % des arithmetischen Mittelwerts aufweist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Oberfläche des Gegenstands vor Aufbringen der außenstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht nicht chemisch vorbehandelt wird; und b) die metallische Schicht nicht durch thermisches Spritzen, CVD, PVD oder Laserbehandlung aufgebracht wird.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Substrat die Oberfläche des Gegenstands ist.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Substrat nicht die Oberfläche des Gegenstands ist.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Schicht befindliche Grenze eine Rauhigkeit mit einem Rz-Wert von höchstens 35 μm aufweist.
7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Schicht befindliche Grenze eine Rauhigkeit mit einem Ra-Wert von höchstens 5 μm aufweist.
8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Substrat mindestens ein faserverstärktes Polymer, insbesondere ein Kohlenstofffaser verstärktes Polymer, enthält und der Durchmesser der Faser weniger als 10 μm beträgt.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Substrat mindestens ein faserverstärktes Polymer, insbesondere ein Glasfaser verstärktes Polymer, enthält und der Durchmesser der Faser mehr als 10 μm beträgt.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Schicht befindliche Grenze eine Rauhigkeit mit einem Ra-Wert von höchstens 10 μm aufweist.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen nichtmetallischem Substrat und metallischer Schicht befindliche Grenze eine Rauhigkeit mit einem Rz-Wert von höchstens 100 μm aufweist.
12. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe von Polyamid, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Epoxidharzen, Polyetheretherketon, Polyoxymethylen, Polyformaldehyd, Polyacetal, Polyurethan, Polyetherimid, Polyphenylsulfon, Polyphenylensulfid, Polyarylamid, Polycarbonat und Polyimid.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht eine Haftfestigkeit von mindestens 12 N/mm2 aufweist.
14. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Substrat Polypropylen oder Polytetrafluorethylen ist.
15. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardabweichung der Haftfestigkeit höchstens 25 %, insbesondere höchstens 15 %, des arithmetischen Mittelwerts beträgt.
16. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die außenstromlos abgeschiedene Metallschicht eine Metalllegierung oder Metalldispersionsschicht ist.
17. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die außenstromlos abgeschiedene Metallschicht eine Kupfer-, Nickel- oder Goldschicht ist.
18. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die außenstromlos abgeschiedene Metalldispersionsschicht eine Kupfer-, Nickel- oder Goldschicht mit eingelagerten nichtmetallischen Partikeln ist.
19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Partikel eine Härte von mehr als 1.500 HV aufweisen und ausgewählt sind aus der Gruppe von Siliziumcarbid, Korund, Diamant und Tetraborcarbid.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Partikel reibungsvermindernde Eigenschaften aufweisen und ausgewählt aus der Gruppe von Polytetrafluorethylen, Molybdänsulfid, kubisches Bornitrid und Zinnsulfid.
21. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der außenstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht eine Schicht aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen aufgebracht ist, deren Oberfläche anodisch oxidiert oder keramisiert ist.
22. Verwendung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der außenstromlos abgeschiedenen metallischen Schicht und der Schicht aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen noch eine oder mehrere metallische Schichten angeordnet sind.
23. Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gegenstands eine durch Fremdioneneinlagerung schwarz gefärbte, keramische Oxidschicht aus Aluminium, Titan oder deren Legierungen ist.
24. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Kondensator, Schallfeldkondensator, Hochfrequenz-Bauteil, Antenne, Antennengehäuse, Schallreiter, Mikrowellenhohlleiter oder Schalterfläche.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1615766B1 (de) * 2003-04-16 2006-09-13 AHC-Oberflächentechnik GmbH & Co. OHG Verwendung eines stromlos metallisierten kunststoffsubstrates als formwerkzeug
US7354354B2 (en) * 2004-12-17 2008-04-08 Integran Technologies Inc. Article comprising a fine-grained metallic material and a polymeric material
US7733659B2 (en) * 2006-08-18 2010-06-08 Delphi Technologies, Inc. Lightweight audio system for automotive applications and method
CN103773143B (zh) * 2012-10-26 2017-02-22 比亚迪股份有限公司 白色涂料组合物、绝缘基材表面选择性金属化的方法及复合制品
DE102013107347A1 (de) 2013-07-11 2015-01-15 AHC-Oberflächentechnik GmbH Konstruktionselement
CN103757677B (zh) * 2013-11-29 2017-01-25 云南云天化股份有限公司 聚甲醛制件表面处理方法
GB2551175A (en) 2016-06-09 2017-12-13 Rolls Royce Plc Electrochemical polishing of non-uniform features
CN117049878B (zh) * 2023-08-10 2024-07-26 浙江驰宇空天技术有限公司 一种多复合材料一体化电子管壳制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1621206B2 (de) * 1967-01-18 1971-12-16 Friedr. Blasberg Gmbh & Co, Kg, 5650 Solingen Verfahren zur beschichtung gleitend reibend auf verschleiss beanspruchter werkstuecke
GB1313651A (en) * 1969-06-25 1973-04-18 Nat Res Dev Bearing component
US4231982A (en) * 1975-05-20 1980-11-04 Ab Volvo Method for the production of tools for deep drawing, moulding, extruding and the like
US4643940A (en) * 1984-08-06 1987-02-17 The Dow Chemical Company Low density fiber-reinforced plastic composites
US5517758A (en) * 1992-05-29 1996-05-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Plating method and method for producing a multi-layered printed wiring board using the same
US5509557A (en) * 1994-01-24 1996-04-23 International Business Machines Corporation Depositing a conductive metal onto a substrate
BE1008038A5 (fr) * 1994-01-31 1996-01-03 Lucien Diego Laude Procede de metallisation de matieres plastiques, et produits ainsi obtenus.
EP0816123B1 (de) * 1996-06-27 2009-02-18 Daiwa Seiko Inc. Element für Angel- oder Sportgerät
FR2822167B1 (fr) * 2001-03-15 2004-07-16 Nexans Procede de metallisation d'une piece substrat

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2004092444A2 *

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Publication number Publication date
US20070087215A1 (en) 2007-04-19
WO2004092444A3 (de) 2005-01-06
JP2006523773A (ja) 2006-10-19
WO2004092444A2 (de) 2004-10-28
CA2522647A1 (en) 2004-10-28

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