JP5213714B2 - 生成物を部分的に金属化する方法 - Google Patents
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Description
1.エッチング:親水性表面および該表面の微小規模での粗化を達成して、良好な付着のための状態を得ること、
2.増感:該表面へのSn2+イオンの吸着、
3.活性化:該Sn2+イオンによるPd2+の金属Pdへの還元、および
(注記:プラスチックの表面上にPdを得るために非常にしばしば使用される他の方法があり、この方法では段階2および3が、
2’)核形成:該表面への、Sn2+イオンによって安定化されたPdナノ粒子の吸着、
3’)促進:該Pdの表面からのSnイオンの除去、
によって代替される。)
4.無電解メッキ:イオン状態にある、施与されるべき金属(たとえば、CuまたはNi)および還元剤の両方を含んでいる溶液から、該施与されるべき金属のPdのところでの接触還元。
非導電性基板はこのようにして金属Pdの核を形成され(核またはシード(種)を付与され)、これに、問題としている金属が堆積されることができる。
a)Pd/Snコロイドの吸着が影響を受けるようにプラスチック表面を選択的に状態調整すること
b)予め触媒を添加された(増感された)ポリマー状物質
c)増感されたプラスチックのレーザー活性化
d)マスキングまたはコンタクト印刷、および
e)特許文献1によって知られた方法
である。
注記:方法c)およびd)および部分的にa)については、一成分の基板が使用されることができる。
二つの異なったプラスチックに、一方のプラスチックがコロイドの強い吸収を示し他方が示さないように、表面処理を施すことによって、選択的な金属堆積を得ようと試みる方法が非特許文献1に記載されている。ごく限られた場合にのみ、100%の選択性でこの方法は有効である。金属化されるべきでないプラスチックに、ほとんど常にいくらかの金属堆積がある。とりわけ微細の用途において、このことは非常に重大であり、電気回路の短絡を非常に容易にもたらす。非特許文献7は、調節されたプラズマによる疎水性プラスチック(一成分)の局所活性化について記載し、そこではプラズマによって活性化された表面は強力に親水性になり、したがってPd核の形成への大きい親和性を示す。
過去数年、MIDおよび2層射出成形の用途を見込んで、予め触媒を添加された様々な種類のポリマー粒子が市場に投入された。その例は、Pd粒子を含んでいるTicona社のVectra 820i Pdであり、もっと最近ではDegussa社のVestodur PBT(非特許文献2、3)であり、これは鉄顔料を含んでおり、該鉄顔料は化学的に放出された後に、無電解メッキ方法についてPdと同じ触媒作用を有する。予め触媒を添加されていないポリマーと一緒に、このような予め触媒を添加されたポリマーを2層射出成形法に使用すると、選択的に金属化されることができる生成物を造ることが可能になる。予め触媒を添加されたこれらの系に対する最も主要な難点は、高価格、ならびに触媒物質の量が非常に高くなければならず、その結果ポリマーの特性および加工が有害な影響を受けるという事実の双方である。その上、無電解メッキについては、金属化を開始するために、極めて活性な化学反応が使用されなければならず、実際には、不安定な非常に調節が困難な金属化方法を、これは意味する。
最近、有機金属および酸化性金属の添加物を予め触媒として添加されたプラスチックを開発することに、独国の会社LPKFは大きな貢献をした。該有機金属および酸化性金属の添加物は紫外線レーザーへの曝露によって放出されることができ、その結果これらは無電解メッキプロセスにおいて触媒活性になる。したがって、紫外線レーザーの助けを借りて、プラスチック担体上にパターンが書かれることができ、該パターンはその後金属化されることができる(非特許文献4、5)。この方法はレーザー直接回路形成法(LDS)とも呼ばれる。最も主要な不利点は、一方では有機金属添加物がエンジニアリングプラスチックの射出成形に使用される温度に耐えることができないことであり、また触媒物質の量が非常に高くなければならず、その結果ポリマーの特性および加工に有害な影響を与える事実である。
マスクを使用することによって選択的金属化が可能である。すなわち、2D施与についてはこれは言うまでもない手段であるが、3D施与マスキング技術はしばしば非常に複雑である。パターンの施与は、サブトラクティブ様式で行われることができる。すなわち、生成物全体がまず金属化され、その後に金属層がマスクを介してエッチングされて、所望のパターンが残る。この他に、アディティブ様式で金属化することも可能である。金属化されるのに適した専用の金属化インクが、スクリーン印刷またはコンタクト印刷方法に使用されることができる(非特許文献6)。可能であれば、マスクはフォトレジストで光学的に生成されることができる(より複雑なおよび3Dの形成回路では可能ではない。)。さらに最近、いわゆるアクティブマスクを使用する開発が進んでいる。電解法に加えて、PVD(非特許文献7)のような真空法が金属化に使用されることができるが、該真空法は、湿式化学金属化に比較してその大きい不利点として、影効果によって影響を受けて、より複雑な3D物体についてこれらの技術がより低度に適したものになることである。
