KR101789143B1 - 도금 촉매 및 방법 - Google Patents

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Abstract

안정한 0(zero)가 금속 조성물, 및 그의 제조방법 및 용도가 제공된다. 상기 조성물은 비전도성 기판의 후속 금속화용 촉매로 유용하며, 전자 디바이스 제조에 특히 유용하다.

Description

도금 촉매 및 방법{PLATING CATALYST AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 무전해 금속 도금 분야, 더욱 상세하게는 전자 디바이스의 제조에 사용되는 비-전도성 기판의 무전해 금속 도금에 유용한 촉매 분야에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판은 회로 기판의 반대면 사이 또는 기판의 내층 (inner layer) 사이에 접속부 (connection)를 형성시키기 위하여 드릴링되고 (drilled) 도금된 관통홀 (through-hole)을 필요로 하는 적층된 비-전도성 유전체 기판을 포함한다. 무전해 금속 도금법은 표면상에 금속성 코팅을 제조하기 위한 숙지의 방법이다. 유전체 표면의 무전해 금속 도금은 촉매의 사전 증착 (prior deposition)을 필요로 한다. 무전해 도금 전에, 적층된 비-전도성 유전체 기판을 촉매화하거나 활성화시키는데 사용되는 통상의 방법은 산성 클로라이드 매질 중의 수성 주석-팔라듐 콜로이드로 기판을 처리하는 것이다. 상기 콜로이드는 현탁액 중에서 콜로이드의 응집을 피하기 위하여 표면 안정화 그룹으로 작용하는, 주석 (II) 이온 착화합물, 예로서 SnCl3 -의 안정화 층으로 둘러싸인 금속성 팔라듐 코어(core)를 포함한다.
활성화 공정에서, 팔라듐-기재 콜로이드가 에폭시 또는 폴리이미드와 같은 절연 기판상에 흡착되어 무전해 구리 도금과 같은 무전해 금속 도금을 활성화시킨다. 이론적인 결부 없이, 촉매 입자가 도금조에서 환원제로부터 금속 이온으로 전자를 전달하는 경로에서 캐리어로서 작용하는 것으로 생각된다. 무전해 도금의 성능이 도금조 조성 및 리간드의 선택과 같은 수많은 인자에 의해 영향을 받지만, 활성화 단계는 무전해 도금의 속도와 메카니즘을 조절하는데 있어서 중요한 인자이다.
콜로이드상 주석/팔라듐 촉매가 수십년간 무전해 금속, 특히 구리의 도금에 대한 활성화제로서 상업적으로 사용되고 있지만, 이는 이의 공기에 대한 민감성 및 높은 단가와 같은 수많은 단점이 있다. 전자 디바이스의 크기가 감소되고 성능이 증가됨에 따라, 전자 회로의 패킹 밀도 (packing density)가 더 높아지며 이에 따라 품질에 대한 산업 기준도 증가되었다. 신뢰도에 대한 요구가 더 커지고 특히 팔라듐의 높고 변동이 심한 단가로 인하여, 비싸지 않은 금속을 사용하거나 귀금속의 사용을 줄이거나 없앤 대안적 촉매 조성물 또는 조성물들이 요구되고 있다. 콜로이드상 주석/팔라듐 촉매의 안정성이 또한 관심사이다. 상기 언급한 바와 같이, 주석/팔라듐 콜로이드는 주석(II) 이온 층에 의해 안정화된다. 카운터이온 (counterion)은 팔라듐이 응집되는 것을 방지하지만 주석(II) 이온은 주석(IV)으로 용이하게 산화되어, 콜로이드가 이의 콜로이드상 구조를 유지할 수 없다. 상기 산화는 온도와 교반에 의해 촉진된다. 주석(II)의 양이 0 (zero) 가까이로 떨어지면, 팔라듐 입자의 크기는 커지고, 응집 및 침전이 일어나 도금이 중단된다.
새롭고 더 좋은 무전해 도금 촉매를 찾기 위하여 상당한 노력이 있어 왔다. 예를 들어, 팔라듐의 단가가 너무 높기 때문에, 비-귀금속 촉매의 개발에 대해서, 특히 콜로이드상 구리 촉매의 개발에 대한 많은 노력이 있었다. 팔라듐을 환원시키기 위하여 사용되는 염화제1주석이 값이 비싸고 산화된 주석에 대한 별도의 촉진 단계 (acceleration step)가 필요하기 때문에 주석이 없는 촉매의 개발에 관한 연구가 있었다. 그러나, 그러한 촉매는 관통홀 도금에 충분할 정도로 활성적이거나 신뢰할만 하지 못한 것으로 밝혀졌다. 또한, 이들 촉매는 충분히 안정하지 않으며, 전형적으로 정치시 급격하게 활성이 떨어지고 활성에서의 변화는 그러한 촉매를 신뢰할 수 없으며 상업적 용도로 사용할 수 없도록 한다.
주석 이외의 이온성 팔라듐에 대한 안정화 부위가 연구되었다. 예를 들어, 미국 특허 제4,248,632호에는 이온성 팔라듐 (Pd2+)과 같은 이온성 금속 촉매에 대한 안정화제로서 특정 피리딘 리간드가 개시되어 있다. 이온성 금속은 비-전도성 기판의 표면상에 흡착된 후에만 환원된다. 기타 공지된 안정화 부위로는 폴리비닐 피롤리돈 (PVP) 및 기타 폴리머가 있다. PVP는 보호 및 안정화제로서 작용한다. 리간드가 팔라듐(II) 촉매를 기판에 앵커링시키는데 효과적인 메카니즘으로 작용하는 금속-리간드 부위가 보고된 바 있다. 이온성 팔라듐을 사용하는 기타 금속 콜로이드, 예로서 은/팔라듐 및 구리/팔라듐이 또한 보고된 바 있다. 통상의 주석/팔라듐 촉매에 대한 대안적 촉매가 개발되었지만, 이들은 아직도 이온성 팔라듐을 사용하며 이들 대안체 중 어떤 것도 인쇄 회로 기판과 같은 전자 디바이스의 제조에서 요구되는 필수적인 안정성, 활성 및 유전체 기판으로의 흡착성을 제공하는 것은 하나도 없었다.
본 발명은 0.5 내지 100 ppm의 0(zero)가 금속, 안정화제 화합물 및 물을 포함하는 조성물로; 0가 금속이 팔라듐, 은, 코발트, 니켈, 금, 구리 및 루테늄으로부터 선택되며; 안정화제 화합물이 화학식 (I) 및 (II)의 화합물로부터 선택되는 것인 조성물을 제공한다:
Figure 112011099331034-pat00001
상기 식에서
R1 및 R5는 독립적으로 H, (C1-C6)알킬, (CR6R6)aZ 및 (CH=CH)Z로부터 선택되고;
R2 및 R4는 독립적으로 H, (CR6R6)aZ, HO(C1-C6)알킬, R7R7N(C1-C6)알킬 및 (CH=CH)Z로부터 선택되며;
R3은 H, (C1-C6)알킬 또는 NR7R7이고;
R6은 각각 독립적으로 H 및 NR7R7로부터 선택되며;
R7은 각각 독립적으로 H 및 (C1-C6)알킬로부터 선택되고;
R8은 각각 H, (C1-C6)알킬 및 NHR7로부터 선택되며;
R9은 각각 H 및 CO2R6로부터 선택되고;
Z는 CO2R7, C(O)NR7R7 또는 NHR7이며;
a는 0 내지 6이고;
(i) R1 및 R5 중 적어도 하나는 (CR6R6)aZ 이거나
(ii) R3은 NR7R7이고;
R8 중 적어도 하나는 NHR7이다.
