WO2008065069A1 - Vorrichtung und verfahren zur galvanischen beschichtung - Google Patents

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WO2008065069A1
WO2008065069A1 PCT/EP2007/062805 EP2007062805W WO2008065069A1 WO 2008065069 A1 WO2008065069 A1 WO 2008065069A1 EP 2007062805 W EP2007062805 W EP 2007062805W WO 2008065069 A1 WO2008065069 A1 WO 2008065069A1
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substrate
rollers
roller
switchable
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PCT/EP2007/062805
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Rene Lochtman
Jürgen Kaczun
Norbert Wagner
Jürgen PFISTER
Gert Pohl
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Basf Se
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    • C25D7/0614—Strips or foils
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the galvanic coating of a structured or full-surface base layer on a surface of a substrate, which comprises at least one electrolytic bath with at least one rotatably mounted roller switchable as a cathode, which contacts the base layer during the galvanic coating, wherein the base layer is covered by an electrolyte solution contained in the electrolyte bath and moves during the coating relative to the roller.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are suitable, for example, for printed conductors on printed circuit boards, RFI D antennas, transponder antennas or other antenna structures, chip card modules, flat cables, seat heaters, foil conductors, printed conductors in solar cells or in LCD or plasma picture screens or galvanically produce coated products in any form. Also, the device is suitable for the production of decorative or functional surfaces on products that can be used to shield electromagnetic radiation, for heat conduction or as packaging.
  • a method and apparatus for electrolytically enhancing the thickness of an electrically conductive structure on a dielectric substrate is known, for example, from WO-A 2005/076680.
  • the device described here is suitable for the coating of flexible carriers. These are guided around a roller, on whose outer circumference rotatable cylindrical electrodes are accommodated about their longitudinal axis. The electrodes are each enclosed by shielding elements. Electrodes associated with the film on which the structure to be coated is associated are cathodically connected. Electrodes that are not in contact with the film to be coated can be replaced, for example. Preferably, the roller is only half immersed in an electrolyte solution. This avoids the deposition of metal on electrodes that are not in contact with the film.
  • the shielding elements which surround the cylindrical electrodes are made of a dielectric material, for example rubber or plastic.
  • WO-A 2005/076680 Disadvantage of the embodiment according to WO-A 2005/076680 is that this is only suitable for coating of flexible circuit carriers. Rigid circuit carriers can not be coated with the device. Another disadvantage is that the electrodes are permanently charged with voltage, so that even on electrodes, which are not in communication with the flexible supports to be coated, can deposit metal.
  • Object of the present invention is to provide a device for galvanic coating, can be coated with the structured or full-surface base layers on a surface of a substrate, which may be rigid or flexible, and in which a metal deposition on the electrode is reduced or prevented ,
  • a device for galvanic coating of a structured or full-surface base layer on a surface of a substrate which comprises at least one electrolyte bath with at least one switchable as a cathode, rotatably mounted roller which contacts the base layer during the galvanic coating.
  • the base layer is covered by an electrolyte solution contained in the electrolyte bath and moves relative to the roller during the coating.
  • the roller is switched cathodically during contact with the base layer and switched off or anodically when there is no contact with the base layer.
  • the fact that the base layer moves relative to the roller during the coating means that either the substrate with the base layer is held stationary and the roller is moved over it, or that the roller is held stationary and the substrate with the base layer is moved along the roller ,
  • Galvanically coatable structured or full-surface base layers on a surface of a substrate can be produced for example by methods known in the art of printed circuit board manufacturing.
  • a one- or two-sided copper-clad substrate is processed by the etching and resist method known to the person skilled in the art, whereby a structured, electrically coatable base layer of copper is produced.
  • all other methods known to those skilled in the art can be used.
  • Galvanically coatable structured or full-surface base layers on a surface of a substrate can furthermore be produced, for example, by providing a structured or full-surface base layer with a dispersion which is at least electroplatable particles and a matrix material containing, applied, the applied dispersion is at least partially dried and / or at least partially cured and optionally the electrically conductive particles are exposed on the surface of the remaining base layer by at least partial chemical, physical or mechanical removal of the matrix.
  • rigid or flexible carriers are suitable as the substrate on which the structured or full-surface base layer to be galvanically coated is applied.
  • the carrier is not electrically conductive. This means that the specific resistance is more than 10 9 ohm cm.
  • Suitable carriers are, for example, reinforced or unreinforced polymers, as are commonly used for printed circuit boards.
  • Suitable polymers are epoxy resins, or modified epoxy resins, for example bifunctional or polyfunctional bisphenol A or bisphenol F resins, epoxy novolac resins, brominated epoxy resins, aramid-reinforced or glass-fiber-reinforced or paper-reinforced epoxy resins (for example FR4), glass-fiber reinforced plastics, liquid cristal Polymers (LCP), polyphenylene sulfides (PPS), polyoxymethylenes (POM), polyaryl ether ketones (PAEK), polyether ether ketones (PEEK), polyamides (PA), polycarbonates (PC), polybutylene terephthalates (PBT), polyethylene terephthalates (PET), polyimides.
  • LCP liquid cristal Polymers
  • PPS polyphenylene sulfides
  • POM polyoxymethylenes
  • PAEK polyaryl ether ketones
  • PEEK polyether ether ketones
  • PA polyamides
  • PC polycarbonates
  • PBT polybutylene
  • the carrier can be both rigid and flexible.
  • the base layer preferably contains galvanically coatable particles in a matrix material.
  • a dispersion containing the electrodepositable particles in the matrix material is applied.
  • the electrolytically coatable particles may be particles of any geometry made of any arbitrary electrically conductive material, of mixtures of different electrically conductive materials or of mixtures of electrically conductive and non-conductive materials.
  • Suitable electrically conductive materials are, for example, carbon, electrically conductive metal complexes, conductive organic compounds or conductive polymers or metals, preferably zinc, nickel, copper, tin, cobalt, manganese, iron, magnesium, lead, chromium, bismuth, silver, gold, aluminum , Titanium, palladium, platinum, tantalum and alloys thereof, or metal mixtures containing at least one of these metals.
  • suitable alloys are CuZn, CuSn, CuNi, SnPb, SnBi, SnCo, NiPb, ZnFe, ZnNi, ZnCo and ZnMn. Particular preference is given to aluminum, iron, copper, nickel, zinc, carbon and mixtures thereof.
  • the electrodepositable particles have an average particle diameter of 0.001 to 100 .mu.m, preferably from 0.005 to 50 .mu.m and particularly preferably from 0.01 to 10 microns.
  • the average particle diameter can be determined by means of laser diffraction measurement, for example on a Microtrac X100 device.
  • the distribution of the particle diameter depends on their production method. Typically, the diameter distribution has only one maximum, but several maxima are also possible.
  • the surface of the electrodepositable particles may be at least partially provided with a coating ("coating"). Suitable coatings may be inorganic (for example SiC> 2 , phosphates) or organic in nature. Of course, the electrodepositable particles may also be coated with a metal or metal oxide. Also, the metal may be in partially oxidized form.
  • the electrodepositable particles can be done by a mixture of these metals. It is particularly preferred if the metals are selected from the group consisting of aluminum, iron, copper, nickel and zinc.
  • the electrodepositable particles may also include a first metal and a second metal in which the first metal is in the form of an alloy (with the first metal or one or more other metals) or the electrodepositable particles contain two different alloys.
  • the shape of the electrodepositable particles has an influence on the properties of the dispersion after a coating. With regard to the shape, numerous variants known to the person skilled in the art are possible.
  • the shape of the electrodepositable particles may be, for example, acicular, cylindrical, plate-shaped or spherical. These particle shapes represent idealized shapes, wherein the actual shape, for example due to production, may vary more or less strongly therefrom. For example, drop-shaped particles in the context of the present invention are a real deviation of the idealized spherical shape.
  • Galvanic coatable particles with different particle shapes are commercially available.
  • the individual mixing partners can also have different particle shapes and / or particle sizes. It is also possible to use mixtures of one type of electrodepositable particles having different particle sizes and / or particle shapes. In the case of different particle shapes and / or particle sizes, the metals aluminum, iron, copper, nickel and zinc as well as carbon are also preferred.
  • the electroplateable particles in the form of their powders can be added to the dispersion.
  • Such powders for example metal powders
  • Such powders are common commercial products and can easily be produced by means of known processes, for example by electrolytic deposition or chemical reduction from solutions of metal salts or by reduction of an oxidic powder, for example by means of hydrogen, by spraying or atomizing a molten metal, in particular in cooling media, for example gases or water. Preference is given to the gas and water atomization and the reduction of metal oxides.
  • Metal powders of the preferred grain size can also be made by grinding coarser metal powders. For this purpose, for example, a ball mill is suitable.
  • the carbonyl iron powder process is preferred for producing carbonyl iron powder.
  • This is done by thermal decomposition of iron pentacarbonyl. This is described, for example, in Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A14, page 599.
  • the decomposition of the iron pentacarbonyl can be carried out, for example, at elevated temperatures and elevated pressures in a heatable decomposer which comprises a tube made of a heat-resistant material such as quartz glass or V2A steel in a preferably vertical position, which consists of a heating device, for example consisting of Heating baths, heating wires or is surrounded by a heating medium flowing through a heating jacket.
  • Platelet-shaped, galvanically coatable particles can be controlled by optimized conditions in the production process or subsequently obtained by mechanical treatment, for example by treatment in a stirred ball mill.
  • the proportion of electrolytically coatable particles in the range of 20 to 98 wt .-%.
  • a preferred range of the proportion of the electrodepositable particles is 30 to 95 wt .-% based on the total weight of the dried base layer.
  • Suitable matrix materials include, for example, binders having a pigmentary anchor group, natural and synthetic polymers and their derivatives, natural resins and synthetic resins and their derivatives, natural rubber, synthetic rubber, proteins, cellulose derivatives, drying and non-drying oils and the like. These can - but need not - be chemically or physically curing, for example air-hardening, radiation-curing or temperature-curing.
  • the matrix material is a polymer or polymer mixture.
  • Preferred polymers as the matrix material are ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene); ASA (acrylonitrile-styrene-acrylate); acrylated acrylates; alkyd resins; Alkylvinylacetate; Alkylenvi- nylacetat copolymers, in particular methylene vinyl acetate, ethylene vinyl acetate, butylene vinyl acetate; Alkylenvinylchlorid copolymers; amino resins; Aldehyde and ketone resins; Cellulose and cellulose derivatives, in particular hydroxyalkylcellulose, cellulose esters, such as acetates, propionates, butyrates, carboxyalkylcelluloses, cellulose nitrate; Epoxy acrylate; epoxy resins; modified epoxy resins, for example bifunctional or polyfunctional bisphenol A or bisphenol F resins, epoxy novolac resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins; aliphatic
  • Particularly preferred polymers as matrix material are acrylates, acrylate resins, cellulosic derivatives, methacrylates, methacrylate resins, melamine and amino resins, polyalkylenes, polyimides, epoxy resins, modified epoxy resins, for example bifunctional or polyfunctional bisphenol A or bisphenol F resins, epoxy novolak resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins; aliphatic epoxy resins, glycidyl ethers, vinyl ethers, and phenolic resins, polyurethanes, polyesters, polyvinyl acetals, polyvinyl acetates, polystyrenes, polystyrene copolymers, polystyrene acrylates, styrene-butadiene block copolymers, alkylene vinyl acetates and vinyl chloride copolymers, polyamides and their copolymers.
