NO154370B - Fremgangsmaate til toerr, selektiv sensibilisering av et isolerende substrats overflate. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til selektiv sensibilisering av et isolerende substrat med hensyn på en følgende be-handling med en aktivator fulgt av strømløs utskillelse av et metall derpå.

Innen elektronikken har det i lang tid være ønskelig å overføre ledende metaller selektivt til et foreliggende mønster med god klebning til overflaten av et isolerende substrat. Særlig fordi slike foreliggende mønstre kan ha detaljer som ikke berører andre deler av mønsteret, har det vært anvendt strømløs avsetning. For dette formål kan det anvendes f.eks. maskering av de partier av overflaten som ikke skal metalliseres og/eller sensibilisering av partier som skal metalliseres. En lenge kjent fremgangsmåte er å anvende vandige sensibiliseringsoppløsninger og i senere tid rene organiske oppløsninger, som beskrevet i dansk patentskrift nr. 132 801. Dette patentskrift gir en særlig inn-gående beskrivelse av virkemåten av disse oppløsninger sammen med fordeler og ulemper med vandige og organiske oppløsningsmidler. Fremgangsmåten som anvender vandige oppløsninger er kort sagt følgende: 1) Neddykning i en Sn + 2-oppløsning (sensibilisator) for skylling. 2) Neddykning i en aktiverende oppløsning (f.eks. en Pd-forbindelse) for skylling.

3) Neddykning i et metalliseringsbad.

Fremgangsmåten hvor et organisk oppløsningsmiddel anvendes,

er basert på direkte overføring av f.eks. Pd-ioner til overflaten av substratet ved fordampning av det organiske oppløsningsmiddel som eventuelt også har etset overflaten av substratet.

Disse fremgangsmåter har den ulempe at presisjonen av metalliseringen er bestemt av fremgangsmåten som anvendes for overføring av det sensibiliserte mønster. Som et eksempel kan nevnes silketrykk hvor oppløsningen ikke vil være bedre enn maskevidden for silkeduken. Også sammenflytning og utflytning kan skje før tørking. Et annet problem i forbindelse med ovenfor nevnte fremgangsmåter er at klebingen i praksis ikke synes å være særlig god, og dette problem er godt kjent fra ikke-selektiv metallisering. Løsninger av dette problem er f.eks. beskrevet i svensk patentskrift nr. 350 774, hvor det anvendes inngnidning med lett slipning', britisk patentskrift nr. 1 324 653, hvor det anvendes ionebombardement og tysk utlegningsskrift nr. 1 571 802, hvor det anvendes avsetning av et bindesjikt før forstøvning av metallpartiklene.

Overføring av mønsteret kan også utføres ved selektiv desensibilisering ved hjelp av ultrafiolett lys, som beskrevet i Proceedings of Conference: Physics in Industry 1976, "New Photoimaging Processes for Industrial Use - a Link Between Basic and Applied Research" - sidene 101-105.

En ytterligere fremgangsmåte for overføring av et ledende mønster på overflaten av et substrat består i elektrostatisk utfelling av et maskeringssjikt som er en positiv av-bildning av det ønskede ledende mønster på et forhåndenvær-ende sjikt av Cu på det isolerende substrat. Ifølge US-patentskrifter nr. 2 966 429 og 2 910 351 frembringes sjiktet ved sammenflytning under smelting av et tynt elektrostatisk overført sjikt i form av dielektrisk pulver. Etter fjerning ved etsing av det ikke-maskerte Cu-sjikt fremtrer det ledende mønster. I det sistnevnte patentskrift er henvist til en ikke-publisert US-patentsøknad nr.

472 622, som angivelig beskriver en foto-elektrostatisk prosess, hvor overflaten av substratet dekkes av et foto-ledende, isolerende sjikt (sannsynligvis kjent fra en ZnO-prosess, også kjent som "Elektrofax"). Det samme patentskrift beskriver et dielektrisk pulver i en etterfølgende delprosess for forsølving, innblandet en Ag-forbindelse, som etter fastsmeltning sammen med det dielektriske pulver reduseres til metallisk Ag i et bad. På denne måte blir det ledende mønster som oppnås i den første delprosess

dekket av Ag-partikler, som deretter kan elektropletteres med andre materialer. Det skal bemerkes at denne partial-prosess medfører tilstedeværelsen av et ledende sjikt (i be-skrivelsen Cu) under de overførte og ved reduksjon dannede Ag-partikler.