본 발명은 또한 안정화제 화합물, 물 및 수용성 금속염을 배합한 후 0(zero)가 금속을 형성하기에 충분한 양의 환원제를 첨가함을 특징으로 하는, 상기 조성물의 제조 방법을 제공한다.
또한, (a) 다수의 관통홀이 있는 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 조성물을 관통홀 표면에 적용하는 단계; 이어서 (c) 관통홀 표면에 금속을 무전해 도금하는 단계를 포함하는 방법이 본 발명에 의해 제공된다.
안정한 0(zero)가 금속 조성물, 및 그의 제조방법 및 용도가 제공된다.
본 명세서를 통하여 사용되는 바와 같은 다음의 약어는 달리 명확하게 표시되지 않는 한, 다음과 같은 의미를 갖는다: ca. = 대략; ℃ = 섭씨도; g = 그램; mg = 밀리그램; L = 리터; mL = 밀리리터; ppm = 백만 당 부; ㎛ = 마이크론 = 마이크로미터; nm = 나노미터; mm = 밀리미터; DI = 탈이온화된; Tg = 유리 전이 온도; R.T. = 실온; 및 rpm = 분당 회전수. 달리 표시되지 않는 한, 모든 양은 중량% ("wt%")이며 모든 비는 몰비이다. 모든 수의 범위는 포괄적이며 순서에 상관없이 조합가능한데, 단, 그러한 수의 범위가 100% 까지 첨가되는 것으로 제한되는 것과 같이 명백한 경우는 예외이다.
용어 "관통홀 (through-holes")은 블라인드 바이어스 (blind vias)를 포함한다. 또한 본 명세서를 통하여 사용되는 바와 같은 용어 "도금 (plating)"은 문장에 달리 명확하게 표시되지 않는 한, 무전해 금속 도금을 언급한다. "침착 (deposition)" 및 "도금"은 본 명세서를 통하여 상호교환적으로 사용된다. 용어 "알킬"은 직쇄, 측쇄 및 사이클릭 알킬을 포함한다. 마찬가지로, 용어 "알케닐"은 직쇄, 측쇄 및 사이클릭 알케닐을 포함한다. "할라이드"는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 및 요오다이드를 포함한다. 용어 "인쇄 회로 기판" 및 "인쇄 배선 기판"은 본 명세서를 통하여 상호교환적으로 사용된다. 단수는 복수의 의미도 포함한다.
본 발명의 조성물은 0가 금속, 안정화제 화합물 및 물을 포함한다. 바람직하게는, 0가 금속 및 안정화제 화합물은 안정한 나노입자로 조성물에 존재한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 조성물은 0가 금속과 안정화제 화합물을 포함하는 안정한 나노입자를 포함하는 용액이다.
본 발명의 조성물에 사용되는 물은 수돗물 또는 DI수와 같은 타입 중 어느 타입일 수 있다. 적합한 O가 금속은 비제한적으로 팔라듐, 은, 코발트, 니켈, 금, 구리 및 루테늄과 같은 무전해 금속 도금용 촉매로서 유용한 것들이다. 바람직하게는, 0가 금속이 팔라듐, 은, 코발트, 니켈, 구리 및 루테늄으로부터 선택되며, 더욱 바람직하게는 팔라듐, 은, 구리, 코발트 및 니켈로부터 선택된다. 팔라듐과 은이 가장 바람직하다. 0가 금속의 혼합물, 예로서 팔라듐과 은의 혼합물 또는 팔라듐과 구리의 혼합물이 사용될 수 있다. 0가 금속은 조성물의 중량을 기준으로 하여 0.5 내지 100 ppm의 양으로 조성물에 존재한다. 바람직하게는, 0가 금속이 1 내지 100 ppm, 더욱 바람직하게는 1 내지 75 ppm, 더 더욱 바람직하게는 5 내지 75 ppm, 더욱 더 바람직하게는 5 내지 50 ppm, 가장 바람직하게는 5 내지 35 ppm의 양으로 존재한다.
0가 금속용으로 적합한 안정화제 화합물은 화학식(I) 및 화학식(II)의 화합물로부터 선택된다:
Figure 112011099331034-pat00002
상기 식에서
R1 및 R5는 독립적으로 H, (C1-C6)알킬, (CR6R6)aZ 및 (CH=CH)Z로부터 선택되고;
R2 및 R4는 독립적으로 H, (CR6R6)aZ, HO(C1-C6)알킬, R7R7N(C1-C6)알킬 및 (CH=CH)Z로부터 선택되며;
R3은 H, (C1-C6)알킬 또는 NR7R7이고;
R6은 각각 독립적으로 H, (C1-C6)알킬 및 NR7R7로부터 선택되며;
R7은 각각 독립적으로 H 및 (C1-C6)알킬로부터 선택되고;
R8은 각각 H, (C1-C6)알킬 및 NHR7로부터 선택되며;
R9은 각각 H 및 CO2R6로부터 선택되고;
Z는 CO2R7, C(O)NR7R7 또는 NHR7이며;
a는 0 내지 6이고;
(i) R1 및 R5 중 적어도 하나는 (CR6R6)aZ 이거나
(ii) R3은 NR7R7이고;
R8 중 적어도 하나는 NHR7이다.
바람직하게는, R1 및 R5가 독립적으로 H, (C1-C3)알킬, NHR7, CO2H, C(O)NR7R7, (CH=CH)CO2H 및 (CH=CH)C(O)NH2로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 R1 및 R5가 독립적으로 H, CH3, NH2, NHCH3, CO2H, C(O)NH2, C(O)N(CH3)2, CH2CO2H, CH2CO2NH2, (CH=CH)CO2H 및 (CH=CH)C(O)NH2로부터 선택된다. R2 및 R4가 바람직하게는 독립적으로 H, CO2R6, C(O)NH2, C(O)N(CH3)2 및 (CH=CH)Z로부터 선택된다. R3은 바람직하게는 H, (C1-C3)알킬 또는 NR7R7이고, 더욱 바람직하게는, H, CH3, NH2NHCH3 또는 N(CH3)2이다. 바람직하게는, R6이 각각 H, (C1-C3)알킬 및 N(디(C1-C3)알킬)로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 H, CH3, NH2 및 N(CH3)2이다. R7은 각각 바람직하게는 H 및 (C1-C3)알킬로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 H 및 CH3이다. R8은 각각 바람직하게는 H, (C1-C3)알킬 및 NHR6으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 H, CH3, NH2, NHCH3 또는 N(CH3)2이다. 안정화 화합물은 일반적으로 Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri)와 같은 공급처로부터 상업적으로 입수할 수 있거나, 당해 분야에 공지된 방법으로 제조할 수 있다. 이들 화합물은 그대로 사용할 수 있거나 추가로 정제할 수 있다.
