NL1029311C2

NL1029311C2 - Microscopisch substraat alzijdig bedekt met een metaallaag en werkwijze voor het metalliseren van een microscopisch substraat.

Info

Publication number: NL1029311C2
Application number: NL1029311A
Authority: NL
Inventors: Jacobus Creemers
Original assignee: Nanotechnology B V
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2006-12-27
Also published as: WO2006137730A1

Description

i !

Microscopisch substraat alzijdig bedekt met een metaallaag en werkwijze voor het metalliseren van een microscopisch substraat.

5 De uitvinding heeft betrekking op een microscopisch substraat dat alzijdig bedekt is met een metaallaag. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het alzijdig metalliseren van een microscopisch substraat, waarbij op het substraat ten minste één metaal vanuit een oplossing wordt afgezet. Onder microscopisch worden afmetingen in de grootte-orde van enkele micrometers tot enkele honderden 10 micrometers verstaan.

Dergelijke microscopische substraten vinden met name toepassing in elektrisch geleidende pasta’s en coatings die worden gebruikt om onderdelen van elektrische inrichtingen onderling te verbinden of elektromagnetisch af te schermen. De substraten 15 worden daarbij als elektrisch geleidende deeltjes in een suspensie gebracht van een bind- en oplosmiddel en in die vorm verwerkt. Op zichzelf kunnen daarvoor metaaldeeltjes in een suspensie worden toegepast maar omdat elektrische geleiding slechts aan een oppervlak van de substraten plaats vindt kan het vaak kostbare metaal worden uitgespaard door uit te gaan van een kern van een goedkoper materiaal en deze 20 te bedekken met een geschikt metaal. De bekende microscopische substraten omvatten daartoe een kem van glas die alzijdig met een edelmetaal zoals zilver is bedekt.

Een nadeel van dergelijke bekende, met metaal bedekte glassubstraten is echter dat door hun relatief hoge gewicht de substraten niet goed blijven zweven maar daarentegen 25 relatief snel bezinken waardoor de suspensie onbruikbaar wordt. Het is daarom zaak een dergelijke suspensie pas aan te maken vlak voordat deze wordt verwerkt, wat vanuit logistiek oogpunt in een vol-continu productieproces in voorkomende gevallen ongewenst is.

30 Met de onderhavige uitvinding wordt onder meer beoogd te voorzien in een microscopisch substraat van de in de aanhef beschreven soort dat met aanmerkelijk minder gevaar voor vroegtijdige bezinking in een suspensie kan worden verwerkt.

10293Π -2-

Een microscopisch substraat van de in de aanhef beschreven soort is daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het substraat een kunststof omvat. Toepassing van een kunststof verschaft het substraat een lager gewicht, waardoor het beter in de suspensie blijft zweven. De suspensie is daarom aanmerkelijk langer houdbaar dan de bekende 5 suspensie op basis van met metaal bedekte glasbolletjes, waardoor een voorraad kan worden aangelegd, waardoor het productieproces van te coaten producten flexibeler is en minder risico loopt om stil te komen liggen. Bovendien leidt de relatieve soortelijke dichtheid van het gebruikte kunststof-materiaal voor het substraat bij een relatief laag metaalverbruik reeds tot een gewenst gewichtspercentage daarvan.

10

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het microscopische substraat volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat het substraat een kunststof korrel omvat, in het bijzonder een kunststof parel. Dergelijke substraten zijn op bestelling in de handel verkrijgbaar in grote aantallen met nagenoeg uniforme afmetingen. Daarom zal een suspensie met i 15 dergelijke parels relatief goed reproduceerbare eigenschappen bezitten. !

Een uitvoeringsvorm van het microscopische substraat volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat het substraat een of meer uitsteeksels bezit. Substraten met uitsteeksels en in het bijzonder een vertakte (dendritische) structuur zullen elkaar gemakkelijker 20 kunnen raken, waardoor het mogelijk is om een pasta of coating te verkrijgen die extra goed elektrisch geleidend is. Bovendien leveren de uitsteeksels een grotere stromingsweerstand waardoor de deeltjes minder snel zullen bezinken.

Een verdere uitvoeringsvorm van het microscopische substraat volgens de uitvinding 25 heeft als kenmerk dat de kunststof behoort tot de groep: polymetamethylacrylaat, polypropyleen, polystyreen, polyethyleen en polyurethaan. Met deze kunststoffen zijn in de praktijk goede resultaten bereikt.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het microscopische substraat volgens de 30 uitvinding heeft als kenmerk dat het substraat samendrukbaar is. Daarmee kunnen verende én elektrisch geleidende eigenschappen in één materiaal gecombineerd worden. Microscopische substraten met een dergelijke combinaties van eigenschappen kunnen bijvoorbeeld worden toegepast in een verende coating, pasta of kit, zoals een

102931V

i -3- schokabsorberende coating of een samendrukbaar elektrisch geleidend afdichtingsmateriaal. Met het samendrukbare elektrische afdichtingsmateriaal kan een beoogde elektromagnetische afscherming van een apparaat worden verbeterd, doordat ook eventuele kieren en naden kunnen worden afgedicht.