  • the matrix material for the dispersion is preferably thermally or radiation-curing resins, for example modified epoxy resins, such as bifunctional or polyfunctional bisphenol A or bisphenol F resins, epoxy novolac resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins; aliphatic epoxy resins, glycidyl ethers, cyanate esters, vinyl ethers, phenolic resins, polyimides, melamine resins and amino resins, polyurethanes, polyesters and cellulose derivatives.
  • modified epoxy resins such as bifunctional or polyfunctional bisphenol A or bisphenol F resins, epoxy novolac resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins; aliphatic epoxy resins, glycidyl ethers, cyanate esters, vinyl ethers, phenolic resins, polyimides, melamine resins and amino resins, polyurethanes, polyesters and cellulose derivatives.
  • the proportion of the organic binder component is from 0.01 to 60% by weight.
  • the proportion is 0.1 to 45 wt .-%, more preferably 0.5 to 35 wt .-%.
  • the dispersion containing the electrically conductive particles and the matrix material it is also possible for the dispersion to be admixed with a solvent or a solvent mixture in order to obtain the dispersion required for the respective application. drive to adjust the appropriate viscosity of the dispersion.
  • Suitable solvents are, for example, aliphatic and aromatic hydrocarbons (for example n-octane, cyclohexane, toluene, xylene), alcohols (for example methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, amyl alcohol ), polyhydric alcohols such as glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, alkyl esters (for example methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, isopropyl acetate, 3-methylbutanol), alkoxy alcohols (for example methoxypropanol, methoxybutanol, ethoxypropanol), alkylbenzenes (for example, ethylbenzene, isopropylbenzene), butyl glycol
  • Preferred solvents are alcohols (for example, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol), alkoxyalcohols (for example, methoxypropanol, ethoxypropanol, butylglycol, butyldiglycol), butyrolactone, diglycol dialkyl ethers, diglycol monoalkyl ethers, dipropylene glycol dialkyl ethers, dipropylene glycol monoalkyl ethers, esters (for example, ethyl acetate, butyl acetate , Butyl glycol acetate, butyl diglycol acetate, diglycol alkyl ether acetates, dipropylene glycol alkyl ether acetates, DBE), ethers (for example tetrahydrofuran), polyhydric alcohols such as glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, ketones (for
  • alkoxy alcohols for example ethoxypropanol, butylglycol, butyldiglycol
  • polyhydric alcohols such as glycerol, esters (for example butyldiglycol acetate, butylglycol acetate, dipropylene glycol methyl ether acetates), water, cyclohexanone, butyrolactone, N- Methylpyrrolidone, DBE and mixtures thereof as a solvent particularly preferred.
  • liquid matrix materials eg liquid epoxy resins, acrylate esters
  • the respective viscosity can alternatively also be adjusted via the temperature during the application, or via a combination of solvent and temperature
  • the dispersion may further contain a dispersant component. This consists of one or more dispersants.
  • dispersants known to the person skilled in the art for use in dispersions and described in the prior art are suitable.
  • Preferred dispersants are surfactants or surfactant mixtures, for example anionic, cationic, amphoteric or nonionic surfactants.
  • the dispersant may be used in the range of 0.01 to 50% by weight based on the total weight of the dispersion.
  • the proportion is 0.1 to 25 wt .-%, particularly preferably 0.2 to 10 wt .-%.
  • the dispersion of the invention may contain a filler component.
  • This may consist of one or more fillers.
  • the filler component of the metallizable composition may contain fibrous, layered or particulate fillers or mixtures thereof. These are preferably commercially available products, such as carbon and mineral fillers.
  • fillers or reinforcing materials such as glass powder, mineral fibers, whiskers, aluminum hydroxide, metal oxides such as alumina or iron oxide, mica, quartz powder, calcium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide or wollastonite can be used.
  • thixotropic agents for example silica, silicates, such as aerosils or bentonites or organic thixotropic agents and thickeners, such as polyacrylic acid, polyurethanes, hydrogenated castor oil, dyes, fatty acids, fatty acid amides, plasticizers, wetting agents, defoamers, Lubricants, drying agents, crosslinkers, photoinitiators, complexing agents, waxes, pigments, conductive polymer particles, can be used.
  • thixotropic agents for example silica, silicates, such as aerosils or bentonites or organic thixotropic agents and thickeners, such as polyacrylic acid, polyurethanes, hydrogenated castor oil, dyes, fatty acids, fatty acid amides, plasticizers, wetting agents, defoamers, Lubricants, drying agents, crosslinkers, photoinitiators, complexing agents, waxes, pigments, conductive polymer particles, can be used.
  • the proportion of the filler component based on the total weight of the dry coating is preferably 0.01 to 50 wt .-%. Further preferred are 0.1 to 30 wt .-%, particularly preferably 0.3 to 20 wt .-%. Furthermore, processing aids and stabilizers such as UV stabilizers, lubricants, corrosion inhibitors and flame retardants can be present in the dispersion according to the invention. Usually, their proportion based on the total weight of the dispersion 0.01 to 5 wt .-%. Preferably, the proportion is 0.05 to 3 wt .-%.
  • the structured or full-surface base layer is printed with the dispersion by any printing method on the support.
  • the printing process used to print the patterned surface is, for example, a web or sheetfed printing process, such as screen printing, gravure, flexo, letterpress, pad printing, inkjet, Lasersonic® as described in DE10051850, or offset printing.
  • Such coating methods are, for example, casting, brushing, knife coating, brushing, spraying, dipping, rolling, powdering, fluidized bed or the like.
  • the layer thickness of the structured or full surface area produced by the printing or the coating method preferably varies between 0.01 and 50 ⁇ m, more preferably between 0.05 and 25 ⁇ m and particularly preferably between 0.1 and 15 ⁇ m.
  • the layers can be applied both over the entire surface as well as structured.
  • the base layer by applying an adhesive layer and the subsequent transfer of the electrodepositable particles.
  • the material of the adhesive layer preferably corresponds to the above-described matrix material of the dispersion.
  • the adhesive layer is preferably applied by a printing process. The printing process can be the same as described above for the application of the dispersion.
  • the galvanically coatable particles can be transferred from a transfer medium to the adhesive layer, for example.
  • a transfer medium for example, any rigid or flexible carrier on which the electroformable particles can be applied can be used as the transfer medium.
  • Suitable materials for the transfer medium are, for example, metals, glass, ceramic, plastic or any composite materials.
  • the electrolytically coatable particles contained therein can be at least partially exposed in order to obtain already galvano-coatable nucleation sites, which can be found in the following galvanic coating can deposit the metal ions to form a metal layer. If the particles consist of materials which oxidize easily, it may additionally be necessary to at least partially remove the oxide layer beforehand. Depending on the implementation of the method, for example, when using acidic electrolyte solutions, the removal of the oxide layer can already take place simultaneously with the onset of galvanic coating, without an additional process step is required.
  • An advantage of exposing the particles before the galvanic coating is that, by exposing the particles, an approximately 5 to 10% by weight lower proportion of electrodepositable particles must be contained in the base layer in order to obtain a continuous electrically conductive surface, as this is the case when the particles are not exposed. Further advantages are the homogeneity and consistency of the coatings produced and the high process reliability.
  • Exposure of the electrodepositable particles can be either mechanical, for example by brushing, grinding, milling, sandblasting or supercritical carbon dioxide irradiation, physically, for example by heating, lasing, UV light, corona or plasma discharge, or chemically.
  • a chemical exposure it is preferable to use a chemical or chemical mixture suitable for the matrix material.
  • the matrix material can be at least partially dissolved and washed down by a solvent on the surface, or the chemical structure of the matrix material can be at least partially destroyed by means of suitable reagents, thereby exposing the electrodepositable particles.
  • reagents that swell the matrix material are suitable for exposing the electrodepositable particles.
  • the swelling results in cavities into which the metal ions to be deposited can penetrate from the electrolyte solution, as a result of which a larger number of electrolytically coatable particles can be metallized.
  • the adhesion, the homogeneity and the continuity of the subsequently electrodeposited metal layer are significantly better than in the methods described in the prior art. Due to the higher number of exposed, electrodepositable particles, the process speed in the metallization is also much higher, whereby additional cost advantages can be achieved.
  • the removal of the electrolessly and / or electrolytically coatable particles preferably takes place with an oxidizing agent , The oxidizing agent broken the bonds of the matrix material, whereby the binder can be peeled off and thereby the particles are exposed.
  • Suitable oxidizing agents are, for example, manganates such as potassium permanganate, potassium manganate, sodium permanganate, sodium manganate, hydrogen peroxide, oxygen, oxygen in the presence of catalysts such as manganese, molybdenum, bismuth, tungsten and cobalt salts, ozone, vanadium pentoxide, selenium dioxide, Ammonium polysulfide solution, sulfur in the presence of ammonia or amines, manganese dioxide, potassium ferrate, dichromate / sulfuric acid, chromic acid in sulfuric acid or in acetic acid or in acetic anhydride, nitric acid, hydroiodic acid, hydrobromic acid, pyridinium dichromate, chromic acid-pyridine complex, chromic anhydride, chromium ( VI) oxide, periodic acid, lead tetraacetate, quinone, methylquinone, anthraquinone, bromine, chlorine, fluorine, iron (III) salt solutions
  • manganates such as potassium permanganate, potassium manganate, sodium permanganate; Sodium manganate, hydrogen peroxide, N-methyl-morpholine N-oxide, percarbonates, for example sodium or potassium percarbonate, perborates, for example sodium or potassium perborate; Persulfates, for example sodium or potassium persulfate; Sodium, potassium and ammonium peroxodis and monosulfates, sodium hypochlorite, urea-hydrogen peroxide adducts, salts of oxohalogenic acids, such as, for example, chlorates or bromates or iodates, salts of halogenated acids, for example sodium periodate or sodium perchlorate, tetrabutylammonium peroxydisulfate, quinones , Iron (III) salt solutions, vanadium pentoxide, pyridinium dichromate, hydrochloric acid, bromine, chlorine, dichromate.
  • Iron (III) salt solutions vanadium pen
  • potassium permanganate potassium manganate, sodium permanganate, sodium manganate, hydrogen peroxide and its adducts
  • perborates percarbonates, persulfates, peroxodisulfates, sodium hypochlorite and perchlorates.
  • acidic or alkaline chemicals and / or chemical mixtures are, for example, concentrated or dilute acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid or nitric acid. Also organic acids, such as formic acid or acetic acid, may be suitable depending on the matrix material.
  • Suitable alkaline chemicals and / or chemical mixtures are, for example, bases, such as sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, ammonium hydroxide or carbonates, for example sodium carbonate or potassium carbonate.
  • bases such as sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, ammonium hydroxide or carbonates, for example sodium carbonate or potassium carbonate.
  • the temperature may be increased during the process.
  • Solvents can also be used to expose the electrodepositable particles in the matrix material.
  • the solvent must be matched to the matrix material as the matrix material must dissolve in the solvent or swell through the solvent. If a solvent is used in which the matrix material dissolves, the base layer is only brought into contact with the solvent for a short time, so that the upper layer of the matrix material is dissolved and thereby becomes detached.
  • Preferred solvents are xylene, toluene, halogenated hydrocarbons, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), diethylene glycol monobutyl ether.
  • MEK methyl ethyl ketone
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • diethylene glycol monobutyl ether diethylene glycol monobutyl ether.
  • the temperature during the dissolution process can be increased.
  • Suitable mechanical methods include, for example, brushing, grinding, abrasive polishing, or jet blasting, blasting, or supercritical carbon dioxide blasting.
  • a suitable abrasive is, for example, pumice.