특히 적합한 안정화제 화합물로는 비제한적으로, 4-디메틸아미노피리딘, 4-아미노피리딘, 2-아미노피리딘, 4-(메틸아미노)피리딘, 2-(메틸아미노)피리딘, 2-아미노-4,6-디메틸피리딘, 2-디메틸아미노-4,6-디메틸피리딘, 4-디에틸아미노피리딘, 4-아미노니코틴산, 2-아미노니코틴산, 니코틴아미드, 2-아미노니코틴아미드, 피콜린아미드, 피콜린산, 4-아미노피콜린산, 4-디메틸아미노피콜린산, 2-(피리딘-3-일)-아세트산, 2-아미노-3-(피리딘-3-일)-프로피온산, 2-아미노-3-(피리딘-2-일)-프로피온산, 3-(피리딘-3-일)-아크릴산, 3-(4-메틸피리딘-2-일)-아크릴산, 3-(피리딘-3-일)-아크릴아미드, 3-아미노피라진-2-카복실산이 있다. 바람직한 안정화제 화합물은 4-디메틸아미노피리딘, 4-아미노피리딘, 2-아미노피리딘, 2-아미노-4,6-디메틸피리딘, 4-아미노니코틴산, 2-아미노니코틴산, 3-(피리딘-3-일)-아크릴산, 3-(4-메틸피리딘-2-일)-아크릴산, 및 3-아미노피라진-2-카복실산이 있다.
본 발명의 조성물은 0가 금속과 안정화 화합물을 1:1 내지 1:20의 몰비로 함유한다. 바람직하게는, 0가 금속 대 안정화 화합물의 몰비가 1:5 내지 1:20, 더욱 바람직하게는 1:10 내지 1:20이다.
임의로, 본 발명의 조성물은 무전해 도금 촉매 조성물에서 통상적인 다양한 첨가제, 예로서 계면활성제, 완충제, pH 조절제, 용해도 조제 (예, 유기 용매) 중에서 1종 이상을 함유할 수 있다. 다양한 첨가제의 혼합물, 예로서 pH 조절제와 완충제를 사용할 수 있다. 음이온성, 비-이온성, 양이온성 및 양쪽성 계면활성제를 포함한 적합한 계면활성제를 사용할 수 있다. 그러한 계면활성제는 조성물의 중량을 기준으로 하여 0 내지 25 ppm의 양으로 존재할 수 있다. 존재할 경우, 계면활성제의 양이 바람직하게는 0.5 내지 25 ppm, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 ppm이다. 사용할 수 있는 완충제로는 비제한적으로, 카복실산, 예로서 시트르산, 타르타르산, 숙신산, 말산, 말론산, 말레산, 락트산, 아세트산 및 이의 염; 아민 및 이의 염; 및 아미노산 및 이의 염; 및 무기산, 예로서 붕소산, 및 이의 염, 및 무기 염기, 예로서 중탄산나트륨이 있다. pH를 조절하기 위하여 사용할 수 있는 화합물로는 비제한적으로, 알칼리 금속 수산화물, 예로서 수산화나트륨 및 칼륨, 및 미네랄 산과 같은 산이 있다. 사용되는 경우, 임의의 완충제 및 pH 조절제는 목적하는 범위로 pH를 조절하기에 충분한 양으로 사용된다.
전형적으로, 본 발명의 조성물의 pH는 6 내지 14이다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물이 알칼리성, 즉, 이들의 pH가 >7 내지 14, 더욱 바람직하게는 이들의 pH가 7.5 내지 14, 더 더욱 바람직하게는 7.5 내지 10, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 10이다.
본 발명의 조성물은 전자 부품 제조시 무전해 금속 도금을 촉매하는데 유용한 나노입자의 안정한 수용액이다. "안정한"이란 20 ℃에서 3개월 보관시 침전물 형성이 가시적으로 관찰되지 않음을 의미한다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물이 6개월 후, 더욱 바람직하게는 20 ℃에서 1년 보관 후 침전물이 없는 것이다. 이들 나노입자는 다양한 입도 (particle size)를 가질 수 있다. 입도가 너무 커지는 경우, 조성물은 안정하지 않을 수 있으며, 즉, 침전이 일어날 수 있다. 적합한 평균 입도는 1 nm 내지 1 ㎛, 바람직하게는 1 nm 내지 500 nm, 더욱 바람직하게는 1 nm 내지 100 nm이다. 입도는 광산란법 또는 투과전자현미경과 같은 공지의 기술로 측정할 수 있다.
본 발명의 조성물은 안정화제 화합물, 물, 수용성 금속염 및 환원제를 배합하여 제조할 수 있다. 바람직하게는, 안정화제 화합물, 물, 및 수용성 금속염을 배합한 후 환원제를 가한다. 사용되는 환원제의 양은 목적하는 0가 금속을 형성시키기에 충분한 양이다. 안정화제 화합물, 물 및 수용성 금속염은 순서에 상관없이 가할 수 있다. 전형적으로, 수용성염을 일정량의 물에 용해시킨다. 이어서 상기 염 용액을 안정화제 수용액에 가한다. 이후 혼합물을 전형적으로 실온 (약, 20 ℃)에서 교반시키고, 필요에 따라 pH를 조절한다. 전형적으로, 작은 용적, 예를 들어 200 mL 이하의 경우 교반 막대 교반법을 사용한다. 더 많은 용적의 경우 균질화기를 사용할 수 있다. 전형적인 혼합 속도는 3000 내지 25000 rpm일 수 있다. Fisher Scientific의 PowerGen™ 700 균질화기가 사용할 수 있는 장치의 일례이다. 다음, 환원제를 상기 혼합물에 가하고, 교반을 계속한다. 0가 금속으로서 팔라듐을 사용하는 경우, 촉매 용액은 전형적으로 환원 후 갈색에서 흑색으로 된다. 환원 후, 안정화제와 0가 금속을 포함하는 안정한 나노입자가 형성되는 것으로 생각된다.
