TW201610040A - 避免掛架金屬化之電鍍掛架處理 - Google Patents
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Abstract
一種在電鍍製程中將用於支持非導電性基材的電鍍掛架進行塗覆的方法。該方法包括有以下步驟:將該電鍍掛架的至少一部分與一塑溶膠組成物接觸,該塑溶膠組成物係具有分散於其中之有效量的添加劑,其具有以下結構:
□其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於由芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基所組成的群組;或
□其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於C1-C10烷基(直鏈或具支鏈)、芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基,並且M係為二價金屬陽離子,其係較佳地為選自於由鎳、銅和鋅所組成的群組;以及將其上具有該塑溶膠組成物之電鍍掛架加熱至適當的溫度,並維持足夠的時間以將該塑溶膠固化,並於該電鍍掛架上形成一固體絕緣塗層。該經塗覆之電鍍掛架然後可被用來裝設非導電基材,以進行後續之金屬化步驟。
Description
本發明一般係與在金屬化步驟中,處理用來支持非導電性基材之電鍍掛架的方法有關。
多年來,用來容易將電沈積金屬,沈積至塑膠基材上的製程一直都存在。典型地,該製程包括有以下步驟:
1)將該塑膠於適當的蝕刻溶液中進行蝕刻,以使得該塑膠的表面變得粗糙與潤濕,而讓後續施加之沈積物具有良好的附著性。
2)使用能夠引發自催化性施加的金屬塗層(例如,銅或鎳)之沈積的金屬(通常為鈀)之膠體或離子溶液,來活化該塑膠表面;
3)沈積一自催化性施加金屬薄層;以及
4)在該金屬化塑膠基材上進行金屬之電沈積作用。
通常,其將會施加銅、鎳及/或鉻的塗層,以產生最終製品。
最為廣泛使用的塑膠基材有丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS),或是摻合有聚碳酸酯的
ABS(ABS/PC)。這些材料是透過射出成型製程,而輕易地形成組件。ABS包含有丙烯腈/苯乙烯共聚物與丁二烯聚合物之硬性基質,以形成一分離相。聚丁二烯係為較軟相(其包含有在聚合物主鏈中之雙鍵),其可以用各種技術而輕易地進行蝕刻。
傳統上,該蝕刻係在較高的溫度下,使用鉻
酸和硫酸的混合物來進行。鉻酸能夠藉著將聚丁二烯聚合物的主鏈中之雙鍵氧化,以將ABS的聚丁二烯相溶解,其已被證實能夠可靠而有效地,應用於較廣範圍之ABS和ABS/PC塑膠。然而,由於鉻酸的毒性與致癌性,其之使用已經日益受到規範。基於這個理由,目前已經針對蝕刻ABS塑膠的其他方法進行相當多的研究,並且已經提出許多用以達成此一目標之方法。
舉例來說,酸性過錳酸鹽能夠將聚丁二烯的
雙鍵氧化。可以藉著以過碘酸根離子來進一步氧化,然後達成斷鍊。臭氧也可以用來氧化聚丁二烯。然而,臭氧的使用是極其危險並具有高毒性。同樣地,三氧化硫可以被用來蝕刻ABS,但是目前其尚未被成功地用於典型的電鍍生產線上。蝕刻ABS塑膠之技術的其他範例,係被描述於Bengston的美國專利公開第2005/0199587號、Sakou等人的美國專利公開第2009/0092757號、以及Gordhanbai等人的美國專利第5,160,600號中,其等之每項標的都在此被整個併入以供參考。
最近已經發現,ABS和ABS/PC塑膠可以如
Pearson等人的美國專利公開第2013/0186774號中所描
述的,在包含有配置於濃硫酸中之錳溶液(III)離子的溶液中進行蝕刻,其標的在此被整個併入以供參考。
為了要將塑膠組件進行電鍍,其等係被連接