  • the water jet preferably contains small solid particles, for example, pumice (Al 2 ⁇ 3 ) having an average particle size distribution of 40 to 120 .mu.m, preferably from 60 to 80 .mu.m, and quartz powder (SiO 2 ) with a particle size> 3 microns.
  • the oxide layer is at least partially removed.
  • the removal of the oxide layer can take place, for example, chemically and / or mechanically.
  • Suitable substances with which the base layer can be treated to chemically remove an oxide layer from the electrodepositable particles are, for example, acids such as concentrated or dilute sulfuric acid or concentrated or dilute hydrochloric acid, citric acid, phosphoric acid, sulfamic acid, formic acid, acetic acid ,
  • Suitable mechanical methods for removing the oxide layer from the electrodepositable particles are generally the same as the mechanical methods of exposing the particles.
  • the composition of the electrolyte solution used for coating depends on which metal the base layer is to be coated on the substrate. In principle, all metals that are nobler or equally noble as the base metal of the base layer can be used for the galvanic coating. Typical metals which are deposited by electroplating are, for example, gold, nickel, palladium, platinum, silver, tin, copper or chromium. The thicknesses of the one or more deposited layers are within the usual range known to the person skilled in the art and are not essential to the invention.
  • Suitable electrolyte solutions which can be used for coating electrically conductive structures are known to the person skilled in the art, for example, from Werner Jillek, Gustl Keller, Handbuch der Porterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, 2003, Vol. 4, pages 332 to 352.
  • the at least one roller which is mounted as cathodically switchable and rotatably, received stationary in the electrolyte bath, while the substrate is transported with the base layer through the electrolyte bath. During transport of the substrate with the base layer, the roller moves over the base layer. In this case, the base layer is contacted. As long as the roller is in contact with the base layer and is cathodically connected, metal is deposited from the electrolyte solution on the base layer. A closed metal layer is formed. In order to produce a thicker metal layer on the base layer, it is preferred that at least two cathodically switchable rollers are connected in series in the electrolyte bath.
  • the contact time of the base layer with the cathode is increased. Due to the longer contact time, more metal is deposited on the base layer. This leads to a thicker metal coating of the base layer.
  • a shield which prevents supply of electrolyte solution to the surface of the rolls.
  • the shield itself is preferably made of an electrically nonconductive material to prevent the shields from being charged negatively, so that it can settle on this metal. Suitable materials for the shields are, for example, plastics such as PVC, EPDM, silicone rubber.
  • the shields are open to the substrate with the base layer so that the roller can contact the base layer on this side.
  • a gap is formed between the shield and the surface of the substrate.
  • the gap between the shield and the surface of the substrate is closed by an elastic lip.
  • the material for the elastic lip is any elastomer that has a lower hardness than the surface of the base layer or the metallic coating. This will prevent them from being damaged. Suitable materials for the elastic lip are, for example, EPDM, silicone rubber.
  • the elastic lip closes a gap between the shield and the roller.
  • the roller By closing the gap between the roller and the shield, it is also possible for the roller to move.
  • electrolyte solution can get into the space between the shield and the roller when no substrate is in the region of the roller.
  • the gap between the shield and the surface of the substrate is largely sealed by a roller having an elastic surface.
  • the roller with an elastic surface lies on the one hand on the surface of the substrate provided with the base layer and on the other hand on the cathodically switchable roller.
  • the roller having an elastic surface it is also possible for the roller having an elastic surface to be in contact, on the one hand, with the surface of the substrate provided with the base layer and, on the other hand, with the shield.
  • the gap between the shield and the cathodically switchable roller can be largely sealed by the roller with elastic surface.
  • the roller with elastic surface rests on the one hand on the shield and on the other hand on the cathodically switchable roller.
  • the elastic lip or the elastic surface roll is arranged so that when a substrate having the patterned or full-surface base layer to be coated contacts the cathodically-switchable roll, the gap between the substrate and the roll is sealed, thereby not supplying electrolyte solution to the roll At the same time, the space between the cathodically switchable roller and the shield can be largely sealed by the elastic lip or the waist with elastic surface.
  • the space between the shield and the cathodically switchable roll surrounding the cathodically switchable roll be largely extended by the elastic lip or roll having an elastic surface - is sealed, so that as possible no electrolyte solution can flow into this room.
  • the electrolyte solution is always kept away from the surface of the cathodically switchable roller and as far as possible prevents metal deposition on the cathodically switchable roller.
  • the elastic surface roller sealing the gap between the substrate and the shield or between the cathodic switchable roller and the shield may have a non-elastic core made of, for example, metal such as steel or aluminum and an elastic coating.
  • the elastic coating is for example a coating of EPDM or silicone rubber.
  • the roller with elastic surface is made entirely of elastic material. However, this must then have a sufficiently high strength, so that it is avoided that the roller with elastic surface is at least partially squeezed and pulled between the cathodically switchable roller and the substrate.
  • the material for the roller with elastic surface if this is made entirely of elastic material, for example, the same materials as for seals are.
  • the roller can then be made of EPDM or silicone rubber, for example.
  • an anode is received in each case between the shields of two rollers.
  • the anode is preferably designed as a grid anode. This offers the advantage that electrolyte solution can be fed along the anode.
  • soluble anodes As an alternative to the possibility of supplying electrolyte, it is also possible to use soluble anodes.
  • the soluble anodes then preferably contain the metal with which the structured or full-surface base layer is galvanically coated. During the current flow, in this case the metal from the soluble anode goes into solution and then settles on the cathodically connected base layer.
  • the power supply to the individual cathodically switchable rollers is effected for example by sliding contacts.
  • the sliding contacts are preferably formed within the shield.
  • the pressing of the rollers against the sliding contacts takes place, for example, through the substrate on which the structured or full-surface base layer to be coated is located.
  • the cathodically switchable rollers are displaceable perpendicular to the surface of the substrate.
  • a force acts on the roller which removes them from the sliding contact.
  • the cathodically switchable roller is raised against this force and pressed against the sliding contact.
  • the gravitational force by which the rollers are removed from the grinding contact when there is no substrate in the area of the rollers is sufficient.
  • the force required to remove the roller from the sliding contact for example, be applied by spring elements.
  • the cathodically switchable rollers with sliding contacts it is also possible, for example, to use sensors which detect whether the roller is in contact with a base layer to be coated. As soon as it is detected that the cathodically switchable roller contacts a base layer to be coated, a voltage is applied to the cathodically switchable roller. As soon as the sensors detect that there is no contact with a base layer to be coated, the current flow is interrupted again.
  • the sensors with which it is detected whether the roller is in contact with a substrate having a structured or full-surface base layer to be coated are, for example, optical or mechanical.
  • the power can then be supplied to the roller axles via slip rings.
  • the regulation of the power supply via an optical or mechanical sensor is particularly preferred when the substrate has only a very small thickness. In this case, the thickness of the substrate would be insufficient to provide a sufficiently large stroke to push the roller against a sliding contact to produce the power supply. This is the case, for example, when the base layer to be coated is on a thin film carrier.
  • the at least one roller can also be permanently switched cathodically. Resulting metal deposits are still significantly reduced by the Ableungsvorlidept compared to systems such as are known in the prior art. This offers corresponding cost advantages, as the rollers have longer operating times and shorter maintenance intervals.
  • two rolls each lie opposite, between which the substrate is passed.
  • the base layer on the upper side and the base layer on the lower side of the substrate can be simultaneously coated.
  • Another advantage of the opposing rollers is that they can be used simultaneously for transporting the substrate through the electrolyte bath. For this purpose, at least some of the rollers are driven.
  • the transport of the substrate can also take place in that the rollers face a transport device.
  • the transport device may, for example, comprise individual driven rollers on which the substrate is conveyed.
  • the conveying device may comprise, for example, a conveyor belt on which the substrate rests. If the rollers face a conveyor, however, only one side of the substrate can be coated. In order then to coat a base layer possibly present on the underside of the substrate, it is necessary to turn over the substrate and to pass it a second time through the device for electroplating or to provide a second device through which the substrate is guided.
  • the substrate be rotated.
  • the axis of rotation about which the substrate can be rotated is arranged perpendicular to the base layer of the substrate to be coated.
  • the anode is disposed inside the rotating roller.
  • the rotating roller on which the cathodically switchable rollers are arranged designed as a hollow shaft.
  • the rollers that are not in contact with the substrate may, for example, be covered with a shield.
  • shields serve to concentrate the course of the main current on the way from the central anode to the substrate and to limit the current flow of the secondary current from the anodically connected contact rollers to the auxiliary cathodes. As a result, the current efficiency for the metallization of the substrate can be improved.
  • the shields are not required.
  • the rolls which are not in contact with the structured or full-surface base layer on the substrate are anodically switched.
  • the metal previously deposited on the roller is removed from this again.
  • the cleaning of the cathodically switchable rollers can also be done by removing the rollers outside the electrolyte bath. However, this is possible with an arrangement of the rollers in series only if no substrate is coated. In the arrangement of the cathodically switchable rollers on a rotating shaft, it is possible to remove and clean off the cathodically switchable rollers that do not contact the base layer.
  • the method according to the invention and the device according to the invention for the galvanic coating of structured or full-surface base layers on a substrate are suitable, for example, for producing printed conductors on printed circuit boards.
  • Such printed circuit boards are, for example, those with multilayer inner and multilayer outer layers, micro-via-chip-on-board, flexible and rigid printed circuit boards and are incorporated, for example, in products such as computers, telephones, televisions, automotive electrical components, keyboards, Radios, video, CD, CD-ROM and DVD players, game consoles, measuring and control devices, sensors, electrical kitchen appliances, electric toys, etc.
  • electrically conductive structures can be coated on flexible circuit carriers.
  • flexible circuit carriers are, for example, plastic films made of the materials mentioned above for the carrier, on which electrically conductive structures are printed.
  • two-dimensional or three-dimensional Molded Interconnected Devices can be produced with the method according to the invention, for example.
  • antennas with contacts for organic electronic components as well as coatings on surfaces consisting of electrically non-conductive material for electromagnetic shielding (shielding) is also possible.
  • a use is also possible in the field of flow fields of bipolar plates for use in fuel cells.
  • the scope of the inventive device and the method according to the invention enables a cost-effective production of metallized, even non-conductive substrates, in particular for use as switches and sensors, absorbers for electromagnetic radiation or gas barriers or decorative parts, especially decorative parts for motor vehicles, Sani tär-, toys , Household and office space and packaging and films.
  • Textiles can be electrically and magnetically functionalized using the method according to the invention (antennas, transmitters, RFID and transponder antennas, sensors, heating elements, anti-static (also for plastics), shielding, etc.).
  • the method according to the invention as well as the device according to the invention can likewise be used for the metallization of holes, wires, blind holes etc., for example in printed circuit boards, RFI D antennas or transponder antennas, flat cables, foil conductors with the aim of a through-connection of the upper and lower printed circuit board side. This also applies if other substrates are used.
  • the metalized articles produced in the device according to the invention or produced by the method according to the invention - if they comprise magnetizable metals - find application in areas of magnetizable functional parts, such as magnetic boards, magnetic games, magnetic surfaces, for example in refrigerator doors. They also find application in areas where one good thermal conductivity is advantageous, for example in films for seat heaters, underfloor heating and insulation materials.
  • Preferred uses of the galvanically coated surfaces according to the invention are those in which the products thus produced are printed circuit boards, RFID antennas, transponder antennas, seat heaters, flat cables, contactless chip cards, thin metal foils or polymer carriers laminated on one or two sides, foil conductors, conductor tracks in solar cells or in LCD or plasma screens or as a decorative application such as for packaging materials are used.