다양한 금속염이 사용될 수 있는데, 단 그러한 금속염은 충분하게 수용성이어야 한다. 적합한 금속염으로는 금속 할라이드, 금속 니트레이트, 금속 니트라이드, 금속 옥사이드, 금속 아세테이트, 금속 글루코네이트, 금속 플루오로보레이트, 금속 알킬술포네이트, 금속 술페이트, 금속 술파이트, 금속 티오술페이트, 금속 티오시아네이트, 및 금속 시아나이드가 있다. 금속염의 예로는, 제한없이, 팔라듐 클로라이드, 팔라듐 나트륨 클로라이드, 팔라듐 칼륨 클로라이드, 팔라듐 암모늄 클로라이드, 팔라듐 술페이트, 팔라듐 니트레이트, 팔라듐 아세테이트, 팔라듐 옥사이드, 은 니트레이트, 은 옥사이드, 코발트 아세테이트, 코발트 클로라이드, 코발트 니트레이트, 코발트 술페이트, 니켈 술페이트, 니켈 메탄술포네이트, 니켈 아세테이트, 니켈 플루오로보레이트, 금 클로라이드, 칼륨 금 시아나이드, 금 술파이트, 금 티오술페이트, 금 티오시아네이트, 구리 술페이트, 구리 글루코네이트, 구리 아세테이트, 구리 니트레이트, 루테늄 클로라이드, 루테늄 포르피린, 및 루테늄 옥사이드가 있다. 사용되는 금속염의 양은 특정 금속염의 수용해도에 따라 변화된다. 예를 들어, 팔라듐 염은 5 mg/L 내지 10 g/L, 바람직하게는 100 mg/L 내지 5 g/L의 양으로 사용될 수 있다.
다양한 환원제를 사용하여 본 발명의 조성물을 형성시킬 수 있다. 적합한 환원제로는 비제한적으로, 수소화붕소 화합물과 같은 화합물, 아민보란, 예로서 디메틸아민 보란 (DMAB), 트리메틸아민 보란, 이소프로필아민보란 및 몰폴린보란, 붕수소화나트륨 및 붕수소화칼륨, 아인산, 이들의 암모늄, 리튬, 나트륨 칼륨 및 칼슘염, 포름알데하이드, 아인산염, 예로서 아인산나트륨, 히드라진 무수물, 카복실산, 예로서 포름산 및 아스코르브산, 및 환원당, 예로서 글루코오스, 갈락토오스, 말토오스, 락토오스, 자일로오스 및 프럭토오스가 있다. 사용되는 환원제의 양은 조성물 중 금속염의 양에 따른다. 전형적으로, 환원제를 5 mg/L 내지 500 mg/L, 바람직하게는 20 mg/L 내지 200 mg/L의 양으로 사용할 수 있다.
본 발명의 촉매 조성물이 0가 금속, 예로서 Pd0을 함유하기 때문에, 이들 조성물을 사용하는 공정에서는 무전해 금속 도금 전에 환원 단계의 필요성이 제거된다. 또한, 본 발명의 조성물은 기판에 금속이 양호하게 접착되도록 한다. 본 발명의 조성물은 주석이 함유되어 있지 않으며, 따라서 주석(II) 이온이 주석(IV)으로 즉시 산화되어 촉매를 파괴하는 것과 관련한 문제점을 피할 수 있다. 크기가 커져 응집되고 침전하는 이온성 팔라듐 입자와 관련한 문제점 또한 크게 감소되고 바람직하게는 함께 피할 수 있다. 주석을 조성물로부터 배제시키기 때문에, 값비싼 염화제1주석이 더이상 필요치 않으므로 촉매 조성물의 단가를 절감할 수 있다. 또한, 주석 사용시 요구되는 촉진 단계가 금속화용 기판의 제조시 제거되어, 금속화용 비-전도성 기판의 제조시 통상의 단계를 없앨 수 있다.
본 발명의 조성물은 글래스, 세라믹, 도자기, 수지, 종이, 천, 및 이들의 조합물과 같은 무기 및 유기 재료를 포함하는 기판의 무전해 금속 도금에서 촉매로서 사용할 수 있다. 기판으로 또한 금속-접합 (metal-clad) 및 비접합재, 예로서 인쇄 회로 기판이 있다. 그러한 인쇄 회로 기판은 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 조합물을 갖는 금속-접합 및 비접합 기판을 포함하며, 추가로 섬유, 예로서 화이버글래스, 및 전술한 것들의 함침 양태를 포함할 수 있다. 기판의 금속화를 위한 단계에서의 온도 및 기간은 통상적이며 당해 분야에 숙지되어 있다.
열가소성 수지로는 비제한적으로: 아세탈 수지; 아클릴릭, 예로서 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 전술한 것 중 하나를 함유하는 코폴리머; 셀룰로오스성 수지, 예로서 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 및 셀룰로오스 니트레이트; 폴리에테르; 나일론; 폴리에틸렌; 폴리스티렌; 스티렌 블렌드, 예로서 아크릴로니트릴 스티렌 및 코폴리머 및 아크릴로니트릴-부타디엔 스티렌 코폴리머; 폴리카보네이트; 폴리클로로트리플루오로에틸렌; 및 비닐폴리머 및 코폴리머, 예로서 비닐 아세테이트, 비닐 알코올, 비닐 부티랄, 비닐 클로라이드, 비닐 클로라이드-아세테이트 코폴리머, 비닐리덴 클로라이드 및 비닐 포르말이 있다.
열경화성 수지로는, 비제한적으로, 알릴 프탈레이트, 푸란, 멜라민-포름알데하이드, 페놀-포름알데하이드 및 페놀-푸르푸랄 코폴리머, 단독 또는 부타디엔 아크릴로니트릴과 배합된 코폴리머 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머, 폴리아크릴릭 에스테르, 실리콘, 우레아 포름알데하이드, 에폭시 수지, 알릴 수지, 글리세릴 프탈레이트 및 폴리에스테르가 있다.
본 발명의 조성물을 사용하여 낮은 Tg 수지 및 높은 Tg 수지 둘다를 촉매화 할 수 있다. 낮은 Tg 수지는 160 ℃ 미만의 Tg를 가지며 높은 Tg 수지는 160 ℃ 이상의 Tg를 갖는다. 전형적으로, 높은 Tg 수지는 160 ℃ 내지 280 ℃ 또는 170 ℃ 내지 240 ℃의 Tg를 갖는다. 높은 Tg 수지로는 비제한적으로, 폴리테트라플루오로에틸렌 ("PTFE") 및 PTFE 블렌드가 있다. 블렌드의 예로는 PTFE와 폴리페닐렌 옥사이드 및 시아네이트 에스테르와의 블렌드가 있다. 높은 Tg 수지를 포함하는, 다른 부류의 폴리머 수지로는 에폭시 수지, 예로서 이작용성 및 다작용성 에폭시 수지, 비말레이미드/트리아진 및 에폭시 수지 (BT 에폭시), 에폭시/폴리페닐렌 옥사이드 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔스티렌, 폴리카보네이트 (PC), 폴리페닐렌 옥사이드 (PPO), 폴리페닐렌 에테르 (PPE), 폴리페닐렌 술파이드 (PPS), 폴리술폰 (PS), 폴리아미드, 폴리에스테르, 예로서 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT), 폴리에테르케톤 (PEEK), 액체 결정 폴리머, 폴리우레탄, 폴리에테르이미드, 에폭시 및 이들의 복합물이 있다.
하나의 양태로, 본 발명의 조성물을 사용하여 관통홀의 벽에 0가 금속을 도금할 수 있다. 이들 조성물은 인쇄 회로 기판의 수평 및 수직 공법 둘다에 사용할 수 있다.