特許文献1の方法は、使用されるプラスチックの種類間の化学的溶解度の差を利用する。該公知方法は多数の段階、すなわちエッチング、増感、活性化およびPd核を含んでいる「シード層」での生成物の完全被覆を含んでいる。最終調製段階において、選択的な、非常に侵襲性というほどではないエッチング剤を使用して、金属化されるべきでないプラスチックの表面がわずかにエッチングされて、その表面(のみ)にある触媒Pd核の除去が引き起こされる。この段階を終えると、核形成された成分の無電解メッキを、生成物はいつでもされる状態になる、すなわち生成物全体を金属化環境に曝露することによって、核形成された一または複数の成分のみがその間に金属化されることになる。
a)第一の表面を親水性または水もしくは水性溶液に実質的に親和性にし、かつ第二の表面を疎水性または水もしくは水性溶液に実質的に非親和性にする条件に、当該第一および第二の表面を曝露する段階、
b)水または水性溶液と、当該第一および第二の表面を接触させる段階、
c)水と非混和性の溶媒、好ましくは有機溶媒中の膜形成剤の溶液と、当該第一および第二の表面を接触させる段階、
d)当該溶媒を蒸発させて、当該第二の表面上に当該膜形成剤による膜の形成を許し、他方、当該第一の表面上への当該膜形成剤による膜の付着が、当該第一の表面上の水または水性溶液の存在によって本質的に妨げられ、そして任意的に当該第一および第二の表面を水または水性溶液と接触させて当該第一の表面から当該膜を除去する段階、
e)慣用の金属化工程を実施して当該第一および第二の表面上に金属層を堆積する段階であって、当該段階が好ましくは、無電解メッキと組み合わせて、触媒核による当該表面への核形成、最も好ましくはSn/Pd核の形成を含む段階、および
f)当該第二の表面から当該金属化膜を除去して、当該第一の表面は金属化されている段階
の逐次的段階を含み、
第一の表面および第二の表面が疎水性であり、段階a)における曝露が、第一の表面を親水性にしかつ第二の表面を疎水性のままにする薬剤と、当該第一および第二の表面を接触させることを含む。
第一のポリマー物質によって構成された第一の部分(12)、および第二のポリマー物質によって構成された第二の部分(13)を含んでいる生成物(11)が、第一の環境(14)に曝露され、そこで第一の部分の表面が親水性になりまたは親水性のままでいて、他方、第二の部分の表面が疎水性になりまたは疎水性のままでいて、
−生成物が、その後に水または水の溶液(15a)と接触され、
−生成物が、水に非混和性である(混合しないまたは難混合である)溶媒中の膜形成剤の溶液(17a)と接触され、その後に第二の環境(17b)と接触され、そこで有機溶媒が蒸発し、生成物全体を被覆する膜(18)が形成され、その際、親水性表面の場所にある膜の下に水が保持され、
−生成物が十分にすすがれて(17c)、親水性表面の場所にある膜が除去されることが引き起こされ、
−生成物が触媒核(19a)によって核形成され、かくしてその上に核層(20)が形成され、その後に膜(19b)がその上の核層を含めて除去されるが、第一の部分の親水性表面にある核層は残される。
二つの異なったプラスチック、すなわちTicona社によって供された液晶ポリマー(LCP)Vectra 820i、およびPhilips Chevron Chemical社によって供されたポリフェニレンスルフィド(PPS)のタイプ、たとえばRyton R−7またはRyton BR111 BL−Sから構成される部分の選択的金属化を、本実施例は記載する。以下の段階の実施は、LCP表面の選択的金属化をもたらし、他方、PPS表面は金属化されないままである。
1.たとえば(Cookson Electronics社によって供された)MID Select 9020中での、T=80℃における5分間のアルカリ性エッチング。これは親水性LCP表面をもたらし、他方、PPS表面は疎水性のままである。
2.T=75℃における1分間の熱水すすぎと、それに続く純水での短時間の冷すすぎ。
3.ポリアクリル酸(Mw=1200g/モル)のナトリウム塩の4重量%溶液に1g/リットルのNaClを加えたもの中に撹拌下、5〜10秒間、該部分が浸漬される。これは、段階4で加えられるアクリレート溶液がLCPを濡らすことを妨げるのに役立ち、さらにその上、PPS表面から水相を有機アクリレート相に置き換えるのに役立つ。