  • the method according to the invention and the device according to the invention for the galvanic coating of individual plates, for example for circuit boards, can be used.
  • the dimensions of the cathodically switchable rollers and the distance from roller to roller resulting from the smallest, uniformly to be electroplated structure length The smaller the smallest structure length to be electroplated, the smaller the distance between two rolls and thus also the roll diameter should be selected.
  • FIG. 1 shows a device designed according to the invention with series-connected, opposing rolls
  • FIG. 2 shows an inventively designed device in which the cathodically switchable rollers are arranged on a rotatable shaft.
  • FIG. 1 shows a device designed according to the invention with series-connected, opposing rollers.
  • a device according to the invention for electroplating 1 comprises rollers 2 which are cathodically switchable.
  • rollers 2 which are cathodically switchable.
  • Form three rollers 2 are connected in series and there are each two rollers 2 opposite.
  • the rollers 2 are located in a bath 3.
  • the bath 3 contains an electrolyte solution 5.
  • the composition of the electrolyte solution depends on which material is to be coated.
  • a metallic coating is applied by galvanic methods.
  • Typical metals which are deposited by the galvanic coating are, for example, gold, nickel, palladium, platinum, silver, tin, copper or chromium. In principle, however, all metals can be used for the galvanic coating, which are nobler or gleichedel as the base metal of the base layer. If necessary, several devices can be run through successively from the substrate to be coated. In this case, the base layer can be coated on the substrate, if necessary, in succession with different metals.
  • the device for galvanic coating 1 is supplied to a substrate 7, which has a base layer 9, which is galvanically coatable.
  • the base layer 9 can be either structured or full-surface. In the embodiment illustrated in FIG. 1, the base layer 9 is structured. Also located on both the top 11 of the substrate 7 and on the bottom 13 of the substrate 7 each have a base layer 9, which is electroplated.
  • the substrate 7 with the electrodepositable base layer 9 is in each case passed between two opposing rollers 2. By passing the substrate 7, whose direction of movement is shown by an arrow 15, the rollers 2 are displaced perpendicular to the direction of movement 15 of the substrate 7. In a first pair of rollers 17, which contacts the substrate 7 with the base layer 9, the starting position is shown in dashed lines and the position after contacting with a solid line.
  • the upper roller of the first pair of rollers 17 is raised and the lower roller of the first pair of rollers 17 is pressed down.
  • the rollers 2 of the first pair of rollers 17 are each contacted with a sliding contact 19.
  • the rollers 2 of the first pair of rollers 17 are connected cathodically.
  • the contact of the rollers 2 with the base layer 9 on the substrate 7 and the base layer 9 is connected cathodically. It separates metal from the electrolyte solution 5 on the base layer 9 from.
  • the rollers 2 are each surrounded by a shield 21. concluded.
  • electrolyte solution reaches the surface of the rollers 2.
  • elastic lips 23 are preferably formed on the shields. If there is no substrate between two rolls of a roll pair, as is the case, for example, with the second roll pair 25 or the third roll pair 27, the elastic lips 23 are preferably in contact with the roll 2. As soon as the substrate 7 with the base layer 9 is passed between two opposite rollers 2 of a pair of rollers 17, as shown in FIG.
  • the elastic lips 23 are preferably located on the upper side 11 or lower side 13 of the substrate 7. As a result, a gap between the substrate 7 and the shield 21 is closed. There can be no electrolyte solution to the roller 2. Thus, no metal can be deposited from the electrolyte solution on the roller 2.
  • a roller As an alternative to the elastic lips 23, it is also possible for a roller to be provided with an elastic surface which, on the one hand, contacts the surface of the rollers 2 and, on the other hand, the shield 21 or the substrate 7.
  • an anode 29 is received in each case between two shields 21.
  • the anode 29 is preferably designed as a grid anode.
  • the concentration of metal ions in the electrolytic solution 5 decreases due to the deposition of metal on the electrodepositable base layer 9, it is preferable that fresh electrolytic solution can be added.
  • the anodes 29 are formed as lattice anodes, it is possible to supply the electrolytic solution via the anodes 29 as indicated by the arrows 31 in FIG.
  • the supply of the electrolyte solution along the anodes 29 has the advantage that in the intermediate areas between the rollers 2 fresh electrolyte solution is added. Due to the positioning of the rollers touching, for example, as shown in Figure 1, when no substrate 7 is passed between them and otherwise contact the substrate 7, exchange of electrolyte solution in the spaces between each two adjacent rollers is only very hardly possible.
  • the individual roller pairs 17, 25, 27 are contacted successively with the base layer 9 on the substrate 7.
  • the roller pairs 17, 25, 27, between which the substrate 7 is passed, are each contacted with the corresponding sliding contacts 19.
  • the transport of the substrate 7 between the roller pairs 17, 25, 27 is effected, for example, by providing individual rollers 2 of the roller pairs 17, 25, 27 with a drive.
  • all the rollers 2 of the roller pairs 17, 25, 27 may be driven.
  • the rollers 2 are driven, which lie on the same side of the substrate 7.
  • the rollers 2 are driven on the underside 13 of the substrate 7 or the rollers 2 on the upper side 1 1 of the substrate 7.
  • the rollers 2 can either be removed for cleaning or else switched to anodic operation.
  • the Anodischschalt the rollers can be done, for example, that the sliding contacts 19 are connected anodically and a substrate without base layer is performed by the device, whereby the rollers 2 then contact the anodically connected sliding contacts 19.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention.
  • the cathodically switchable rollers 2 are arranged on a rotatable shaft 41.
  • a substrate 7 with a base layer 9 formed thereon can be coated only on one side.
  • the rollers 2 are, as in the embodiment shown in FIG. 1, enclosed by a shield 21 with elastic lips 23 formed thereon.
  • the substrate 7 with the base layer 9 to be galvanically coated is guided along the device 1.
  • at least one roller 2 contacts the base layer 9.
  • the contact between the roller 2 and the base layer 9 causes the base layer 9 to be connected in a cathodic manner.
  • Metal is deposited on the base layer 9.
  • FIG. 1 As in the embodiment shown in FIG.
  • the rotatable shaft 41, on which the rollers 2 are arranged, is preferably designed as a hollow shaft. Inside the shaft 41 is an anode 43.
  • rollers 2 which are not in contact with the base layer 9, can be switched anodically.
  • the rollers 2 are switched anodically, which are furthest removed from the base layer 9 to be coated.
  • the anodically connected rolls are provided with reference numeral 45 in FIG.
  • the anodically connected rollers 45 are preferably opposite cathodes 47, which allow a flow of current.
  • a shield 49 is preferably accommodated between the anode 43 and the anodically connected rollers 45.
  • rollers 2 which do not contact the base layer 9 and which are not connected cathodically, are preferably de-energized. These rollers may be covered by a shield 51.
  • anodically connected rollers 45 it is also possible to remove rollers 2 which are not in contact with the base layer 9 and to clean them outside the device 1.
  • the entire device 1 is covered by the electrolyte solution 5.
  • the rollers 2, which do not contact the base layer 9 on the upper side 1 1 of the substrate 7, may be outside the electrolyte solution.
  • the anode 43 is also in the electrolyte solution 5.
  • the anode 43 is not arranged as shown in Figure 2 inside the shaft 41 designed as a hollow shaft, but is located outside the shaft 41.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung einer strukturierten oder vollflächigen Basisschicht (9) auf einer Oberfläche eines Substrates (7), welche mindestens ein Elektrolytbad (3) mit mindestens einer als Kathode schaltbaren, drehbar gelagerten Walze (2) umfasst, die während der galvanischen Beschichtung die Basisschicht (9) kontaktiert, wobei die Basisschicht (9) von einer im Elektrolytbad (3) enthaltenen Elektrolytlösung (5) bedeckt ist und sich während der Beschichtung relativ zu der mindestens einen Walze (2) bewegt. Die mindestens eine als Kathode schaltbare Walze (2) ist während des Kontaktes mit der Basisschicht (9) kathodisch und sobald kein Kontakt mit der Basisschicht (9) vorliegt stromlos oder anodisch geschaltet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung einer strukturierten oder vollflächigen Basisschicht (9) auf einer Oberfläche eines Substrates (7), wobei die Basisschicht (9) von einer Elektrolytlösung (5) umgeben ist und mit mindestens einer als Kathode schaltbaren Walze (2) kontaktiert ist. Die als Kathode schaltbare Walze (2) wird kathodisch geschaltet, wenn diese die Basisschicht (9) kontaktiert, und 20 stromlos oder anodisch geschaltet, sobald kein Kontakt mit der Basisschicht (9) besteht.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur galvanischen Beschichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung einer strukturierten oder vollflächigen Basisschicht auf einer Oberfläche eines Substrates, welche mindestens ein Elektrolytbad mit mindestens einer als Kathode schaltbaren, drehbar gelagerten Walze umfasst, die während der galvanischen Beschichtung die Basisschicht kontaktiert, wobei die Basisschicht von einer im Elektrolyt- bad enthaltenen Elektrolytlösung bedeckt ist und sich während der Beschichtung relativ zur Walze bewegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich zum Beispiel, um Leiterbahnen auf Leiterplatten, RFI D-Antennen, Transponderanten- nen oder andere Antennenstrukturen, Chipkarten-Module, Flachkabel, Sitzheizungen, Folienleiter, Leiterbahnen in Solarzellen oder in LCD- oder Plasmabildschirmen oder galvanisch beschichtete Produkte in beliebiger Form herzustellen. Auch eignet sich die Vorrichtung zur Herstellung von dekorativen oder funktionalen Oberflächen auf Produkten, die zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, zur Wärmeleitung oder als Verpackung verwendet werden können.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrolytischen Verstärkung der Dicke einer elektrisch leitfähigen Struktur auf einem dielektrischen Substrat ist zum Beispiel aus WO-A 2005/076680 bekannt. Die hier beschriebene Vorrichtung eignet sich zur Be- Schichtung von flexiblen Trägern. Diese werden um eine Walze geführt, an deren Außenumfang um ihre Längsachse rotierbare zylinderförmige Elektroden aufgenommen sind. Die Elektroden werden jeweils von Abschirmelementen umschlossen. Elektroden, die mit der Folie, auf der die zu beschichtende Struktur aufgetragen ist, in Verbindung stehen, sind kathodisch geschaltet. Elektroden, die nicht mit der zu beschichtenden Folie in Kontakt stehen, können zum Beispiel ausgetauscht werden. Bevorzugt ist die Walze nur zur Hälfte in eine Elektrolytlösung eingetaucht. Hierdurch wird vermieden, dass sich auf Elektroden, die nicht mit der Folie in Verbindung stehen, Metall abscheidet. Die Abschirmelemente, welche die zylinderförmigen Elektroden umgeben, sind aus einem dielektrischen Material, zum Beispiel Gummi oder Kunststoff, gefertigt.
Nachteil der Ausführungsform gemäß WO-A 2005/076680 ist, dass sich diese nur zur Beschichtung von flexiblen Schaltungsträgern eignet. Starre Schaltungsträger können mit der Vorrichtung nicht beschichtet werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Elektroden dauerhaft mit Spannung beaufschlagt sind, so dass sich auch auf Elektroden, die nicht mit den zu beschichtenden flexiblen Trägern in Verbindung stehen, Metall abscheiden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur galvanischen Be- Schichtung bereitzustellen, mit der strukturierte oder vollflächige Basisschichten auf eine Oberfläche eines Substrates, welches starr oder flexibel sein kann, beschichtet werden können und bei welcher eine Metallabscheidung auf der Elektrode reduziert oder verhindert wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung einer strukturierten oder vollflächigen Basisschicht auf einer Oberfläche eines Substrates, welche mindestens ein Elektrolytbad mit mindestens einer als Kathode schaltbaren, drehbar gelagerten Walze umfasst, die während der galvanischen Beschichtung die Basisschicht kontaktiert. Die Basisschicht ist von einer im Elektrolytbad enthaltenen Elektrolytlösung bedeckt und bewegt sich während der Beschichtung relativ zur Walze Die Walze ist während des Kontaktes mit der Basisschicht kathodisch geschaltet und sobald kein Kontakt mit der Basisschicht vorliegt, stromlos oder anodisch geschaltet.