관통홀은 일반적으로 드릴링 (drilling) 또는 펀칭 (punching) 또는 당해 분야에 공지된 기타 방법으로 인쇄 회로 기판에 형성시킨다. 관통홀을 형성시킨 후, 상기 기판을 임의로 물로 헹구고 통상의 유기 용액을 사용하여 기판을 세정하고 그리스를 제거한 다음 관통홀 벽을 디스미어링 (desmearing)시킨다. 디스미어링은 당해 분야에 숙지되어 있으며 전형적으로 관통홀의 디스미어링은 용매 스웰 (solvent swell)을 적용시켜 개시한다.
용매 스웰은 당해 분야에 숙지되어 있으며 통상의 용매 스웰을 사용하여 관통홀을 디스미어링시킬 수 있다. 그러한 용매 스웰로는 전형적으로, 제한없이, 글리콜 에테르 및 이들의 관련 에테르 아세테이트가 있다. 통상적인 양의 글리콜 에테르 및 이들의 관련 에테르 아세테이트를 사용할 수 있다. 사용할 수 있는, 상업적으로 입수가능한 용매 스웰의 예로는 CIRCUPOSIT 컨디셔너 3302, CIRCUPOSIT™ hole prep 3303 및 CIRCUPOSIT hole prep 4120이 있으며, 이들은 모두 Dow Electronic Materials, Marlborough, Massachusetts로부터 상업적으로 입수가능하다.
임의로, 다음에 관통홀을 물로 헹군다. 이어서 산화제를 전형적으로 상기 관통홀에 도포하여 관통홀의 표면을 산화제와 접촉시킨다. 적합한 산화제로는, 비제한적으로, 황산, 크롬산, 알칼린 퍼망가네이트 또는 플라즈마 에칭에 의한 것이 있다. 전형적으로 알칼린 퍼망가네이트가 산화제로 사용된다. 상업적으로 입수가능한 산화제의 예는 CIRCUPOSIT™ 프로모터 4130으로 Dow Electronic Materials로부터 상업적으로 입수가능하다.
임의로, 관통홀을 물로 다시 헹군다. 이어서 중화제를 전형적으로 상기 관통홀에 도포하여 산화제에 의해 남겨진 산 잔여물 또는 염기성 잔여물을 중화시킨다. 통상의 중화제를 사용할 수 있다. 전형적으로, 중화제는 이민 중 1종 이상을 함유하는 알칼리성 수용액 또는 3 중량%의 과산화물 및 3 중량%의 황산 용액이다. 임의로, 관통홀을 물로 헹구고 인쇄 회로 기판을 건조시킨다.
중화 단계 후, 기판 (예로서 관통홀을 갖는 인쇄 회로 기판)을 임의로 알칼리성 컨디셔너를 기판에 도포하여 이를 관통홀의 표면과 접촉시킴으로써 컨디셔닝시킬 수 있다. 그러한 알칼리성 컨디셔너로는 비제한적으로, 4급 아민 및 폴리아민 중 1종 이상 및 계면활성제 1종 이상을 함유하는 알칼리성 계면활성제 수용액이 있다. 사용되는 계면활성제가 통상적으로 양이온성 계면활성제이지만, 음이온성, 비이온성 및 양쪽성과 같은 다른 계면활성제, 뿐만 아니라 계면활성제의 배합물을 사용할 수 있다. 또한, pH 조절제 또는 완충제가 또한 상기 컨디셔너에 포함될 수 있다. 전형적으로, 양이온성 계면활성제를 비이온성 계면활성제와 합한다. 계면활성제는 컨디셔너 중에 0.05 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.25 내지 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 적합한 상업적으로 입수가능한 알칼리성 컨디셔너로는 비제한적으로, CIRCUPOSIT 컨디셔너 231, 813 및 860이 있으며, 이들은 모두 Dow Electronic Materials로부터 상업적으로 입수가능하다. 임의로, 컨디셔닝 (conditioning) 후, 관통홀을 물로 헹군다.
양이온성 계면활성제로는, 비제한적으로, 테트라알킬암모늄 할라이드, 알킬트리메틸암모늄 할라이드, 히드록시에틸 알킬 이미다졸린, 알킬벤즈알코늄 할라이드, 알킬아민 아세테이트, 알킬아민 올레에이트 및 알킬아미노에틸 글리신이 있다.
비이온성 계면활성제로는 비제한적으로, 지방족 알코올, 예로서 알코올 알콕실레이트가 있다. 그러한 지방족 알코올은 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 또는 이들의 조합물을 갖고 있어, 분자내에 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌 쇄, 즉, 반복적인 (-O-CH2-CH2-)기로 이루어진 쇄, 또는 반복적인 (-O-CH2-CH-CH3-)기로 이루어진 쇄, 또는 이들의 조합물을 갖는 화합물을 생산한다. 전형적으로 그러한 알코올 알콕실레이트는 쇄의 탄소수가 7 내지 15이고, 직쇄 또는 측쇄이며, 4 내지 20몰의 에톡실레이트, 전형적으로 5 내지 40몰의 에톡실레이트, 더욱 전형적으로는 5 내지 15몰의 에톡실레이트를 갖는 알코올 에톡실레이트이다. 그러한 알코올 알콕실레이트 중 많은 것들이 상업적으로 입수가능하다. 상업적으로 입수가능한 알코올 알콕실레이트의 예는 직쇄 1급 알코올 에톡실레이트, 예로서 NEODOL 91-6, NEODOL 91-8 및 NEODOL 91-9 (직쇄 알코올 에톡실레이트 몰 당 평균 6 내지 9몰의 에틸렌 옥사이드를 갖는 C9-C11 알코올) 및 NEODOL 1-73B (직쇄 1급 알코올 에톡실레이트 몰 당 7몰의 에틸렌 옥사이드의 평균 블렌드를 갖는 C11 알코올)이 있으며, 이들은 모두 Shell Chemicals로부터 상업적으로 입수가능하다.
음이온성 계면활성제로는 비제한적으로, 알킬벤젠술포네이트, 알킬 또는 알콕시 나프탈렌술포네이트, 알킬디페닐 에테르 술포네이트, 알킬 에테르 술포네이트, 알킬황산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 황산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 페놀 에테르 황산 에스테르, 고급 알코올 인산 모노에스테르, 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르 인산 (포스페이트) 및 알킬 술포숙시네이트가 있다.
양쪽성 계면활성제로는 비제한적으로, 2-알킬-N-카복시메틸 또는 에틸-N-히드록시에틸 또는 메틸 이미다졸륨 베타인, 2-알킬-N-카복시메틸 또는 에틸-N-카복시메틸옥시에틸 이미다졸륨 베타인, 디메틸알킬 베타인, N-알킬-아미노프로피온산 또는 이들의 염 및 지방산 아미도프로필 디메틸아미노아세트산 베타인이 있다.
본 발명 조성물의 장점은 이들을 사용하여 기판의 표면, 특히 인쇄 회로 기판의 관통홀 표면에 사전 컨디셔닝 단계 (prior conditioning step)를 사용할 필요없이, 0가 금속을 함유하는 조성물을 도금할 수 있다는 것이다. 이는 금속화를 위한 비-전도성 기판의 제조에서 통상의 단계를 제거한다.