5

Voor het alzijdig metalliseren van een microscopisch substraat zoals gebruikt in een geleidende coating of afdichting, wordt gewoonlijk uitgegaan van elektroless plating, waarbij zonder toepassing van elektroden, metaal vanuit een oplossing op een substraat wordt afgezet. Voor het metalliseren van een glas-substraat kan een conventionele 10 electroless plating werkwijze worden gebruikt. Deze blijkt echter bij gebruik van kunststof substraten niet de gewenste hechting van het metaal aan het substraat te geven.

Om hieraan tegemoet te komen heeft een werkwijze voor het alzijdig metalliseren van een microscopisch substraat van de in de aanhef beschreven soort, volgens de uitvinding 15 als kenmerk dat voor het substraat wordt uitgegaan van een kunststof, dat het substraat wordt onderworpen aan een voorbehandeling met een verbinding uit de groep van silanen, titanaten, chelaten, zirconaten, siloxanen, siliconaten en aluminaten, en dat na de voorbehandeling het metaal op het substraat wordt afgezet. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1029311

Dankzij een dergelijke voorbehandeling wordt een betere hechting met het kunststof 2 substraat bewerkstelligd en kan tevens het metaal met een uniforme laagdikte op het 3 kunststof substraat worden afgezet. Hierdoor kan een deeltje met een uitmuntende 4 elektrische geleidbaarheid worden bereikt. Een elektrisch geleidende coating waar 5 deeltjes van een dergelijke soort in aanwezig zijn, zal daarom ook een goede elektrische 6 geleidbaarheid vertonen. Tevens kan door de goede hechting en de hoge uniformiteit 7 van de laagdikte met een dunnere laag metaal op het substraat worden volstaan, 8 waardoor grondstofkosten worden bespaard. Vermoed wordt dat een verbinding uit de 9 groep van silanen, titanaten, chelaten, zirconaten, siloxanen, siliconaten en aluminaten 10 een katalytisch effect heeft op de uiteindelijke metaaldepositie.

11

Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat het substraat aan één of meer verdere voorbehandelingen wordt onderworpen in een of meer waterige metaalverbindingoplossingen. Door deze één of meerdere verdere -4- voorbehandelingen wordt het bedekkingsproces versneld. Vermoed wordt dat een dergelijke metaalverbindingoplossing een verder katalytisch effect heeft op de uiteindelijke metaaldepositie.

5 Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat tenminste één van de verdere voorbehandelingen wordt uitgevoerd met een waterige oplossing van een metaal met een redox-normaalpotentiaal lager dan 1, in het bijzonder lager dan 0,2 en meer in het bijzonder lager dan 0. Een of meer van dergelijke oplossingen geven een extra goed resultaat met betrekking tot de bedekkingsgraad, wat 10 wordt toegeschreven aan een reducerende werking van de oplossing.

Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat tenminste één van de verdere voorbehandelingen wordt uitgevoerd met een waterige oplossing van een metaalverbinding van een edelmetaal. Een dergelijke verdere 15 voorbehandeling leidt in de praktijk tot een hoge depositiesnelheid, hetgeen wordt toegeschreven aan een katalytische werking op de uiteindelijke metaaldeposititie.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het substraat wordt onderworpen aan ten minste één verdere 20 voorbehandeling met een waterige oplossing van een metaalzout, in het bijzonder een tinzout of een palladiumzout, meer in het bijzonder tinchloride of palladiumchloride. Een dergelijke verdere voorbehandeling leidt in de praktijk tot een bijzonder goede hechting van de metallisatie.

25 Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat, de ten minste één verdere voorbehandeling plaatvindt met achtereenvolgens een waterige oplossing van tinchloride en een waterige oplossing van palladiumchloride. Bij gebruik van een dergelijke voorbehandeling kunnen opvallend goede resultaten worden verkregen op het gebied van hechting en tevens met betrekking 30 tot de bedekkingsgraad en laagdikte.

Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het microscopische substraat na het afzetten van het metaal op het oppervlak, aan 102931 1 -5- een nabehandeling wordt onderworpen met een verbinding uit de groep van silanen, titanaten en zirconaten. Deze nabehandeling bevordert hechting van het bedekte substraat aan het bindmiddel van de suspensie. Dit bevordert niet alleen de elektrische geleidbaarheid van een dergelijke suspensie maar verlengt tevens de houdbaarheid 5 daarvan doordat dergelijke substraten minder snel bezinken.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat een aantal microscopische substraten in een bulk gelijktijdig alzijdig worden gemetalliseerd. De werkwijze volgens de uitvinding blijkt zeer geschikt voor het 10 gelijktijdig alzijdig metalliseren van microscopische substraten in een bulk. Hierbij is het namelijk van belang dat het metaal zich bijzonder gemakkelijk aan de substraten hecht, aangezien een dergelijke bulkproductie niet toelaat elk substraat gericht te behandelen.

15 Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de substraten, na van een metallisatie te zijn voorzien, onder voortdurende beroering in de bulk aan een luchtstroom worden blootgesteld en gedroogd. Aldus lopen de substraten minder gevaar om te kleven, hetgeen zou resulteren in het achterblijven van vocht en klontering. Dit restvocht kan de hechting van de substraten met het 20 bindmiddel verslechteren.

Hierna zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een aantal uitvoeringsvoorbeelden.

25

Uitvoeringsvoorbeeld 1 PMMA parels met een diameter van 15μιη voor toepassing in een geleidend coating, worden bedekt met zilver door ze een aantal behandelingen te laten ondergaan.

30 Allereerst wordt een voorbehandeling uitgevoerd, waarbij de parels gedurende 60 minuten worden blootgesteld aan aminopropyltriethoxysilaan in een waterige oplossing met een concentratie van 2 mol/1 bij een temperatuur van 293 K. Vervolgens wordt een verdere voorbehandeling uitgevoerd, waarbij de parels eerst gedurende 1 minuut worden 1029311 -6- behandeld met een waterige oplossing van tin(II)chloride met een concentratie van 2 mmol/1 en een temperatuur van 293 K en vervolgens gedurende 1 minuut aan een waterige oplossing van palladiumchloride met een concentratie van 2 mmol/1 bij 293 K.

Daarna wordt een verzilverstap uitgevoerd met een alkalisch zilvercomplex gedurende 4 5 minuten in een waterige oplossing met een concentratie van 2 mol/1 bij 300 K. Daarbij wordt het zilvercomplex gereduceerd met glucose (een reductor) dat aanwezig is in een concentratie van 2 mol/1, waardoor zilver neerslaat op het oppervlak van de parels.

10 Uitvoerinesvoorbeeld 2

Polyurethaanparels met een diameter van 40pm voor toepassing in een geleidende samendrukbare afdichtring, worden bedekt met zilver door ze aan een aantal behandelingen bloot te stellen. Allereerst wordt een voorbehandeling uitgevoerd, 15 waarbij de parels gedurende 60 minuten worden blootgesteld aan DC772 (Dow Coming 772, een natriumsiliconaat) in een waterige oplossing met een concentratie van 2 mol/1 bij een temperatuur van 293 K. Vervolgens wordt een verdere voorbehandeling uitgevoerd, waarbij de parels gedurende 1 minuut worden behandeld met een waterige oplossing van PdCl2 (een palladiumzout) met een concentratie van 2 mmol/1 en een 20 temperatuur van 293 K. Daarna wordt een verzilverstap uitgevoerd met een alkalisch zilvercomplex gedurende 4 minuten in een waterige oplossing met een concentratie van 2 mol/1 bij 300 K. Daarbij wordt het zilvercomplex gereduceerd met glucose (een reductor) dat aanwezig is in een concentratie van 2 mol/1, waardoor zilver neerslaat op het oppervlak van de parels.

25

Hoewel de uitvinding is toegelicht aan de hand van een aantal uitvoeringsvoorbeelden, is de werkwijze volgens de uitvinding daartoe geenszins beperkt. Integendeel zijn voor de gemiddelde vakman binnen het kader van de uitvinding nog vele variaties en verschijningsvormen mogelijk.

30

Zo kan uit de groep van silanen, titanaten, chelaten, zirconaten, siloxanen, siliconaten en aluminaten geheel vrij worden gekozen. De silanen kunnen zowel reactief (organofunctioneel) zijn als niet-reactief. Reactieve silanen zijn bijvoorbeeld:

-----—_____I

1029311 -7- aminosilanen, epoxysilanen, methacryloxysilanen, mercaptosilanen, chloorsilanen, vinylsilanen, stryrylsilanen, isocyanaatsilanen, fosflnesilanen. Niet-reactieve silanen zijn bijvoorbeeld de alkyltrimethoxysilanen. Voorbeelden van titanaten, chelaten en zirconaten zijn: tetraalkyltitanaten, tetraalkylzirconaten en titanivunchelaten. Voor 5 siloxanen en siliconaten kan gedacht worden aan ondermeer polymethylhydrogeensiloxaan, kaliummethylsiliconaat en natriummethylsiliconaat.