Dass sich die Basisschicht während der Beschichtung relativ zur Walze bewegt bedeu- tet, dass entweder das Substrat mit der Basisschicht ortsfest aufgenommen ist und die Walze darüber hinwegbewegt wird oder dass die Walze ortsfest aufgenommen ist und das Substrat mit der Basisschicht an der Walze entlang bewegt wird.
Vorteil des Stromlosschaltens der Walze, während kein Kontakt mit der Basisschicht vorliegt ist, dass in dieser Zeit keine Abscheidung auf der Walze erfolgt. Vorteil des Anodischschaltens der Walze, während kein Kontakt mit der Basisschicht vorliegt, ist, dass in dieser Zeit während des Kathodischschaltens auf der Walzenoberfläche gegebenenfalls abgeschiedenes Metall wieder entfernt wird.
Galvanisch beschichtbare strukturierte oder vollflächige Basisschichten auf einer Oberfläche eines Substrates können zum Beispiel durch dem Fachmann bekannte Verfahren aus der Leiterplattenfertigung hergestellt werden. Dabei wird zum Beispiel ein ein- oder zweiseitig kupferkaschiertes Substrat durch dem Fachmann bekannte Ätz- und Resist-Verfahren bearbeit, wodurch eine strukturierte galvanisch beschichtbare Basis- schicht aus Kupfer erzeugt wird. Es können jedoch alle anderen dem Fachmann bekannten Verfahren eingesetzt werden.
Galvanisch beschichtbare strukturierte oder vollflächige Basisschichten auf einer Oberfläche eines Substrates können weiterhin zum Beispiel auch hergestellt werden, indem eine strukturierte oder vollflächige Basisschicht mit einer Dispersion, die zumindest galvanisierbare Partikel und ein Matrixmaterial enthält, aufgetragen wird, die aufgetragene Dispersion zumindest teilweise getrocknet und/oder zumindest teilweise ausgehärtet wird und gegebenenfalls die elektrisch leitfähigen Partikel an der Oberfläche der verbleibenden Basisschicht freigelegt werden durch zumindest teilweises chemisches, physikalisches oder mechanisches Abtragen der Matrix.
Als Substrat, auf dem die galvanisch zu beschichtende strukturierte oder vollflächige Basisschicht aufgebracht ist, eignen sich zum Beispiel starre oder flexible Träger. Bevorzugt ist der Träger nicht elektrisch leitend. Das bedeutet, dass der spezifische Wi- derstand mehr als 109 Ohm x cm beträgt. Geeignete Träger sind zum Beispiel verstärkte oder unverstärkte Polymere, wie sie üblicherweise für Leiterplatten eingesetzt werden. Geeignete Polymere sind Epoxidharze, oder modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, Epo- xy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, aramidverstärkte oder glasfaserverstärkte oder papierverstärkte Epoxidharze (zum Beispiel FR4), glasfaserverstärkte Kunststoffe, Liquid Cristal-Polymere (LCP), Polyphenylensulfide (PPS), Polyoxymethylene (POM), Polyaryletherketone (PAEK), Polyetheretherketone (PEEK), Polyamide (PA), Polycar- bonate (PC), Polybutylenterephthalate (PBT), Polyethylenterephthalate (PET), Polyimi- de (PI), Polyimidharze, Cyanatester, Bismaleimid-Triazin-Harze, Nylon, Vinylesterhar- ze, Polyester, Polyesterharze, Polyamide, Polyaniline, Phenolharze, Polypyrrole, PoIy- ethylennaphthalat (PEN) , Polymethylmethacrylat, Polyethylendioxythiophene, phenol- harzbeschichtetes Aramidpapier, Polytetrafluorethylen (PTFE), Melaminharze, Silikonharze, Fluorharze, Allylierter Polyphenylen-ether (APPE), Polyetherimide (PEI), Po- lyphenylenoxide (PPO), Polypropylene (PP), Polyethylene (PE), Polysulfone (PSU), Polyethersulfone (PES), Polyarylamide (PAA), Polyvinylchloride (PVC), Polystyrole (PS), Acrylnitrilbutadienstyrole (ABS), Acrylnitrilstyrolacrylate (ASA), Styrolacrylnitrile (SAN) sowie Mischungen (Blends) zweier oder mehrerer der oben genannten Polymere, welche in verschiedensten Formen vorliegen können. Die Substrate können für den Fachmann bekannte Additive wie beispielsweise Flammschutzmittel aufweisen.
Geeignet sind auch andere in der Leiterplattenindustrie übliche Substrate.
Weiterhin sind geeignete Substrate Verbundwerkstoffe, schaumartige Polymere, Sty- ropor®, Styrodur®, Polyurethane (PU), keramische Oberflächen, Textilien, Pappe, Kar- ton, Papier, polymerbeschichtetes Papier, Holz, mineralische Materialien, Silizium, Glas, Pflanzengewebe sowie Tiergewebe.
Der Träger kann dabei sowohl starr als auch flexibel sein. Die Basisschicht enthält vorzugsweise galvanisch beschichtbare Partikel in einem Matrixmaterial. Zur Herstellung der Basisschicht wird zum Beispiel eine Dispersion, die die galvanisch beschichtbaren Partikel im Matrixmaterial enthält, aufgetragen. Die galvanisch beschichtbaren Partikel können Partikel mit beliebiger Geometrie aus jedem be- liebigen elektrisch leitfähigen Material, aus Mischungen verschiedener elektrisch leitfähiger Materialien oder aus Mischungen von elektrisch leitfähigen und nicht leitfähigen Materialien bestehen. Geeignete elektrisch leitfähige Materialien sind zum Beispiel Kohlenstoff, elektrisch leitfähige Metallkomplexe, leitfähige organische Verbindungen oder leitfähige Polymere oder Metalle, vorzugsweise Zink, Nickel, Kupfer, Zinn, Cobalt, Mangan, Eisen, Magnesium, Blei, Chrom, Wismut, Silber, Gold, Aluminium, Titan, Palladium, Platin, Tantal sowie Legierungen hiervon oder Metallgemische, die mindestens eines dieser Metalle enthalten. Geeignete Legierungen sind beispielsweise CuZn, CuSn, CuNi, SnPb, SnBi, SnCo, NiPb, ZnFe, ZnNi, ZnCo und ZnMn. Insbesondere bevorzugt sind Aluminium, Eisen, Kupfer, Nickel, Zink, Kohlenstoff sowie deren Mi- schungen.
Vorzugsweise besitzen die galvanisch beschichtbaren Partikel einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,001 bis 100 μm, bevorzugt von 0,005 bis 50 μm und insbesondere bevorzugt von 0,01 bis 10 μm. Der mittlere Teilchendurchmesser kann mittels Laserbeugungsmessung beispielsweise an einem Gerät Microtrac X100 ermittelt werden. Die Verteilung der Teilchendurchmesser hängt von deren Herstellverfahren ab. Typischerweise weist die Durchmesserverteilung nur ein Maximum auf, mehrere Ma- xima sind jedoch auch möglich.
Die Oberfläche der galvanisch beschichtbaren Partikel kann zumindest teilweise mit einer Beschichtung ("Coating") versehen sein. Geeignete Coatings können anorganischer (zum Beispiel SiC>2, Phosphate) oder organischer Natur sein. Selbstverständlich können die galvanisch beschichtbaren Partikel auch mit einem Metall oder Metalloxid beschichtet sein. Ebenfalls kann das Metall in teilweise oxidierter Form vorliegen.
Sollten zwei oder mehr unterschiedliche Metalle die galvanisch beschichtbaren Partikel bilden, so kann dies durch eine Mischung dieser Metalle erfolgen. Insbesondere bevorzugt ist es, wenn die Metalle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Eisen, Kupfer, Nickel und Zink.
Die galvanisch beschichtbaren Partikel können jedoch auch ein erstes Metall und ein zweites Metall enthalten, bei dem das erste Metall in Form einer Legierung (mit dem ersten Metall oder einem oder mehreren anderen Metallen) vorliegt, oder die galvanisch beschichtbaren Partikel enthalten zwei unterschiedliche Legierungen. Neben der Auswahl der galvanisch beschichtbaren Partikel hat die Form der galvanisch beschichtbaren Partikel einen Einfluss auf die Eigenschaften der Dispersion nach einer Beschichtung. Im Hinblick auf die Form sind zahlreiche dem Fachmann bekannte Varianten möglich. Die Form der galvanisch beschichtbaren Partikel kann beispiels- weise nadeiförmig, zylindrisch, plattenförmig oder kugelförmig sein. Diese Teilchenformen stellen idealisierte Formen dar, wobei die tatsächliche Form, beispielsweise herstellungsbedingt, mehr oder weniger stark hiervon abweichen kann. So sind beispielsweise tropfenförmige Teilchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine reale Abweichung der idealisierten Kugelform.
Galvanisch beschichtbare Partikel mit verschiedenen Teilchenformen sind kommerziell erhältlich.
Wenn Mischungen von galvanisch beschichtbaren Partikeln verwendet werden, kön- nen die einzelnen Mischungspartner auch unterschiedliche Teilchenformen und/oder Teilchengrößen besitzen. Es können auch Mischungen von einer Sorte galvanisch beschichtbarer Partikel mit unterschiedlichen Teilchengrößen und/oder Teilchenformen eingesetzt werden. Im Falle unterschiedlicher Teilchenformen und/oder Teilchengrößen sind ebenfalls die Metalle Aluminium, Eisen, Kupfer, Nickel und Zink sowie Koh- lenstoff bevorzugt.
Wie bereits oben ausgeführt, können die galvanisch beschichtbaren Partikel in Form ihrer Pulver der Dispersion zugefügt werden. Derartige Pulver, zum Beispiel Metallpulver, sind gängige Handelswaren und können mittels bekannter Verfahren leicht herge- stellt werden, etwa durch elektrolytische Abscheidung oder chemische Reduktion aus Lösungen von Metallsalzen oder durch Reduktion eines oxidischen Pulvers beispielsweise mittels Wasserstoff, durch Versprühen oder Verdüsen einer Metallschmelze, insbesondere in Kühlmedien, beispielsweise Gasen oder Wasser. Bevorzugt sind das Gas- und Wasserverdüsen sowie die Reduktion von Metalloxiden. Metallpulver der bevorzugten Korngröße können auch durch Vermahlung gröberer Metallpulver hergestellt werden. Hierzu eignet sich zum Beispiel eine Kugelmühle.
Im Falle des Eisens ist neben dem Gas- und Wasserverdüsen der Carbonyleisenpulver Prozess zur Herstellung von Carbonyleisenpulver bevorzugt. Dieser erfolgt durch thermische Zersetzung von Eisenpentacarbonyl. Dies wird beispielsweise in Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A14, Seite 599, beschrieben. Die Zersetzung des Eisenpentacarbonyls kann beispielsweise bei erhöhten Temperaturen und erhöhten Drücken in einem beheizbaren Zersetzer erfolgen, der ein Rohr aus einem hitzebeständigen Material wie Quarzglas oder V2A-Stahl in vorzugsweise vertika- ler Position umfasst, das von einer Heizeinrichtung, beispielsweise bestehend aus Heizbädern, Heizdrähten oder aus einem von einem Heizmedium durchströmten Heizmantel umgeben ist.