상기 임의의 컨디셔닝 단계에 이어서 관통홀을 마이크로-에칭시킨다. 통상의 마이크로-에칭 조성물을 사용할 수 있다. 마이크로-에칭은 노출된 구리 (예를 들어, 내층) 상에 미세하게 거칠어진 구리 표면을 제공하여 후속되는 도금된 무전해 및 전기도금된 금속의 접착을 향상시킨다. 마이크로-에칭제로는 비제한적으로, 60 g/L 내지 120 g/L 나트륨 퍼술페이트 또는 나트륨 또는 칼륨 옥시모노퍼술페이트 및 황산 (2%) 혼합물, 또는 황산/과산화수소 혼합물이 있다. 상업적으로 입수가능한 마이크로-에칭 조성물의 예는 CIRCUPOSIT 마이크로에칭 3330으로 Dow Electronic Materials로부터 입수가능하다. 임의로, 관통홀을 물로 헹군다.
임의로, 프리-딥 (pre-dip)을 상기 마이크로-에칭처리한 관통홀에 도포한다. 프리-딥의 예로는 2% 내지 5% 염산 또는 25 g/L 내지 75 g/L 염화나트륨의 산성 용액이 있다. 임의로, 관통홀을 냉수로 헹군다.
이후 본 발명의 조성물을 관통홀에 도포하여 무전해 금속 도금용 촉매로 작용하도록 한다. 수성 조성물을 관통홀에 실온 (약 20 ℃) 내지 50 ℃, 전형적으로 실온 내지 40 ℃에서 도포한다. 촉매 도포 후 관통홀을 임의로 물로 헹굴 수 있다.
이어서 관통홀의 벽을 구리와 같은 금속으로 무전해 금속 도금조를 사용하여 도금한다. 침지조를 포함하여 통상의 무전해 조가 사용될 수 있다. 그러한 조는 당해 분야에 숙지되어 있다. 전형적으로 인쇄 배선 기판을 관통홀의 벽에 도금할 목적하는 금속의 금속 이온을 함유하는 무전해 또는 침지 금속 도금조에 놓는다. 관통홀의 벽을 도금할 수 있는 금속으로는 비제한적으로, 구리, 니켈, 금, 은 및 구리/니켈 합금이 있다. 침지 금 또는 은를 사용하여 금 또는 은 피니쉬층을 또한 관통홀의 벽에 도금된 구리, 구리/니켈 또는 니켈 위에 도금할 수 있다. 바람직하게는, 구리, 금 또는 은를 관통홀의 벽에 도금하며, 더욱 바람직하게는 관통홀의 벽에 구리를 도금한다.
관통홀의 벽에 금속을 도금한 후, 관통홀을 임의로 물로 헹군다. 임의로, 변색방지 조성물 (anti-tarnish compositions)을 관통홀 벽에 도금된 금속에 도포할 수 있다. 통상의 변색방지 조성물을 사용할 수 있다. 변색방지 조성물의 예로는 ANTI TARNISH 7130이 있으며, Dow Electronic Materials로부터 입수가능하다. 관통홀을 임의로 열수로 헹군 다음 기판을 건조시킬 수 있다.
관통홀을 무전해 또는 침지 금속조으로 금속 도금한 후, 기판을 추가로 가공할 수 있다. 추가의 가공은 광영상화 (photoimaging)에 의한 통상의 가공 및 예를 들어, 구리, 구리 합금, 주석 및 주석 합금의 전해적 금속 도금과 같은 기판상의 추가적인 금속 도금을 포함할 수 있다. 예컨대, 무전해적으로 도금된 금속상에 제2 금속이 전해적으로 도금될 수 있다. 통상의 전해적 금속조를 사용할 수 있다. 그러한 조 (baths)는 당해 분야에 숙지되어 있다.
본 발명의 조성물은 비-전도성 기판, 특히 전자 부품의 제조에 사용되는 기판의 무전해 금속 도금을 촉매하는데 사용할 수 있는 0가 금속 나노입자의 안정한 수용액을 형성한다. 또한, 본 발명의 조성물은 기판으로의 금속 접착이 양호하도록 할 수 있다. 본 발명의 조성물에는 주석이 없어, 주석(II) 이온이 주석(IV)으로 용이하게 산화되어 촉매가 파괴되는 것과 관련한 문제점을 피하도록 한다. 크기가 커져 응집되고 침전하는 0가 금속 입자와 관련한 문제점 또한 크게 감소되며, 바람직하게는 없어진다. 주석이 조성물로부터 배제되기 때문에, 값비싼 염화제1주석이 더이상 필요치 않고 따라서 촉매의 단가가 절감된다. 또한, 본 발명의 조성물은 사전의 컨디셔닝 단계를 사용할 필요없이 기판에 도포할 수 있으며 주석 사용시 요구되는 촉진 단계를 기판 제조시 피하게 되어, 금속화용 기판의 제조시 통상적인 2개의 단계를 생략할 수 있다.
실시예 1
DI수 30 mL을 함유하는 비이커에 실온 (약, 20 ℃)에서 122 mg의 4-아미노피리딘을 가하여 안정화제 용액을 형성시킨다. 상기 비이커를 50 ℃ 수조에 넣어 4-아미노피리딘 안정화제를 완전히 용해시킨다. 다른 비이커에, 38.2 mg Na2PdCl4 (Pd+2)을 약 10 mL의 DI수에 실온에서 용해시킨다. 안정화제 용액을 팔라듐 염 용액에 강력하게 교반하면서 적가한다. 안정화제 용액의 첨가 완료 후, 교반은 추가로 15 내지 20분간 계속하고, 이후 약 2 mL DI수에 용해시킨 12 mg NaBH4를 매우 강력하게 교반하면서 상기 혼합물에 가한다. 상기 용액이 신속하게 암갈색으로 변하는데, 이는 Pd+2가 Pd0으로 환원되었음을 나타낸다. 생성된 4-아미노피리딘/팔라듐 나노입자 촉매 용액을 다시 30분간 강력하게 교반한다.
안정성 촉진 시험: 이어서 촉매 용액을 50 ℃ 수조에 적어도 12시간 동안 놓아 이의 안정성에 대해 추가로 시험하고, 이후 촉매 조성물에서 침전물 또는 혼탁성이 관찰되지 않는 것으로 밝혀졌다.
실시된 촉매 용액은 촉매 농도를 DI수를 사용하여 25 ppm으로 희석하고, HCl/NaOH를 사용하여 pH를 9.6으로 조절한 다음, 완충제로서 3 g/L의 중탄산나트륨을 가하여 제조한다. 촉매 용액의 pH를 Fisher Scientific으로부터의 Accumet™AB15 pH메터를 사용하여 측정한다.
실시예 2
실시예 1의 공정을 반복하는데 단, 4-아미노피리딘 안정화제를 4-디메틸아미노피리딘으로 대체하는 점이 예외이다. 생성된 조성물 중 성분의 농도는 다음과 같다: 4.29 g/L의 4-디메틸아미노피리딘; 0.96 g/L의 Na2PdCl4, 0.3 g/L의 NaBH4, 및 3 g/L의 중탄산나트륨. 생성된 4-디메틸아미노피리딘/팔라듐 나노입자 촉매 조성물을 실시예 1의 안정성 촉진 시험하면 침전물 또는 혼탁성이 관찰되지 않는다.