Fremgangsmåtene beskrevet i de to sistnevnte US-patent-skrifter er tidkrevende, men gir godt resultat når grove detaljer, slik som trykte kretser, fremstilles med til-strekkelig klebing. Begge fremgangsmåter anvender imid-lertid stasjonære mønsterelektroder for overføring av mønsteret, hvilket gjør det vanskelig å endre ledende mønstre. Overføringen består egentlig bare i selektivt å gjøre deler av et laminert sjikt av Cu beskyttet mot etsingen, slik at den gode klebning må tilskrives laminer-ingsprosessen.

Hensikten med oppfinnelsen er å unngå de ovenfor nevnte ulemper og tilveiebringe en overføring av et mønster på

en overflate av et isolerende substrat som er mer flek-sibelt, dvs. lett å endre, og som gir bedre klebing og større mulighet for å oppnå finere detaljer enn ved de hittil kjente fremgangsmåter.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at sensibiliseringen utføres som tørr prosess, idet det ved hjelp av en xerografisk prosess frembringes et latent bilde av det metall-mønster som skal utskilles ved strømløs plattinering,

det latente bildet fremkalles under anvendelse av et tonerpulver som inneholder en metallforbindelse som er en sensibilisator for den til strømløs plattering anvendte aktivator, det fremkalte bildet overføres til overflaten av det isolerende substrat og behandles derpå for å sikre dets klebing.

I krav 2 er det angitt at tonerpulveret er et termoplastisk materiale sominneholder en på overflaten av hver pulver-

partikkel"utskilte' Sn + 2-forbindelse.

I krav 3 er det angitt at tonerpulveret som anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er et termoplastisk materiale som inneholder en i hver pulverpartikkel fordelt Sn+ 2 forbindelse.

I krav 4 er det angitt at overflaten som skal sensibiliseres fuktes med det smeltede termoplastiske mateialet.

I krav 5 er det angitt at klebingen mellom tonerpulveret og substratets overflate oppnås ved anvendelse av et organisk oppløsningsmiddel.

I krav 6 er det angitt at en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen hvor klebingen mellom substratets overflate og pulverpartiklene oppnås ved i det minste lokal smelting.

I krav 7 angis en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen hvorved det anvendes pulverpartikler som inneholder et infrarødt absorberende materiale.

I krav 8 er det angitt en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen hvor tonerpulverets hovedbestanddel er et material med en stor tapsvinkel ved mikrobølgefrekvenser.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende ved an-givelse av delprosesser og eksempler på preparater, som har vist seg særlig gunstige ved den praktiske utførelse av oppfinnelsen.

Det som muliggjør utnyttelsen av en fremgangsmåte som angitt i foreliggende oppfinnelse og som ikke har vært tid-ligere kjent, er at det stadig kan være fordelaktig å be-skytte en tretrinns prosess som angitt innledningsvis, men at det er mulig å unngå de våte prosesser ved overføringen av Sn + 2-forbindelsen, sensibiliseringsdelen av prosessen og den etterfølgende selektive desensibilisering. Klebingen

+ 2 mellom Sn -forbindelsen og substrates overflate ved den vate prosess er ikke særlig god, men det har overraskende nok vist seg at det ved overføringen ifølge oppfinnelsen oppnås en klebing som er særdeles god, dvs. de i neste delprosesser overførte Pd- og Cu-atomer er bedre fiksert på substratet enn det som hittil har kunnet oppnås.

Den xerografiske prosess har vist seg godt egnet for over-føring av den sensibiliserende Sn+ -forbindelse, idet det dermed både oppnås en passende dekning av det isolerende substrat og en passende oppløsningsevne, hvilket normalt er motstridende betingelser. Videre er en del av de plast-kvaliteter som anvendes som toningspulver i xerografiske kopieringsmaskiner vel egnet med hensyn til klebing til et stort antall forskjellige substratmaterialer. Som eksempel kan nevnes de som er angitt i US-patentskrift nr. 2 966 429. Videre vil det være enkelt for fagmannen å prøve brukbar-heten av i handelen forekommende plastmaterialer. Gode resultater er oppnådd med forskjellige slike materialer,

så som polyakrylater, polyamider, polyvinylklorider og fenolharpikser, og som egnede substratmaterialer kan nevnes polyestere, polyakrylater, polyvinylklorider, polykarbonater, dvs. en stor del av de i elektronisk praksis anvendte materialer.