Plättchenförmige galvanisch beschichtbare Partikel können durch optimierte Bedin- gungen im Herstellprozess kontrolliert werden oder im Nachhinein durch mechanische Behandlung beispielsweise durch Behandlung in einer Rührwerkskugelmühle erhalten werden.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der getrockneten Basisschicht liegt der Anteil an galvanisch beschichtbaren Partikeln im Bereich von 20 bis 98 Gew.-%. Ein bevorzugter Bereich des Anteils der galvanisch beschichtbaren Partikel liegt bei 30 bis 95 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der getrockneten Basisschicht.
Als Matrixmaterial eignen sich zum Beispiel Bindemittel mit pigmentaffiner Ankergrup- pe, natürliche und synthetische Polymere und deren Derivate, Naturharze sowie synthetische Harze und deren Derivate, Naturkautschuk, synthetischer Kautschuk, Proteine, Cellulosederivate, trocknende und nicht trocknende Öle und dergleichen. Diese können - müssen jedoch nicht - chemisch oder physikalisch härtend, beispielsweise luftaushärtend, strahlungshärtend oder temperaturhärtend, sein.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Matrixmaterial um ein Polymer oder Polymergemisch.
Bevorzugte Polymere als Matrixmaterial sind ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol); ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylat); acrylierte Acrylate; Alkydharze; Alkylvinylacetate; Alkylenvi- nylacetat-Copolymere, insbesondere Methylenvinylacetat, Ethylenvinylacetat, Butylen- vinylacetat; Alkylenvinylchlorid-Copolymere; Aminoharze; Aldehyd- und Ketonharze; Cellulose und Cellulosederivate, insbesondere Hydroxyalkylcellulose, Celluloseester, wie Acetate, Propionate, Butyrate, Carboxyalkylcellulosen, Cellulosenitrat; Epoxyacry- late; Epoxidharze; modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze; aliphatische Epoxidharze, Glycidether, Vinyl- ether, Ethylenacrylsäurecopolymere; Kohlenwasserstoffharze; MABS (transparentes ABS mit Acrylat-Einheiten enthaltend); Melaminharze, Maleinsäureanhydridcopolyme- risate; Methacrylate; Naturkautschuk; synthetischer Kautschuk; Chlorkautschuk; Naturharze; Kollophoniumharze; Schellack; Phenolharze; Polyester; Polyesterharze, wie Phenylesterharze; Polysulfone; Polyethersulfone; Polyamide; Polyimide; Polyaniline; Polypyrrole; Polybutylenterephthalat (PBT); Polycarbonat (zum Beispiel Makrolon® der Bayer AG); Polyesteracrylate; Polyetheracrylate; Polyethylen; Polyethylenthiophene; Polyethylennaphthalate; Polyethylenterephthalat (PET); Polyethylenterephthalat-Glykol (PETG); Polypropylen; Polymethylmethacrylat (PMMA); Polyphenylenoxid (PPO); Polystyrole (PS), Polytetrafluorethylen (PTFE); Polytetrahydrofuran; Polyether (zum Beispiel Polyethylenglykol, Polypropylenglykol), Polyvinylverbindungen, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), PVC-Copolymere, PVdC, Polyvinylacetat sowie deren Copolyme- re, gegebenenfalls teilhydrolysierter Polyvinylalkohol, Polyvinylacetale, Polyvinylaceta- te, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Polyvinylacrylate und -methacrylate in Lösung und als Dispersion sowie deren Copolymere, Polyacrylsäureester und Polystyrolcopo- lymere; Polystyrol (schlagfest oder nicht schlagfest modifiziert); Polyurethane, unver- netzte beziehungsweise mit Isocyanaten vernetzt; Polyurethanacrylate; Styrol-Acryl- Copolymere; Styrol-Butadien-Blockcopolymere (zum Beispiel Styroflex® oder Styrolux® der BASF AG, K-Resin™ der CPC); Proteine, wie zum Beispiel Casein; SIS; Triazin- Harz, Bismaleimid-Triazin-Harz (BT), Cyanatester-Harz (CE) , Alliierter Polyphenylen- äther (APPE). Weiterhin können Mischungen zweier oder mehrerer Polymere das Matrixmaterial bilden.
Besonders bevorzugte Polymere als Matrixmaterial sind Acrylate, Acrylatharze, CeIIu- losederivate, Methacrylate, Methacrylatharze, Melamin und Aminoharze, Polyalkylene, Polyimide, Epoxidharze, modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze; aliphatische Epoxidharze, Glycidether, Vinylether, und Phenolharze, Polyurethane, Polyester, Polyvinylacetale, Polyvinylace- tate, Polystyrole, Polystyrol-copolymere, Polystyrolacrylate, Styrol-Butadien- Blockcopolymere, Alkylenvinylacetate und Vinylchlorid-Copolymere, Polyamide sowie deren Copolymere.
Bei der Herstellung von Leiterplatten werden als Matrixmaterial für die Dispersion bevorzugt thermisch oder Strahlungshärtende Harze, zum Beispiel modifizierte Epoxidharze, wie bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze; aliphati- sehe Epoxidharze, Glycidether, Cyanatester, Vinylether, Phenolharze, Polyimide, MeI- aminharze und Aminoharze, Polyurethane, Polyester sowie Cellulosederivate eingesetzt.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Beschichtung beträgt der Anteil der organischen Bindemittelkomponente 0,01 bis 60 Gew.-%. Vorzugsweise liegt der Anteil bei 0,1 bis 45 Gew.-%, mehr bevorzugt bei 0,5 bis 35 Gew.-%.
Um die die elektrisch leitfähigen Partikel und das Matrixmaterial enthaltende Dispersion auf den Träger applizieren zu können, kann der Dispersion weiterhin ein Lösemittel oder ein Lösemittelgemisch zugegeben sein, um die für das jeweilige Applikationsver- fahren geeignete Viskosität der Dispersion einzustellen. Geeignete Lösemittel sind zum Beispiel aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel n-Octan, Cyc- lohexan, Toluol, XyIoI), Alkohole (zum Beispiel Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2- Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, Amylalkohol), mehrwertige Alkohole wie Glycerin, Ethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol, Alkylester (zum Beispiel Methylacetat, Ethylacetat, Propylacetat, Butylacetat, Isobutylacetat, Isopropylacetat, 3-Methyl- butanol), Alkoxyalkohole (zum Beispiel Methoxypropanol, Methoxybutanol, Ethoxypro- panol), Alkylbenzole (zum Beispiel Ethylbenzol, Isopropylbenzol), Butylglykol, Butyl- diglykol, Alkylglykolacetate (zum Beispiel Butylglykolacetat, Butyldiglykolacetat), Diace- tonalkohol, Diglykoldialkylether, Diglykolmonoalkylether, Dipropylenglykoldialkylether, Dipropylenglykolmonoalkylether, Diglykolalkyletheracetate, Dipropylenglykolalkylethe- racetate, Dioxan, Dipropylenglykol und -ether , Diethylenglykol und -ether, DBE (diba- sic Ester), Ether (zum Beispiel Diethylether, Tetrahydrofuran), Ethylenchlorid, Ethylenglykol, Ethylenglykolacetat, Ethylenglykoldimethylester, Kresol, Lactone (zum Beispiel Butyrolacton), Ketone (zum Beispiel Aceton, 2-Butanon, Cyclohexanon, Methylethylke- ton (MEK), Methylisobutylketon (MIBK)), Methyldiglykol, Methylenchlorid, Methylengly- kol, Methylglykolacetat, Methylphenol (ortho-, meta-, para-Kresol), Pyrrolidone (zum Beispiel N-Methyl-2-pyrrolidon), Propylenglykol, Propylencarbonat, Tetrachlorkohlenstoff, Toluol, Trimethylolpropan (TMP), aromatische Kohlenwasserstoffe und Gemi- sehe, aliphatische Kohlenwasserstoffe und Gemische, alkoholische Monoterpene (wie zum Beispiel Terpineol), Wasser sowie Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösemittel.
Bevorzugte Lösemittel sind Alkohole (zum Beispiel Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, Butanol), Alkoxyalhohole (zum Beispiel Methoxypropanol, Ethoxypropanol, Butylglykol, Butyldiglykol), Butyrolacton, Diglykoldialkylether, Diglykolmonoalkylether, Dipropylenglykoldialkylether, Dipropylenglykolmonoalkylether, Ester (zum Beispiel Ethylacetat, Butylacetat, Butylglykolacetat, Butyldiglykolacetat, Diglykolalkyletheracetate, Dipropy- lenglykolalkyletheracetate, DBE), Ether (zum Beispiel Tetrahydrofuran), mehrwertige Alkohole wie Glycerin, Ethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol, Ketone (zum Beispiel Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon), Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel Cyclohexan, Ethylbenzol, Toluol, XyIoI), N-Methyl-2-pyrrolidon, Wasser sowie Mischungen davon.
Wenn die Dispersion mit einem InkJet-Verfahren auf den Träger aufgebracht wird, sind Alkoxyalkohole (zum Beispiel Ethoxypropanol, Butylglykol , Butyldiglykol) und mehrwertige Alkohole wie Glycerin, Ester (zum Beispiel Butyldiglykolacetat, Butylglykolacetat, Dipropylenglykolmethyletheracetate), Wasser, Cyclohexanon, Butyrolacton, N- Methylpyrrolidon, DBE sowie Mischungen davon als Lösungsmittel besonders bevor- zugt. Bei flüssigen Matrixmaterialien (z.B. flüssige Epoxidharze, Acrylatester) kann die jeweilige Viskosität alternativ auch über die Temperatur bei der Applikation eingestellt werden, oder über eine Kombination aus Lösungsmittel und Temperatur
Die Dispersion kann weiterhin eine Dispergiermittelkomponente enthalten. Diese besteht aus einem oder mehreren Dispergiermitteln.
Grundsätzlich sind alle dem Fachmann für die Anwendung in Dispersionen bekannten und im Stand der Technik beschriebenen Dispergiermittel geeignet. Bevorzugte Dispergiermittel sind Tenside oder Tensidgemische, beispielsweise anionische, kationische, amphotere oder nichtionische Tenside.
Das Dispergiermittel kann bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion im Bereich von 0,01 bis 50 Gew.-% eingesetzt werden. Vorzugsweise beträgt der Anteil 0,1 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 10 Gew.-%.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Dispersion eine Füllstoffkomponente enthalten. Diese kann aus einem oder mehreren Füllstoffen bestehen. So kann die Füllstoffkom- ponente der metallisierbaren Masse faser-, schicht- oder teilchenförmige Füllstoffe o- der deren Mischungen enthalten. Dabei handelt es sich vorzugsweise um kommerziell erhältliche Produkte, wie beispielsweise Kohlenstoff und mineralische Füllstoffe.
Weiterhin können Füll- oder Verstärkungsstoffe, wie Glaspulver, Mineralfasern, Whisker, Aluminiumhydroxid, Metalloxide wie Aluminiumoxid oder Eisenoxid, Glimmer, Quarzmehl, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid oder Wollastonit eingesetzt werden.