到電鍍掛架上,其會將電流傳輸到經過致敏化與金屬化之塑膠組件。該電鍍掛架在經過組裝之後,但是在使用之前,最好要將該掛架的至少一部分,以塑膠或是類似物的絕緣塗層來進行覆蓋,而較佳且通常使用之絕緣塗層,係為例如分散於塑化劑中之聚氯乙烯樹脂的塑溶膠(即「PVC塑溶膠」)。在該電鍍製程中,使用塑溶膠塗層可以防止金屬將該掛架覆蓋。將例如PVC塑溶膠之塑溶膠用於掛架電鍍,係如Zavarella的美國專利第3,357,913號,以及Salman的美國專利第4,297,197號中所述為公眾所習知的,其等之每項標的都在此被整個併入以供參考。
在蝕刻階段中於進行活化之前,鉻酸的使用
可以有效地修改該塑溶膠塗層的表面,以使得其在以鈀活化劑(通常是鈀和錫的膠體)來塗覆之後,可以對抗金屬化。然而,在使用以例如包含有高錳酸鹽或錳(III)的製程之其它蝕刻技術,來取代鉻酸時,電鍍掛架的塑溶膠塗層將以該活化劑來進行塗佈,並接著在該化學電鍍階段中以一層鎳或銅來塗覆。
因此,目前已知蝕刻階段中不使用鉻酸的方
法中之主要問題是,該掛架塗層往往會在後續的無電鍍(electroless plating)階段中被加以鍍敷。這種現象係被稱為「掛架鍍上」(rack plate up),並且其係為任何形式的無鉻蝕刻技術中之主要問題。
在經改質PVC塑溶膠塗層之技術領域中,仍
然需要有能夠用於無鉻刻蝕製程中,而不會在隨後將掛架金屬化,並且不包含會將塑溶膠浸溶(leach)出來的成分,而對處理槽導致有害影響之製程。
本發明之目的是要抑制在電鍍非導電性基材的製程中之「掛架鍍上」現象。
本發明之另一目的是要抑制在電鍍非導電性基材的製程中之「掛架鍍上」現象,其中非導電性基材係使用無鉻蝕刻劑來進行蝕刻。
本發明的又一目的是要提供一種經改質的塑膠溶膠塗層,用於以在電鍍製程中將用於支持非導電性基材的電鍍掛架。
本發明的再一目的是要提供一種經改質的塑膠溶膠塗層,其中該塗層的成分不會將塑溶膠浸溶出至電鍍線路中。
基於此一目的,在一具體實施例中,本發明一般係與一種在電鍍製程中,將用於支持非導電性基材之電鍍掛架進行塗覆的方法有關,該方法包括有以下的步驟:a)將至少一部分的電鍍掛架與一塑溶膠組成物接觸,在該塑溶膠組成物中具有分散於其中之有效量的添加劑,此添加劑具有以下結構:
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於由芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基所組成的群組,並且X=(S)n,其中n=1至6;或
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於C1-C10烷基(直鏈或具支鏈)、芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基,並且M係為二價金屬陽離子,較佳地為選自於由鎳、銅和鋅所組成的群組;以及b)將該塑溶膠固化以於該電鍍掛架上形成固體絕緣塗層。
在另一個具體實施例中,本發明一般係與將非導電性基材金屬化的方法有關,該方法包括有以下的步驟:a)將欲被金屬化之部件安裝在一或多個電鍍掛架上,其中該電鍍掛架係於該電鍍掛架的至少一部分上,塗覆有一塑溶膠組成物,該塑溶膠組成物係具有分散於其中之有效量的添加劑,該添加劑具有以下結構:
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於由芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基所組成的群組,並且X=(S)n,其中n=1至6;或
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於C1-C10烷基(直鏈或具支鏈)、芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基,並且M係為二價金屬陽離子,較佳地為選自於由鎳、銅和鋅所組成的群組;b)將該安裝於經處理的電鍍掛架上之該非導電性基材,以不包含有鉻酸之蝕刻劑來加以蝕刻;c)藉著將其上安裝有非導電性基材之電鍍掛架,浸入包含有鈀的溶液中,而將該非導電性基材的表面加以活化;d)將包含有安裝於其上之經蝕刻與活化的非導電性基材之電鍍掛架,浸入於一無電金屬化浴內,以在其上無電地沈積金屬;以及e)將該非導電基材進行電鍍以於其上鍍上金屬,其中在電鍍掛架上之塑溶膠組成物,仍然不會具有該經無電地沈積之金屬。