Fiksering av det xerografisk overførte pulver til overflaten av det isolerende substrat kan dels foregå ved fremgangsmåter som i og for seg er kjent for pulveret, som ikke inneholder sensibiliserende metallforbindelser som er typisk for fastbrenning. Det betyr at hver pulverpartikkel oppvarmes slik at den ved smelting flyter ut på substratoverflaten i en grad som er avhengig av fuktingen (overflatespenningen). Ifølge oppfinnelsen stilles ikke de samme betingelser til porefri sammenflytning som det stilles ved de fremgangsmåter som er basert på å benytte det dannede sjikt som maskering før etsingen. Dette henger sannsynligvis sammen med sensi-biliseringsmekanismen som heller enn å'kreve et jevnt sjikt som grunnlag for den etterfølgende strømløse metallavsetning, benytter de på overflaten anbragte partikler av metallfor-bindelsen som utgangspunkt. Det vil si at kravene til klebingen er større enn kravene til sammenflytning.

Når det gjelder å oppnå en lokal oppvarming- av de overførte partikler er disse tilsatt stoffet som absorberer energi-stråling hvis bølgelengde avhenger av anvendelsen og kombinasjonen substrat/pulver.

I de tilfeller hvor pulvermaterialet ikke er termoplastisk vil det være hensiktsmessig å la hver pulverpartikkel opp-varme substratoverflaten i sin berøringsflate og et passende valg av mykningstemperatur for substratet vil muliggjøre fastsmeltning i dette tilfellet. Denne fremgangsmåte er bare et spesialtilfelle av fremgangsmåten, som består i å opp-varme hele overflaten til smeltepunktet.

I de tilfeller hvor oppvarming er uønsket kan fikseringen foretas ved å la pulveret på substratet passere en atmos-fære av et organisk oppløsningsmiddel med passende damp-trykk, som på kjent måte får substratet og partiklene til å klebes til hverandre, hvoretter oppløsningsmidlet igjen inn-dampes.

Det er flere muligheter for fremstilling av de ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendte preparerte pulvere.. De ved utvikling av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen

hittil anvendte metoder har alle hatt til hensikt å sørge for at hver pulverpartikkel i det minste på sin overflate har en rimelig jevn fordeling av Sn+^-f orbindel.ser., Dette'kan oppnås på to prinsippielt forskjellige måter,, enten direkte ved impregnering av hver partikkels overflate eller ved fremstilling av en fast masse med tilnærmet jevn fordeling av den sensibiliserende forbindelse i. plastma-terialet, som deretter males på kjent måte- for oppnåelse av en passende partikkelstørrelse. Denne bestemmes av utformingen av det xerografiske overføringsapparat. og er vel kjent teknikk innen-for vedkommende fagområde.

Eksemgel_l

Fremstilling- av et sensibiliserende pulver med tilstrebet jevn fordeling av tinnforbindelser i materialet: 10 g av et plastmateriale tilsettes 0,05 — 0,5 g av SnCl..,, ZH^O. Denne pulverblanding kan underkastes en tørr eller

våt formaling i en vandig eller organisk væske. Deretter kan væsken eventuelt fjernes ved vanlig tørreteknikk., f..eks. fordampning, filtrering- eller sprøytetørring.

Impregnering av de enkelte plastpartikler med en tinnforbindelse ifølge oppfinnelsen kan gå ut fra. et allerede foreliggende pulver-, men kan også foretas ved fremstillingen av plastpulveret.

Enda mer hensiktsmessig kan den ønskede fordeling av tinnforbindelse i den enkelte plastpartikkel frembringes under pulverfremstillingen. Dette kan f.eks. oppnås ved å for-støvningstørre en plastholdi.g oppløsning, som også inneholder en tinnforbindelse.

Da visse Sn + 2-forbindelser, f.eks-. SnCl2"2H20, 2^0, er opp-løselige i organiske oppløsningsmidler, er det mulig å på-virke pulverpartiklene individuelt med et oppløsningsmiddel som får partiklene til å svelle^ og dermed oppta de. Sn-forbindelser som er oppløst i det organiske oppløsningsmiddel. Bortdampning- av oppløs-nin<g>smidlet frembringer den ønskede fordeling av SnCl2-2H20..