실시예 3
실시예 1의 공정을 반복하는데 단, 4-아미노피리딘 안정화제를 2-아미노피리딘으로 대체하는 점이 예외이다. 생성된 조성물 중 성분의 농도는 다음과 같다: 1.5 g/L의 2-아미노피리딘; 0.96 g/L의 Na2PdCl4, 0.3 g/L의 NaBH4, 및 3 g/L의 중탄산나트륨. 생성된 2-아미노피리딘/팔라듐 나노입자 촉매 조성물을 실시예 1의 안정성 촉진 시험하면 침전물 또는 혼탁성이 관찰되지 않는다.
실시예 4
실시예 1의 공정을 반복하는데 단, 4-아미노피리딘 안정화제를 2-아미노-4,6-디메틸피리딘으로 대체하는 점이 예외이다. 생성된 조성물 중 성분의 농도는 다음과 같다: 1.75 g/L의 2-아미노-4,6-디메틸피리딘; 0.325 g/L의 Na2PdCl4, 0.6 g/L의 NaBH4, 및 3 g/L의 중탄산나트륨. 생성된 2-아미노-4,6-디메틸피리딘/팔라듐 나노입자 촉매 조성물을 실시예 1의 안정성 촉진 시험하면 침전물 또는 혼탁성이 관찰되지 않는다.
실시예 5
실시예 1의 공정을 반복하는데 단, 4-아미노피리딘 안정화제를 2-아미노니코틴산으로 대체하는 점이 예외이다. 생성된 조성물 중 성분의 농도는 다음과 같다: 1 g/L의 2-아미노니코틴산; 0.96 g/L의 Na2PdCl4, 0.4 g/L의 NaBH4, 및 3 g/L의 중탄산나트륨. 생성된 2-아미노니코틴산/팔라듐 나노입자 촉매 조성물을 실시예 1의 안정성 촉진 시험하면 침전물 또는 혼탁성이 관찰되지 않는다.
실시예 6
실시예 1의 공정을 반복하는데 단, 4-아미노피리딘 안정화제를 3-아미노피라진-2-카복실산으로 대체하는 점이 예외이다. 생성된 조성물 중 성분의 농도는 다음과 같다: 4.5 g/L의 3-아미노피라진-2-카복실산; 0.96 g/L의 Na2PdCl4, 0.4 g/L의 NaBH4, 및 3 g/L의 중탄산나트륨. 생성된 3-아미노피라진-2-카복실산/팔라듐 나노입자 촉매 조성물을 실시예 1의 안정성 촉진 시험하면 침전물 또는 혼탁성이 관찰되지 않는다.
실시예 7
실시예 1의 공정을 반복하는데 다음 성분을 사용하는 점이 예외이다. 다음 표에서, "DMAB"는 디메틸아민 보란을 언급한다.
안정화제 화합물 금속염 환원제 금속:안정화제
(몰:몰)
2-아미노니코틴아미드 CuCl2 DMAB 1:10
4-디메틸아미노피콜린산 AgNO3 H2CO 1:15
4-디에틸아미노피콜린산 RuCl3 DMAB 1:18
2-(메틸아미노)피리딘 Na2PdCl4 NaBH4 1:15
2-아미노-3-(피리딘-2-일)-프로피온산 AgNO3 H2CO 1:10
3-(4-메틸피리딘-2-일)-아크릴산 CoSO4 NaBH4 1:20
3-(피리딘-3-일)-아크릴아미드 PdSO4 DMAB 1:12
실시예 9
쌍금속 염 용액은 23.5 mg의 Na2PdCl4를 20 mL의 DI수에 용해시킨 다음, 20 mg의 CuSO4 오수화물과 47 mg의 나트륨 시트레이트를 상기 용액에 가하여 제조한다. 상기 혼합된 염 용액의 색상이 녹색으로 된다. 별도의 비이커에, 88.3 mg의 4-아미노니코틴산 안정화제를 20 mL의 물에 용해시키고 0.1N NaOH를 사용하여 상기 용액의 pH를 9.5로 조절한다. 이어서 안정화제 용액을 혼합된 팔라듐/구리 용액에 교반하면서 가한다. 첨가 완료 후, 0.1N HCl/NaOH를 다시 사용하여 pH를 9.2로 조절한다. 다음, 약 2 mL의 DI수 중 23.7 mg의 NaBH4를 매우 강력하게 교반하면서 가한다. 상기 용액의 색상이 신속하게 암갈색으로 변한다. 생성된 촉매 용액을 다시 30분간 교반한다. 이어서 촉매 용액을 50 ℃ 수조에 12시간 동안 놓아 이의 안정성에 대해 추가로 시험한다. 시험 용액은 촉매 농도를 25 ppm으로 희석하고, HCl/NaOH로 pH를 9.6으로 조절한 다음, 완충제로서 붕산 1.85 g/L를 가하여 제조한다.
실시예 10 - 비교
안정화제로서 다음 화합물을 사용하여 실시예 1의 공정을 반복한다: 2-히드라지닐피리딘; 2-디메틸아미노피리딘; 3-아미노피리딘; 메틸 피라진-2-카복실레이트; 4-아미노-2,5-디클로로피리딘; 및 2-(벤질아미노)피리딘. 이들 화합물을 사용하여 제조된 촉매 조성물 중 어느 것도 실시예 1의 안정성 촉진 시험을 통과하지 못했으며, 침전물을 형성하거나 혼탁해졌다.
실시예 11
다양한 인쇄 회로 기판 (Nelco-6 에폭시/글래스, NP-175 에폭시/글래스, 370T, FR-406, TU-752 에폭시/글래스, SY-1141, 및 SY-1000-2 에폭시/글래스)을 다음과 같은 일반적인 공정에 따라서 무전해 구리 도금조를 사용하여 금속화시킨다.
다수의 관통홀을 각 기판에 드릴링한다. 관통홀의 평균 직경은 1 mm이다. 이어서 각 기판의 관통홀을 디스미어링시키고, 무전해 구리 도금을 위하여 준비한 다음 다음과 같은 수직 공법으로 구리를 무전해 도금한다:
● 각 기판을 240 리터의 용매 스웰로 80 ℃에서 7분간 처리한다. 용매 스웰은 10% 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 및 35 g/L의 수산화나트륨을 함유하는 수용액이다.
● 이어서 기판을 냉수돗물로 4분간 실온에서 헹군다.
● 각 기판의 관통홀을 550 리터의 50 내지 60 g/L 알칼리성 퍼망가네이트의 수용액의 알칼리성 산화제로 pH 12에서 10분간 80 ℃에서 처리한다.
● 기판을 냉수돗물로 4분간 실온에서 헹군다.
● 기판 중의 관통홀을 3 중량% 과산화수소 및 3중량% 황산으로 이루어진 수성 중화제 180 리터로 50 ℃에서 5분간 처리한다.