本文在此所採用之塑溶膠組成物,係指包括可以被塗覆在一電鍍掛架上,並於其上加以固化之任何絕緣塑膠組成物。
本發明允許在一金屬化步驟中,對用於支持非導電性基材之電鍍掛架進行處理。本文在此所描述的方法,可以在不使用鉻酸下,允許將經蝕刻的塑膠有效地活化,同時避免在該塑膠初始粗糙化採用無鉻酸蝕刻劑之製程中,該掛架會出現「掛架鍍上」之常見問題。此外,本發明一般係與在不包含有鉻酸之加工溶液中進行蝕刻的塑膠(例如ABS和ABS/PC塑膠)之催化與後續金屬化有關,而不會至少部分地在經塗覆掛架上,出現「掛架鍍上」的問題。
本發明的發明人已經發現兩種特殊類型的有機硫化合物,其等在與該塑溶膠塗料結合時,對於防止以塑溶膠塗覆之電鍍掛架的「掛架鍍上」是特別有效的。這些化合物係較佳地以範圍介於大約1至大約20重量%,且更佳地為大約5至大約15重量%之範圍內的濃度下,結合至該塑溶膠塗料內。該有效化合物包括有選自於以下的結構1與2中之化合物。
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於由芣基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基所組成的群組,並且X=(S)n,其中n=1至6。這種結構之特別較佳的化合物,係為二硫化四芐基秋蘭姆(thiuram)。本發明之發明人已經發現,芳族取代基的存在,似乎可以大幅提升功效。
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於C1-C10烷基(直鏈或具支鏈)、芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基,並且M係為二價金屬陽離子,較佳地為選自於由鎳、銅和鋅所組成的群組。
適當的二硫胺基甲酸酯包括有,例如二甲基二硫胺基甲酸鋅(ZDMC)、二乙基二硫胺基甲酸鋅(ZDEC)、二丁基二硫胺基甲酸鋅(ZDBC)、乙基苯基二硫胺基甲酸鋅(ZEPC)、二芐基二硫胺基甲酸鋅(ZBEC)、五亞甲基二硫胺基甲酸鋅(Z5MC)、二丁基二硫胺基甲酸鎳、二甲基二硫胺基甲酸鎳、以及二異壬基二硫胺基甲酸鋅。此種結構的一個特別較佳化合物為二丁基二硫胺基甲酸鎳,其中R、R'、R"和R'''都是丁基,而M則是鎳。
本發明之發明人已經發現,當上述化合物被結合至塑溶膠內,並被用來塗覆一電鍍掛架時,該改質的塑溶膠塗層對於在塑膠組件的加工製程中的蝕刻及活化後,防止在蝕刻後之無電鎳沈積之晶核生成是非常有效的。此外,這些化合物在加工溶液中的溶解度非常低,該加工溶液通常會包括用來增加蝕刻階段之效率的溶劑調節劑。
因此,在一具體實施例中,本發明一般係與在一電鍍製程中,將用於支持非導電基材之電鍍掛架進行塗覆的方法有關,該方法包括有以下之步驟:a)將至少一部分的電鍍掛架與一塑溶膠組成物接觸,該塑溶膠組成物中具有經分散於其中之有效量的具有以下結構之添加劑:
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於由芐基、經取代芐基、苯基或經取代的苯基所組成的群組,並且X=(S)n,其中n=1至6;或者
其中R、R'、R"和R'''係為相同的,或者是獨立地選自於C1-C10烷基(直鏈或具支鏈)、芐基、經取
代芐基、苯基或經取代的苯基,並且M係為二價金屬陽離子,較佳地為選自於由鎳、銅和鋅所組成的群組;以及b)將該塑溶膠組成物固化於該電鍍掛架上。