Weiterhin sind weitere Additive, wie Thixotropiermittel, zum Beispiel Kieselsäure, SiIi- kate, wie zum Beispiel Aerosile oder Bentonite oder organische Thixotropiemittel und Verdicker, wie zum Beispiel Polyacrylsäure, Polyurethane, hydriertes Rizinusöl, Farbstoffe, Fettsäuren, Fettsäureamide, Weichmacher, Netzmittel, Entschäumer, Gleitmittel, Trockenstoffe, Vernetzer, Photoinitiatoren, Komplexbildner, Wachse, Pigmente, leitfähige Polymerpartikel, einsetzbar.
Der Anteil der Füllstoffkomponente bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Beschichtung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 50 Gew.-%. Weiterhin bevorzugt sind 0,1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 0,3 bis 20 Gew.-%. Weiterhin können Verarbeitungshilfsmittel und Stabilisatoren wie UV-Stabilisatoren, Schmiermittel, Korrosionsinhibitoren und Flammschutzmittel in der erfindungsgemäßen Dispersion vorliegen. Üblicherweise beträgt deren Anteil bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion 0,01 bis 5 Gew.-%. Vorzugsweise liegt der Anteil bei 0,05 bis 3 Gew.-%.
Vorzugsweise wird die strukturierte oder vollflächige Basisschicht mit der Dispersion durch ein beliebiges Druckverfahren auf den Träger aufgedruckt. Das Druckverfahren, mit dem die strukturierte Oberfläche aufgedruckt wird, ist zum Beispiel ein Rollen- oder ein Bogendruckverfahren, wie zum Beispiel Siebdruck, Tiefdruck, Flexodruck, Buchdruck, Tampondruck, Tintenstrahldruck, das Lasersonic-Verfahren® wie in DE10051850 beschrieben oder Offset-Druck. Es ist jedoch auch jedes weitere, dem Fachmann bekannte Druckverfahren einsetzbar. Auch ist es möglich, die Oberfläche durch ein anderes übliches und allgemein bekanntes Beschichtungsverfahren aufzutragen. Derartige Beschichtungsverfahren sind zum Beispiel Gießen, Streichen, Rakeln, Bepinseln, Sprühen, Tauchen, Walzen, Bepudern, Wirbelschicht oder ähnliches. Die durch das Aufdrucken oder das Beschichtungsverfahren erzeugte Schichtdicke der strukturierten oder vollflächigen Oberfläche variiert vorzugsweise zwischen 0,01 und 50 μm, weiterhin bevorzugt zwischen 0,05 und 25 μm und insbesondere bevorzugt zwischen 0,1 und 15 μm. Die Schichten können sowohl vollflächig als auch strukturiert aufgebracht werden.
Abhängig vom Druckverfahren lassen sich unterschiedlich feine Strukturen aufdrucken.
Alternativ ist es auch möglich, die Basisschicht aufzubringen durch Auftragen einer Klebstoffschicht und dem anschließenden Transfer der galvanisch beschichtbaren Partikel. Das Material der Klebstoffschicht entspricht dabei vorzugsweise dem vorstehend beschriebenen Matrixmaterial der Dispersion. Die Klebstoffschicht wird vorzugsweise durch ein Druckverfahren aufgetragen. Das Druckverfahren kann dabei das gleiche sein, wie vorstehend für das Auftragen der Dispersion beschrieben.
Die galvanisch beschichtbaren Partikel können zum Beispiel von einem Transfermedium auf die Klebstoffschicht übertragen werden. Als Transfermedium eignet sich dabei zum Beispiel jeder starre oder flexible Träger, auf weichen die galvanisch beschichtba- ren Partikel appliziert werden können. Als Materialien für das Transfermedium eignen sich zum Beispiel Metalle, Glas, Keramik, Kunststoff oder beliebige Verbundwerkstoffe.
Nach dem Aufbringen der Basisschicht ist es möglich, dass die darin enthaltenen galvanisch beschichtbaren Partikel zumindest teilweise freigelegt werden, um bereits gal- vanisch beschichtbare Keimstellen zu erhalten, an denen sich bei der nachfolgenden galvanischen Beschichtung die Metallionen unter Ausbildung einer Metallschicht abscheiden können. Wenn die Partikel aus Materialien bestehen, die leicht oxidieren, ist es gegebenenfalls zusätzlich erforderlich, die Oxidschicht vorher zumindest teilweise zu entfernen. Je nach Durchführung des Verfahrens, zum Beispiel bei der Verwendung von sauren Elektrolytlösungen, kann die Entfernung der Oxidschicht bereits gleichzeitig mit der einsetzenden galvanischen Beschichtung stattfinden, ohne dass ein zusätzlicher Prozessschritt erforderlich ist.
Ein Vorteil, die Partikel vor der galvanischen Beschichtung freizulegen ist, dass durch das Freilegen der Partikel ein um etwa 5 bis 10 Gew.-% geringerer Anteil an galvanisch beschichtbaren Partikeln in der Basisschicht enthalten sein muss, um eine durchgängige elektrisch leitfähige Oberfläche zu erhalten, als dies der Fall ist, wenn die Partikel nicht freigelegt werden. Weitere Vorteile sind die Homogenität und Durchgängigkeit der erzeugten Beschichtungen und die hohe Prozesssicherheit.
Das Freilegen der galvanisch beschichtbaren Partikel kann sowohl mechanisch, zum Beispiel durch Abbürsten, Schleifen, Fräsen, Sandstrahlen oder Bestrahlen mit überkritischem Kohlendioxid, physikalisch, zum Beispiel durch Erwärmen, Lasern, UV-Licht, Korona- oder Plasmaentladung, oder chemisch erfolgen. Im Falle eines chemischen Freilegens wird bevorzugt eine zum Matrixmaterial passende Chemikalie beziehungsweise Chemikalienmischung eingesetzt. Im Falle eines chemischen Freilegens kann entweder das Matrixmaterial zum Beispiel durch ein Lösungsmittel an der Oberfläche zumindest zum Teil gelöst und heruntergespült werden beziehungsweise kann mittels geeigneten Reagenzien die chemische Struktur des Matrixmaterials zumindest zum Teil zerstört werden, wodurch die galvanisch beschichtbaren Partikel freigelegt werden. Auch Reagenzien, die das Matrixmaterial aufquellen lassen, sind für das Freilegen der galvanisch beschichtbaren Partikel geeignet. Durch das Aufquellen entstehen Hohlräume, in die die abzuscheidenden Metallionen aus der Elektrolytlösung eindringen können, wodurch eine größere Anzahl an galvanisch beschichtbaren Partikeln metalli- siert werden kann. Die Haftung, die Homogenität und die Durchgängigkeit der anschließend galvanisch abgeschiedenen Metallschicht sind deutlich besser als bei den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren. Durch die höhere Anzahl an freiliegenden galvanisch beschichtbaren Partikeln ist ebenfalls die Prozessgeschwindigkeit bei der Metallisierung wesentlich höher, wodurch zusätzliche Kostenvorteile erzielt werden können.
Wenn das Matrixmaterial zum Beispiel ein Epoxidharz, ein modifiziertes Epoxidharz, ein Epoxy-Novolak, ein Polyacrylsäureester, ABS, ein Styrol-Butadien-Copolymer oder ein Polyether ist, erfolgt das Freilegen der stromlos und/oder galvanisch beschichtba- ren Partikel vorzugsweise mit einem Oxidationsmittel. Durch das Oxidationsmittel wer- den Bindungen des Matrixmaterials aufgebrochen, wodurch das Bindemittel abgelöst werden kann und dadurch die Partikel freigelegt werden. Geeignete Oxidationsmittel sind zum Beispiel Manganate, wie zum Beispiel Kaliumpermanganat, Kaliummanganat, Natriumpermanganat, Natriummanganat, Wasserstoffperoxid, Sauerstoff, Sauerstoff in Gegenwart von Katalysatoren wie zum Beispiel Mangan-, Molybdän-, Bismut-, Wolfram- und Cobaltsalzen, Ozon, Vanadiumpentoxid, Selendioxid, Ammoniumpolysulfid- Lösung, Schwefel in Gegenwart von Ammoniak oder Aminen, Braunstein, Kaliumferrat, Dichromat/Schwefelsäure, Chromsäure in Schwefelsäure oder in Essigsäure oder in Acetanhydrid, Salpetersäure, lodwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, Pyridinium- dichromat, Chromsäure-Pyridin-Komplex, Chromsäureanhydrid, Chrom(VI)oxid, Periodsäure, Bleitetraacetat, Chinon, Methylchinon, Anthrachinon, Brom, Chlor, Fluor, Ei- sen(lll)-Salzlösungen, Disulfatlösungen, Natriumpercarbonat, Salze der Oxohalogen- säuren, wie zum Beispiel Chlorate oder Bromate oder lodate, Salze der Halogenpersäuren, wie zum Beispiel Natriumperiodat oder Natriumperchlorat, Natriumperborat, Dichromate, wie zum Beispiel Natriumdichromat, Salze der Perschwefelsäure wie KaIi- umperoxodisulfat, Kaliumperoxomonosulfat, Pyridiniumchlorochromat, Salze der Hy- pohalogensäuren, zum Beispiel Natriumhypochlorid, Dimethylsulfoxid in Gegenwart von elektrophilen Reagenzien, tert-Butylhydroperoxid, 3-Chlorpenbenzoesäure, 2,2- Dimethylpropanal, Des-Martin-Periodinan, Oxalylchlorid, Harnstoff-Wasserstoffperoxid- Addukt, Harnstoffperoxid, 2-lodoxybenzoesäure, Kaliumperoxomonosulfat, m- Chlorperbenzoesäure, N-Methylmorpholin-N-oxid, 2-Methylprop-2-yl-hydroperoxid, Peressigsäure, Pivaldehyd, Osmiumtetraoxid, Oxone, Ruthenium (III)- und (IV)-Salze, Sauerstoff in Gegenwart von 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyl-N-oxid, Triacetoxiperiodi- nan, Trifluorperessigsäure, Trimethylacetaldehyd, Ammoniumnitrat. Optional kann zur Verbesserung des Freilegungsprozesses die Temperatur während des Prozesses erhöht werden.
Bevorzugt sind Manganate, wie zum Beispiel Kaliumpermanganat, Kaliummanganat, Natriumpermanganat; Natriummanganat, Wasserstoffperoxid, N-Methyl-morpholin-N- oxid, Percarbonate, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumpercarbonat, Perborate, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumperborat; Persulfate, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumpersulfat; Natrium-, Kalium- und Ammoniumperoxodi- und -monosulfate, Natriumhypochlorid, Harnstoff-Wasserstoffperoxid-Addukte, Salze der Oxohalogensäuren, wie zum Beispiel Chlorate oder Bromate oder lodate, Salze der Halogenpersäuren, wie zum Beispiel Natriumperiodat oder Natriumperchlorat, Tetrabutylammonium Peroxidi- sulfat, Chinone, Eisen(lll)-Salzlösungen, Vanadiumpentoxid, Pyridiniumdichromat, Chlorwasserstoffsäure, Brom, Chlor, Dichromate. Besonders bevorzugt sind Kaliumpermanganat, Kaliummanganat, Natriumpermanga- nat, Natriummanganat, Wasserstoffperoxid und seine Addukte, Perborate, Percarbona- te, Persulfate, Peroxodisulfate, Natriumhypochlorid und Perchlorate.