4.有機溶媒中のアクリルポリマーの溶液、たとえばNeoCrylのタイプB725、B735、B736(DSM社)中に、5重量%の濃度で室温において2秒間、該部分が浸漬される。溶媒はジクロロメタンまたはトルエンである。
5.アクリルポリマー溶液から該部分が取り出され、環境空気中で約30〜60秒間放置乾燥される。
6.激しい撹拌下に純水中で約30秒間、該部分がすすがれて、LCP表面からアクリルポリマーが除去される。
7.増感溶液、たとえば10g/リットルのSnCl2・2H2Oおよび40ml/リットルのHClから成るもの中へと室温において2分間、該部分が浸漬される。
8.純水中で30秒間、該部分がすすがれる。
9.活性化溶液、たとえば0.25g/リットルのPdCl2および2.5ml/リットルのHClから成るもの中へと室温において1分間、該部分が浸漬される。
10.純水中で30秒間、該部分がすすがれる。
11.有機溶媒、たとえばアセトン中で30秒間、該部分がすすがれて、PPSからアクリレート膜がPd核とともに除去される。
12.純水中で30秒間、該部分がすすがれる。
13.慣用の無電解めっき溶液、たとえば(Cookson Electronics社によって供された)無電解ニッケルEnplate EN 435E中で、該部分が金属化される。
二つの異なったプラスチック、すなわちDSM社によって供されたStanyl TE200 F6の商品名を有するポリアミド4,6(PA4,6)、およびSolvay Advanced Polymers社によって供されたポリフタルアミドAmodel AS4133HS NT(PPA)から構成される部分の選択的金属化を、本実施例は記載する。以下の段階の実施は、PA4,6表面の選択的金属化をもたらし、他方、PPA表面は金属化されないままである。
1.100g/リットルのHCl溶液中に室温において2分間、該部分が浸漬される。これはポリアミド4,6表面を親水性にし、他方、PPA表面は疎水性のままである。
2.純水を用いて短時間、該部分がすすがれる。
3.さらなる処理は、実施例1の段階3〜13と同一である。
Claims (6)
- 第一のポリマー状物質の第一の表面、および第二のポリマー状物質の第二の表面を有する生成物の選択的表面金属化方法であって、
a)第一の表面を親水性または水もしくは水性溶液に実質的に親和性にし、かつ第二の表面を疎水性または水もしくは水性溶液に実質的に非親和性にする条件に、当該第一および第二の表面を曝露する段階、
b)水または水性溶液と、当該第一および第二の表面を接触させる段階、
c)水と非混和性の有機溶媒中の膜形成剤の溶液と、当該第一および第二の表面を接触させる段階、
d)当該溶媒を蒸発させて、当該第二の表面上に当該膜形成剤による膜の形成を許し、他方、当該第一の表面上への当該膜形成剤による膜の付着が、当該第一の表面上の水または水性溶液の存在によって本質的に妨げられ、そして任意的に当該第一および第二の表面を水または水性溶液と接触させて当該第一の表面から当該膜を除去する段階、
e)金属化工程を実施して当該第一および第二の表面上に金属層を堆積する段階、および
f)当該第二の表面から当該金属化膜を除去して、当該第一の表面は金属化されている段階
の逐次的段階を含み、
当該第一の表面および当該第二の表面が疎水性であり、段階a)における曝露が、当該第一の表面を親水性にしかつ当該第二の表面を疎水性のままにする薬剤と、当該第一および第二の表面を接触させることを含む、前記方法。 - 該e)金属化工程が、無電解メッキと組み合わせて、触媒核による当該表面への核形成を含む、請求項1に記載の方法。
- 該核形成が、Sn/Pd核形成である、請求項2に記載の方法。
- 当該第一のポリマー物質が、液晶ポリマー(LCP)であり、当該第二のポリマー物質がポリフェニレンスルフィド(PPS)であり、段階a)がT=80℃における5分間のアルカリ性エッチングを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 当該第一のポリマー物質がポリアミド4,6であり、当該第二のポリマー物質がポリフタルアミドAであり、段階a)が100g/リットルのHCl溶液中に室温において2分間浸漬することを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 第一のポリマー物質によって構成された第一の部分(12)および第二のポリマー物質によって構成された第二の部分(13)を含んでいる生成物であって、当該第一の部分の表面が、請求項1〜5のいずれか1項に従う方法から得られた金属化層(22)を含んでいる生成物。
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