如果有需要的話,該電鍍掛架可以被加以粗糙化,以為所施加的塑溶膠塗層提供更佳的附著效果。之後,該電鍍掛架係較佳地於施加塑溶膠塗層之前進行預熱,並且該塑溶膠塗層因而係被施加至該經預熱的電鍍掛架上。該電鍍掛架被預熱之溫度,係取決於所使用之塑溶膠的類型,但其係較佳地為落在大約300至大約500℉,更佳地為大約350至約450℉之範圍內。
在一較佳具體實施例中,該塑溶膠塗層是透過於一塑溶膠浴中浸漬塗覆該電鍍掛架來進行施加。該塑溶膠塗層之厚度係典型地落在大約25密耳至大約100密耳或更大的範圍內。
為了獲得足夠的塗層厚度,並使得該塗層不會出現凹坑與空隙,該電鍍掛架可以被多次浸入該塑溶膠浴中。在每次浸漬作業(如果採用多次浸漬步驟的話)之間,該以塑溶膠塗覆的電鍍掛架,係較佳地在一烘箱中以一較短的時間來進行固化,例如大約1至約10分鐘之間,更佳地為大約3和約6分鐘之間。在塑溶膠塗層具備所需厚度之後,該塗層將在大約300與大約400℉之間,更佳地在大約325至大約375℉之間的溫度下,固化至少30分鐘,且基於該塗層厚度以及該烘箱牢固地烘烤(或固化)該塑溶膠層,並形成該固體絕緣塗層之效率,將可以長達3-4小時。
本發明一般還與將非導電性基材金屬化的方法有關,該方法包括有以下步驟:1)如上所述一般地製備一種以塑溶膠塗覆的電鍍掛架;2)將欲被金屬化的部件安裝於該掛架上;3)將安裝於該經處理之掛架上的塑膠組件,於不包含有鉻酸之蝕刻溶液(其包括有例如以高錳酸鹽或是錳(III)為基礎之蝕刻溶液)中進行蝕刻;4)藉著將該電鍍掛架浸於一包含有鈀的溶液中,來活化該塑膠的表面;5)將該掛架浸漬於一加速製程中,以將保護性錫氧化物自該表面去除(在運用膠體鈀/錫活化的情況下),或是將該掛架浸漬於還原製程中,以在該表面上形成鈀金屬(在運用離子鈀的情況下);6)將含有該經蝕刻與活化的部件之該掛架浸漬於一金屬化浴中,以將鎳或是銅化學沈積至該經活化部件的表面上;以及7)將該等部件加以電鍍,典型地係以銅、鎳及/或鉻來進行電鍍。
本發明現在將參照以下之非限制性實施例來加以說明:
一塗覆以PVC塑溶膠塗層(Ohmax,其係為MacDermid,Inc.之商標)之電鍍掛架測試片以及一ABS測試板,係進行以下之製程序列:
1)在溫度50℃下浸漬於鹼性清潔劑(ND7,其係為MacDermid,Inc.之商標)中2分鐘,接著以水進行清洗;
2)在35℃的溫度下,浸漬於包含有碳酸伸丙酯(10%)和丁內酯(5%)的溶劑混合物中3分鐘,接著以水進行清洗;
3)浸入40重量%之硫酸的溶液中1分鐘;
4)依據Pearson等人之美國專利公開第2013/186774號的教示,其等之標的係在此被完整併入以供參考,在65℃的溫度下,浸漬於包含有錳(III)離子與硫酸的塑膠蝕刻溶液中10分鐘。
5)以水進行清洗;
6)在含有抗壞血酸的酸性溶液中進行中和;
7)以水進行清洗;
8)在室溫下浸漬於由30重量%之鹽酸所組成之溶液內1分鐘;
9)在30℃的溫度下浸漬於包含有一鈀膠體(Mactivate D34c,其係可自MacDermid,Inc.公司取得)的活化溶液內3分鐘,接著以水進行清洗;
10)在50℃的溫度下浸漬於一加速器(Ultracel 9369,其係可自MacDermid,Inc.公司取得)內2分鐘,接著以水進行清洗;
11)在30℃的溫度下,浸漬於一無電鎳鍍液(Macuplex J64,其係可自MacDermid,Inc.公司取得)中7分鐘,接著以水進行清洗;
12)將該掛架加以乾燥以進行檢查。
在進行此一處理之後,對該測試片進行檢查,結果發現大約95%之該掛架塗層都被鎳所覆蓋。然後使用50體積%之硝酸溶液,來將該鎳沈積物自該掛架移除,同時重複步驟1-12多次,且係每次循環都使用新鮮的ABS板件。該測試總是會使得該掛架塗層,產生超過85%的覆蓋,並且會完整地覆蓋該ABS板件。
塑溶膠塗層是藉著運用真空混合器,而將5重量%之單硫化四甲基秋蘭姆,結合至Ohmax塑溶膠內,以避免在塑溶膠中摻入氣泡。此一經修飾的塑溶膠係被包含於JP 58-104-197的教示內容中。該塑溶膠係被用於塗覆一電鍍掛架測試片,其然後將會進行與使用於比較例1中相同之製程序列。