Voor de metaallaag op het kunststof substraat kan uit diverse metalen een keuze worden gemaakt. Gekozen kan worden voor bijvoorbeeld goud, zilver, koper, platina of een 10 combinatie van een aantal metalen.

Voor het kunststof substraat kan worden uitgegaan van vele kunststoffen. Eventueel kan een combinatie van meerdere kunststoffen of een combinatie van kunststoffen en andere materialen worden gebruikt. Ook is een gelaagde structuur met meerdere materialen 15 mogelijk. Mogelijke verdere kunststoffen zijn: polyamiden, polyvinylchloriden, polycarbonaten, polysiloxanen, polyacrylaten, polyurethanen en copolymeren van deze kunststoffen |

Wat betreft vorm, is ook een grote variëteit mogelijk. Zo kan het kunststof substraat 20 naast de reeds vermelde vormen, ook bijvoorbeeld een eivormige, vezelige of vlokvormige structuur bezitten. Het gebruikt van kunststof staat een grote mate van vormvrijheid toe.

De afmeting van de microscopische substraten kan vrij worden gekozen tussen enkele 25 en enkele honderden micrometers. Substraten met deze afmetingen zijn voor vele toepassingen bruikbaar. Vaak wordt de diameter gekozen tussen de 20 en 60 micrometer. Substraten met dergelijke afmetingen zijn prima met de werkwijze volgens de uitvinding bedekbaar en zijn klein genoeg om goed te functioneren als geleidende deeltjes in een geleidende coating of afdichting van een elektronisch apparaat.

30 / 1029311

Claims

1. Microscopisch substraat dat alzijdig bedekt is met een metaallaag, met het kenmerk dat, het substraat een kunststof omvat. 5

2. Microscopisch substraat volgens een der voorgaande conclusie, met het kenmerk dat, het substraat een kunststof korrel omvat, in het bijzonder een kunststof parel.

3. Microscopisch substraat volgens conclusie 1, met het kenmerk dat, het substraat 10 een of meer uitsteeksels bezit.

4. Microscopisch substraat volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de kunststof behoort tot de groep: polymetamethylacrylaat, polypropyleen, polystyreen, polyethyleen en polyurethaan. 15

5. Microscopisch substraat volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het substraat samendrukbaar is.

6. Werkwijze voor het alzijdig metalliseren van een microscopisch substraat, 20 waarbij op het substraat ten minste één metaal vanuit een oplossing wordt afgezet, met het kenmerk dat voor het substraat wordt uitgegaan van een kunststof, dat het substraat wordt onderworpen aan een voorbehandeling met een verbinding uit de groep van silanen, titanaten, chelaten, zirconaten, siloxanen, siliconaten en aluminaten, en dat na de voorbehandeling het metaal op het substraat wordt afgezet. 25

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het substraat aan één of meer verdere voorbehandelingen wordt onderworpen in een of meer waterige metaalverbindingoplossingen.

8. Werkwijze voor het metalliseren van een microscopisch substraat, volgens conclusie 7, met het kenmerk dat tenminste één van de verdere voorbehandelingen wordt uitgevoerd met een waterige oplossing van een metaal met een redox- -9- normaalpotentiaal lager dan 1, in het bijzonder lager dan 0,2 en meer in het bijzonder lager dan 0.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat tenminste één van de 5 verdere voorbehandelingen wordt uitgevoerd met een waterige oplossing van een metaalverbinding van een edelmetaal.

10. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat het substraat wordt onderworpen aan ten minste één verdere voorbehandeling met een waterige oplossing 10 van een metaalzout, in het bijzonder een tinzout of een palladiumzout, meer in het bijzonder tinchloride of palladiumchloride.

11. Werkwijze voor het alzijdig metalliseren van een microscopisch substraat volgens conclusie 10, met het kenmerk dat, de verdere voorbehandeling plaatsvindt met 15 achtereenvolgens een waterige oplossing van tinchloride en een waterige oplossing van palladiumchloride.

12. Werkwijze volgens één van de conclusies 6 tot en met 11, met het kenmerk dat het microscopische substraat na het afzetten van het metaal op het oppervlak, aan een 20 nabehandeling wordt onderworpen met een verbinding uit de groep van silanen, titanaten en zirconaten.

13. Werkwijze volgens één van de conclusies 6 tot en met 12, met het kenmerk dat een aantal microscopische substraten in een bulk gelijktijdig alzijdig worden 25 gemetalliseerd.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de substraten, na van een metallisatie te zijn voorzien, onder voortdurende beroering in de bulk aan een luchtstroom worden blootgesteld en gedroogd. >029311