Eksemp_el_2

Et. plastpulver. som sveller- opp under anvendelse av et organisk oppløsningsmiddel oppslemmes- i et slikt oppløsningsmiddel, som tilsettes en mettet oppløsning av SnCl2-2H20 i metanol uten at det. skjer utfelling; av tinnforbindelser. Etter en viss reaksjonstid kan oppløsningsmidlet igjen fjernes,

f.eks. ved filtrering eller sprøytetørklng. av suspensjonen som inneholder det således preparerte pulver. Mengden av tilsatt tinnforbindelse avhenger meget av kombinasjonen av

plastmateriale og oppløsningsmiddel, samt deres volummessige forhold og videre av den anvendte pulvertørremetode. I den grad pulvermaterialet kan bringes i fullstendig oppløsning i et organisk oppløsningsmiddel, kan det tilsettes en tinnforbindelse likeledes i et organisk oppløsningsmiddel, hvoretter det impregnerte plastpulver kan tilbakevinnes ved en vanlig tørreprosess, f.eks. sprøytetørking av den plastholdige opp-løsning.

En annen metode som har vært benyttet med hell består i kjemisk utfelling av en Sn + 2-forbindelse pa pulverpartiklene under omrøring.

Eksempel_3

Utfelling av tinnforbindelse på hver enkelt plastpartikkel: 10 g plastpulver oppslemmes i 200 ml metanol. Deretter tilsettes under omrøring en mettet oppløsning av SnCl•21^0 i metanol i en mengde som er tilpasset etter plastpulverets partikkelstørrelse. Vektmengden av SnC^^I^O kan være 1-10% av plastpulveret. Under omrøring tilsettes et basisk agens, hvoretter det oppslemmede plastpulver virker som hjelpemiddel for utfelling av hydroksy-tinn-klorider.

Det således preparerte pulver kan deretter tørres, eventuelt formales og siktes.

Ved utviklingen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er

det oppnådd at man kan sensibilisere en isolerende overflate med henblikk på etterfølgende strømløs metallisering etter kjente metoder, uten å stille betingelser om forut-gående utforming av spesielle originaler eller masker,

idet hvert mønster som kan kopieres med en xerografisk prosess også kan overføres til den ønskede substratover-flate. Fremgangsmåten er lite ressurskrevende og meget miljøvennlig, idet bortetsing av det overflødige metallsjikt unngås. Videre viser det seg at det ved den strøm-løse metallisering påførte metallsjikt har en langt bedre klebing til substratoverflaten (f.eks. målt med Scotch

Tape-metoden) enn sjikt av samme tykkelse som er påført ved vanlig strømløs avsetning eller ved pådampning eller vpd-metoder (vapour phase deposition). I tillegg hertil setter foreliggende metode meget mindre krav til rengjøring av overflaten av substratet før metalliseringen enn ved de ovenfor nevnte metoder.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til selektiv sensibilisering av overflaten av et isolerende substrat med hensyn på en etterfølgende be-handling med en aktivator fulgt av strømløs utskillelse av et metall derpå, karakterisert vedat sensibiliseringen utføres som tørr prosess, idet det ved hjelp av en xerografisk prosess frembringes et latent bilde av det metallmønster som skal utskilles ved strømløs plattinering, det latente bildet fremkalles under anvendelse av et tonerpulver som inneholder en metallforbindelse som er en sensibilisator for den til strømløs plattering anvendte aktivator, det fremkalte bildet overføres til overflaten av det isolerende substrat og behandles derpå for å sikre dets klebing.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat tonerpulveret er et termoplastisk material som inneholder en på overflaten av hver pulverpartikkel utskilt Sn<+2->forbindelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat tonerpulveret er et termoplastisk material som inneholder en i hver pulver- + 2 partikkel fordelt Sn -forbindelse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3,karakterisert vedat overflaten som skal sensibiliseres fuktes ved det smeltede termoplastiske materialet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat klebingen mellom tonerpulveret og substratets overflate oppnås ved anvendelse av et organisk oppløsningsmiddel.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat klebingen mellom substratets overflate og pulverpartiklene oppnås ved i det minste lokal smelting.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 6,karakterisert vedat pulverpartiklene inneholder et infrarødt absorberende material.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 6,karakterisert vedat tonerpulverets hovedbestanddel er et material med en stor tapsvinkel ved mikrobølgefrekvenser.