在這種情況下,並沒有任何證據顯示在該電鍍掛架上有鍍上鎳,而在同時進行處理的ABS板件則呈現被鎳完全覆蓋的情況。該處理程序係重複五次,每個循環都使用全新的ABS板件。在三個循環之後,該ABS測試板件開始呈現不完全的鎳覆蓋現象,而在五個循環之後,由於製程槽的單硫化四甲基秋蘭姆的污染,該ABS測試板件開始呈現最小的鎳覆蓋。
塑溶膠塗層是藉著運用真空混合器,而將15重量%之二丁基二硫胺基甲酸鎳,結合至Ohmax塑溶膠內,以避免在塑溶膠中摻入氣泡。該經修飾的塑溶膠係被用於塗覆一電鍍掛架,其然後將會進行與使用於比較
例1中相同之製程順序。在此一情況中,並沒有證據顯示電鍍掛架上係被鍍上鎳。
該製程序列係在相同的結果下,被重複進行30次。在每一個循環中,ABS板件係被同時進行處理,並且在每個循環中,該板件都呈現出被鎳完全覆蓋。
塑溶膠塗層是藉著運用真空混合器,而將5重量%之二硫化四芐基秋蘭姆,結合至Ohmax塑溶膠內,以避免在塑溶膠中摻入氣泡。該經改質的塑溶膠係被用於塗覆一電鍍掛架,其然後將會進行與使用於比較例1中相同之製程序列。在此一情況中,並沒有證據顯示電鍍掛架上係被鍍上鎳。
該製程序列在重複進行30次下都出現相同的結果。在每一個循環中,ABS板件係被同時進行處理,並且在每個循環中,該板件都呈現出被鎳完全覆蓋的現象。
Claims (17)
- 一種塗覆用於在電鍍製程中支持非導電性基材的電鍍掛架的方法,該方法包括以下步驟:a)將至少一部分的該電鍍掛架與一塑溶膠組成物接觸,該塑溶膠組成物係具有分散於其中之有效量的添加劑,該添加劑具有以下結構:
- 如請求項1的方法,其中該塑溶膠組成物係為一PVC塑溶膠。
- 如請求項1的方法,其中該添加劑包含有二硫化四芐基秋蘭姆(thiuram)或二硫化四苯基秋蘭姆。
- 如請求項1的方法,其中該添加劑係選自於由二甲基二硫胺基甲酸鋅、二乙基二硫胺基甲酸鋅、二丁基二硫胺基甲酸鋅、乙基苯基二硫胺基甲酸鋅、二芐基二硫胺基甲酸鋅、五亞甲基二硫胺基甲酸鋅、二丁基二硫胺基甲酸鎳、二甲基二硫胺基甲酸鎳、二異壬基二硫胺基甲酸鋅、以及前述之一或多種的組合所組成的群組。
- 如請求項4的方法,其中該添加劑包括有二甲基二硫胺基甲酸鎳。
- 如請求項1的方法,其中該添加劑係以大約1重量%至大約20重量%範圍內之濃度,存在於該塑溶膠組成物中。
- 如請求項6的方法,其中該添加劑係以大約5重量%至大約15重量%範圍內之濃度,存在於該塑溶膠組成物中。
- 如請求項1的方法,其中步驟a)和b)係被重複數次。
- 一種以塑溶膠塗敷的電鍍掛架,其係以如請求項1的方法所製備。
- 一種將非導電性基材金屬化的方法,該方法包括以下步驟:a)將欲被金屬化之部件安裝在一或多個電鍍掛架上,其中該電鍍掛架係塗覆有一塑溶膠組成物,以於該電鍍掛架的至少一部分上形成一固體絕緣塗 層,該塑溶膠組成物係具有分散於其中之有效量的添加劑,該添加劑具有以下結構:
- 如請求項10的方法,其中該塑溶膠組成物係為PVC塑溶膠。
- 如請求項10,其中該添加劑包括二硫化四芐基秋蘭姆或二硫化四苯基秋蘭姆。
- 如請求項10的方法,其中該添加劑係選自於由二甲基二硫胺基甲酸鋅、二乙基二硫胺基甲酸鋅、二丁基二硫胺基甲酸鋅、乙基苯基二硫胺基甲酸鋅、二芐基二硫胺基甲酸鋅、五亞甲基二硫胺基甲酸鋅、二丁基二硫胺基甲酸鎳、二甲基二硫胺基甲酸鎳、二異壬基二硫胺基甲酸鋅、以及前述之一或多種的組合所組成的群組。
- 如請求項13的方法,其中該添加劑包含二甲基二硫胺基甲酸鎳。
- 如請求項10的方法,其中該添加劑係以大約1重量%至大約20重量%範圍內之濃度,存在於該塑溶膠組成物中。
- 如請求項15的方法,其中該添加劑係以大約5重量%至大約15重量%範圍內之濃度,存在於該塑溶膠組成物中。
- 一種電鍍掛架,其在一電鍍製程中用於支持非導電性基材,該電鍍掛架包括有: a)塗覆有塑溶膠組成物的金屬部件,該塑溶膠組成物係具有分散於其中之有效量的添加劑,該添加劑具有以下結構:
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