● 이어서 기판을 냉수돗물로 4분간 헹군다.
● 임의로, 기판을 CONDITIONER™ 860 알칼리성 컨디셔너로 처리하는데, 이는 양이온성 계면활성제와 pH를 11 근처에서 유지하기 위한 완충 시스템을 포함한다. 알칼리성 컨디셔너는 Dow Electronic Materials로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 사용되는 특정의 안정한 0가 금속 나노입자 촉매에 따라서 컨디셔너가 필요한지의 여부가 결정된다.
● 단계 7에서 컨디셔닝시킨 기판을 냉수돗물로 4분간 실온에서 헹군다.
● 각 기판의 관통홀을 20 g/L 암모늄 퍼술페이트의 알칼리성 수용액 100 리터로 2분간 실온에서 마이크로-에칭시킨다.
● 이어서 기판을 냉수돗물로 4분간 실온에서 헹군다.
● 5% 농축된 염산의 프리-딥을 상기 관통홀에 1분간 실온에서 도포한다.
● 이어서 기판을 냉수돗물로 1분간 실온에서 헹군다.
● 특정 기판은 본 발명의 조성물 2리터로 무전해 구리 도금하기 위하여 5분간 40 ℃에서 프라이밍시킨 관통홀을 갖는다. 0가 금속 나노입자의 농도는 25 ppm이다. 촉매의 pH는 일반적으로 9 내지 10이다. 다른 기판은 대조용으로서 팔라듐 입자의 농도가 25 ppm인 통상의 주석/팔라듐 촉매 2리터로 5분간 40 ℃에서 프라이밍시킨다. 통상의 촉매는 다음과 같은 조성을 갖는다: 1 g 염화팔라듐; 300 mL의 농축 HCl; 1.5 g의 주석산나트륨; 40 g 염화주석; 및 1리터가 되도록 물.
● 이어서 기판을 냉수돗물로 2.5분간 실온에서 헹군다.
● 기판의 관통홀의 벽을 무전해 구리로 15분간 36 ℃에서 도금한다. 무전해 구리조는 다음과 같은 조성을 갖는다:
성분 양
황산구리 오수화물 2 g
포름알데하이드 2.5 g
수산화나트륨 5 g
에틸렌 디아민 테트라아세테이트 (EDTA) 25 g
클로라이드 이온 5 g
2,2-디피리딜 2 ppm
물 1리터에 적량
● 무전해 구리 도금 후, 기판을 냉수돗물로 4분간 실온에서 헹군다.
실시예 1 내지 4에 따라서 제조된 촉매 용액은 컨디셔닝 단계를 필요로 하지 않았다. 실시예 5 내지 7에 따라서 제조된 촉매 용액은 컨디셔닝 단계를 필요로 하였다.
각 기판을 측면으로 나누어 관통홀의 구리 도금된 벽을 노출시킨다. 각 기판의 분획화 관통홀 벽으로부터 1 mm 두께의 다수의 측면 분획을 취하여 European Backlight Grading Scale을 사용하여 기판에 대해 관통홀 커버리지를 측정한다. 각 기판으로부터의 분획 (1 mm)을 50 배율 Olympus GX71 광학현미경하에 놓는다. 구리 도금의 질은 현미경하에서 관찰된 광의 양으로 결정된다. 백라이트 (backlight) 결과는 본 발명의 촉매 조성물이 통상의 이온성 주석/팔라듐 (Sn/Pd) 촉매에 필적할 만 한 것으로 나타났다.

Claims (10)

  1. 팔라듐, 은, 코발트, 니켈, 구리 및 루테늄으로부터 선택되는 0(zero)가 금속 0.5 내지 100 ppm; 하기 화학식 (I) 또는 화학식 (II)의 화합물로부터 선택되는 안정화제 화합물; 및 물;을 포함하며, pH가 >7 내지 14이고, 20℃에서 3개월간 보관시 침전물이 없는, 조성물:
    Figure 112017076373615-pat00003

    상기 식에서
    R1 및 R5는 독립적으로 H, (C1-C6)알킬, (CR6R6)aZ 및 (CH=CH)Z로부터 선택되고;
    R2 및 R4는 독립적으로 H, (CR6R6)aZ, HO(C1-C6)알킬, R7R7N(C1-C6)알킬 및 (CH=CH)Z로부터 선택되며;
    R3은 H, (C1-C6)알킬 또는 NR7R7이고;
    R6은 각각 독립적으로 H 또는 NR7R7로부터 선택되며;
    R7은 각각 독립적으로 H 또는 (C1-C6)알킬로부터 선택되고;
    R8은 각각 H, (C1-C6)알킬 및 NHR7로부터 선택되며;
    R9은 각각 H 또는 CO2R6로부터 선택되고;
    Z는 CO2R7, C(O)NR7R7 또는 NHR7이며;
    a는 0 내지 6이고;
    (i) R1 및 R5 중 적어도 하나는 (CR6R6)aZ 이거나
    (ii) R3은 NR7R7이고;
    R8 중 적어도 하나는 NHR7이다.
  2. 제1항에 있어서, pH가 7.5 내지 14인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 0가 금속과 안정화제 화합물의 몰비가 1:1 내지 1:20인 조성물.
  4. (a) 다수의 관통홀(through-holes)을 갖는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 제1항의 조성물을 상기 관통홀의 표면에 적용하는 단계; 및
    (c) 상기 관통홀의 표면상에 금속을 무전해적으로 도금하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 단계 (c)의 무전해적으로 도금된 금속상에 제2 금속을 전해적으로 도금하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 단계 (b) 이전에 관통홀의 표면을 산화제와 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제4항에 있어서, 단계 (b) 이전에 관통홀의 표면을 계면활성제와 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 안정화제 화합물; 물; 및 팔라듐, 은, 코발트, 니켈, 구리 및 루테늄으로부터 선택되는 금속의 수용성 염;을 배합한 후, 0가 금속을 형성하기에 충분한 양의 환원제를 첨가하는 것을 포함하는, 제1항의 조성물의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 안정화제 화합물이 4-디메틸아미노피리딘, 4-아미노피리딘, 2-아미노피리딘, 4-(메틸아미노)피리딘, 2-(메틸아미노)피리딘, 2-아미노-4,6-디메틸피리딘, 2-디메틸아미노-4,6-디메틸피리딘, 4-디에틸아미노피리딘, 4-아미노니코틴산, 2-아미노니코틴산, 니코틴아미드, 2-아미노니코틴아미드, 피콜린아미드, 피콜린산, 4-아미노피콜린산, 4-디메틸아미노피콜린산, 2-(피리딘-3-일)-아세트산, 2-아미노-3-(피리딘-3-일)-프로피온산, 2-아미노-3-(피리딘-2-일)-프로피온산, 3-(피리딘-3-일)-아크릴산, 3-(4-메틸피리딘-2-일)-아크릴산, 3-(피리딘-3-일)-아크릴아미드 및 3-아미노피라진-2-카복실산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 0가 금속이 1 내지 75 ppm의 양으로 존재하는 조성물.
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