Zum Freilegen der galvanisch beschichtbaren Partikel in einem Matrixmaterial, welches zum Beispiel Esterstrukturen, wie Polyesterharze, Polyesteracrylate, Polyetheracrylate, Polyesterurethane, enthält, ist es bevorzugt, zum Beispiel saure oder alkalische Chemikalien und/oder Chemikalienmischungen einzusetzen. Bevorzugte saure Chemikalien und/oder Chemikalienmischungen sind zum Beispiel konzentrierte oder verdünnte Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salpetersäure. Auch organische Säuren, wie Ameisensäure oder Essigsäure, können je nach Matrixmaterial geeignet sein. Geeignete alkalische Chemikalien und/oder Chemikalienmischungen sind zum Beispiel Basen, wie Natronlauge, Kalilauge, Ammoniumhydroxid oder Carbo- nate, zum Beispiel Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat. Optional kann zur Verbesse- rung des Freilegungsprozesses die Temperatur während des Prozesses erhöht werden.
Auch Lösungsmittel können zur Freilegung der galvanisch beschichtbaren Partikel im Matrixmaterial eingesetzt werden. Das Lösungsmittel muss auf das Matrixmaterial ab- gestimmt sein, da sich das Matrixmaterial im Lösungsmittel lösen oder durch das Lösungsmittel anquellen muss. Wenn ein Lösungsmittel eingesetzt wird, in dem sich das Matrixmaterial löst, wird die Basisschicht nur kurze Zeit mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht, damit die obere Schicht des Matrixmaterials angelöst wird und sich dabei ablöst. Bevorzugte Lösungsmittel sind XyIoI, Toluol, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Aceton, Methylethylketon (MEK), Methylisobutylketon (MIBK), Diethylenglykolmonobu- tylether. Optional kann zur Verbesserung des Lösungsverhaltens die Temperatur während des Lösungsvorgangs erhöht werden.
Weiterhin ist es auch möglich, die galvanisch beschichtbaren Partikel durch ein me- chanisches Verfahren freizulegen. Geeignete mechanische Verfahren sind zum Beispiel Bürsten, Schleifen, Polieren mit einem Schleifmittel oder Druckstrahlen mit einem Wasserstrahl, Sandstrahlen oder Abstrahlen mit überkritischem Kohlendioxid. Durch ein solches mechanisches Verfahren wird jeweils die oberste Schicht der ausgehärteten aufgedruckten strukturierten Basisschicht abgetragen. Hierdurch werden die im Matrixmaterial enthaltenen galvanisch beschichtbaren Partikel freigelegt.
Als Schleifmittel für das Polieren können alle dem Fachmann bekannten Schleifmittel verwendet werden. Ein geeignetes Schleifmittel ist zum Beispiel Bimsmehl. Um durch das Druckstrahlen mit dem Wasserstrahl die oberste Schicht der ausgehärteten Dis- persion abzutragen, enthält der Wasserstrahl vorzugsweise kleine Feststoffpartikel, zum Beispiel Bimsmehl (Al2θ3) mit einer mittleren Korngrößenverteilung von 40 bis 120 μm, vorzugsweise von 60 bis 80 μm, sowie Quarzmehl (SiO2) mit einer Korngröße > 3 μm.
Wenn die galvanisch beschichtbaren Partikel ein Material enthalten, welches leicht oxidieren kann, wird in einer bevorzugten Verfahrensvariante vor dem Ausbilden der Metallschicht auf der strukturierten oder vollflächigen Basisschicht die Oxidschicht zumindest teilweise entfernt. Das Entfernen der Oxidschicht kann dabei zum Beispiel chemisch und/oder mechanisch erfolgen. Geeignete Substanzen, mit denen die Basis- schicht behandelt werden kann, um eine Oxidschicht von den galvanisch beschichtbaren Partikeln chemisch zu entfernen, sind zum Beispiel Säuren, wie konzentrierte oder verdünnte Schwefelsäure oder konzentrierte oder verdünnte Salzsäure, Zitronensäure, Phosphorsäure, Amidosulfonsäure, Ameisensäure, Essigsäure.
Geeignete mechanische Verfahren zur Entfernung der Oxidschicht von den galvanisch beschichtbaren Partikeln sind im Allgemeinen die gleichen wie die mechanischen Verfahren zum Freilegen der Partikel.
Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung, die zur Beschichtung verwendet wird, ist davon abhängig, mit welchem Metall die Basisschicht auf dem Substrat beschichtet werden soll. Prinzipiell können alle Metalle, die edler oder gleich edel wie das unedelste Metall der Basisschicht sind, für die galvanische Beschichtung eingesetzt werden. Übliche Metalle, die durch galvanische Beschichtung abgeschieden werden, sind zum Beispiel Gold, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Zinn, Kupfer oder Chrom. Die Dicken der einen oder mehreren abgeschiedenen Schichten liegen im üblichen, dem Fachmann bekannten Bereich und sind nicht erfindungswesentlich.
Geeignete Elektrolytlösungen, die zur Beschichtung von elektrisch leitfähigen Strukturen eingesetzt werden können, sind dem Fachmann zum Beispiel aus Werner Jillek, Gustl Keller, Handbuch der Leiterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, 2003, Band 4, Seiten 332 bis 352, bekannt.
In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Walze, die als kathodisch schaltbar und drehbar gelagert ist, ortsfest im Elektrolytbad aufgenommen, während das Sub- strat mit der Basisschicht durch das Elektrolytbad transportiert wird. Während des Transportes des Substrates mit der Basisschicht bewegt sich die Walze über die Basisschicht. Hierbei wird die Basisschicht kontaktiert. Solange die Walze in Kontakt mit der Basisschicht steht und kathodisch geschaltet ist, wird Metall aus der Elektrolytlösung auf der Basisschicht abgeschieden. Es bildet sich eine geschlossene Metall- schicht aus. Um eine dickere Metallschicht auf der Basisschicht zu erzeugen ist es bevorzugt, dass im Elektrolytbad mindestens zwei kathodisch schaltbare Walzen in Reihe geschaltet sind. Durch das in Reihe schalten der kathodisch schaltbaren Walzen wird die Kontakt- zeit der Basisschicht mit der Kathode vergrößert. Aufgrund der längeren Kontaktzeit wird mehr Metall auf der Basisschicht abgeschieden. Dies führt zu einer dickeren Me- tallbeschichtung der Basisschicht. Um eine Metallabscheidung auf der Oberfläche der Walzen zu reduzieren oder sogar vollständig zu verhindern ist es bevorzugt, dass die Walzen von einer Abschirmung umschlossen sind, die eine Zufuhr von Elektrolytlösung an die Oberfläche der Walzen verhindert. Die Abschirmung selber ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, um zu verhindern, dass die Abschirmungen negativ geladen werden, so dass sich auf diesen Metall absetzen kann. Geeignete Materialien für die Abschirmungen sind zum Beispiel Kunststoffe wie PVC, EPDM, Silikonkautschuk.
Die Abschirmungen sind zum Substrat mit der Basisschicht hin offen, so dass die Walze an dieser Seite die Basisschicht kontaktieren kann. Damit das Substrat an der durch die Abschirmung umschlossene Walze entlang geführt werden kann, ohne dass die Basisschicht oder eine bereits erzeugte metallische Beschichtung auf der Basisschicht beschädigt wird, ist es bevorzugt, dass zwischen der Abschirmung und der Oberfläche des Substrats ein Spalt ausgebildet ist. Damit entlang des Spaltes möglichst keine Elektrolytlösung in den Raum zwischen der Abschirmung und der Walze gelangt, ist es bevorzugt, dass der Spalt zwischen der Abschirmung und der Oberfläche des Substrates durch eine elastische Lippe verschlossen ist. Als Material für die elastische Lippe eignet sich jedes Elastomer, das eine geringere Härte aufweist als die Oberfläche der Basisschicht oder der metallischen Beschichtung. Hierdurch wird vermieden, dass diese beschädigt werden. Geeignete Materialien für die elastische Lippe sind zum Beispiel EPDM, Silikonkautschuk.
Wenn zwischen die Abschirmung und die Walze Elektrolytlösung gelangt, verarmt diese durch Abscheidung der Metallionen auf der Walze. Durch die elastische Lippe wird weitestgehend verhindert, dass frische Elektrolytlösung nachströmt. Durch die abnehmende Konzentration der Metallionen wird auch die Abscheidung von Metall auf der Walze reduziert oder, wenn eine entsprechend niedrige Konzentration erreicht wird, sogar vollständig vermieden.
Alternativ ist es auch möglich, dass die elastische Lippe einen Spalt zwischen der Abschirmung und der Walze verschließt. Durch das Verschließen des Spaltes zwischen der Walze und der Abschirmung ist es weiterhin möglich, dass sich die Walze bewegen kann. Wenn der Spalt zwischen der Abschirmung und der Walze durch die elastische Lippe verschlossen ist, wird auch dann weitestgehend verhindert, dass Elektrolytlösung in den Raum zwischen der Abschirmung und der Walze gelangen kann, wenn sich kein Substrat im Bereich der Walze befindet.
Weiterhin ist es auch möglich, dass der Spalt zwischen der Abschirmung und der Oberfläche des Substrates durch eine Walze mit elastischer Oberfläche weitestgehend abgedichtet ist. Hierzu liegt die Walze mit elastischer Oberfläche einerseits auf der mit der Basisschicht versehenen Oberfläche des Substrates und andererseits an der kathodisch schaltbaren Walze an. Alternativ ist es auch möglich, dass die Walze mit elas- tischer Oberfläche einerseits an der mit der Basisschicht versehenen Oberfläche des Substrates und andererseits an der Abschirmung anliegt. In einer dritten Variante kann auch der Spalt zwischen der Abschirmung und der kathodisch schaltbaren Walze durch die Walze mit elastischer Oberfläche weitestgehend abgedichtet werden. Hierzu liegt die Walze mit elastischer Oberfläche einerseits an der Abschirmung und anderer- seits an der kathodisch schaltbaren Walze an.
Wenn jeweils der Spalt zwischen der Abschirmung und der kathodisch schaltbaren Walze durch die elastische Lippe oder die Walze mit elastischer Oberfläche weitestgehend abgedichtet wird, ist jeweils nur der Teil der kathodisch schaltbaren Walze mit Elektrolytlösung in Kontakt, der sich außerhalb der Abschirmung befindet. In diesem Bereich kann sich jedoch Metall auf der Oberfläche der kathodisch schaltbaren Walze abscheiden.
Durch das Verschließen des Spaltes zwischen der Oberfläche des Substrates und der kathodisch schaltbaren Walze wird weitestgehend vermieden, dass Elektrolytlösung zur Oberfläche der kathodisch schaltbaren Walze strömen kann. Hierdurch wird weitestgehend verhindert, dass sich Metall auf der kathodisch schaltbaren Walze abscheidet.
Vorzugsweise sind die elastische Lippe oder die Walze mit elastischer Oberfläche so angeordnet, dass dann, wenn ein Substrat mit zu beschichtender strukturierter oder vollflächiger Basisschicht die kathodisch schaltbare Walze kontaktiert, der Spalt zwischen dem Substrat und der Walze abgedichtet wird, damit keine Elektrolytlösung an die Walze strömen kann und gleichzeitig auch durch die elastische Lippe oder die WaI- ze mit elastischer Oberfläche der Raum zwischen der kathodisch schaltbaren Walze und der Abschirmung weitestgehend abgedichtet wird. Sobald sich kein Substrat im Bereich der kathodisch schaltbaren Walze befindet und die Walze somit stromlos geschaltet ist, ist es bevorzugt, dass durch die elastische Lippe beziehungsweise die Walze mit elastischer Oberfläche der die kathodisch schaltbare Walze umgebende Raum zwischen der Abschirmung und der kathodisch schaltbaren Walze weitestge- hend abgedichtet wird, damit möglichst keine Elektrolytlösung in diesen Raum strömen kann. Auf diese Weise wird die Elektrolytlösung immer von der Oberfläche der kathodisch schaltbaren Walze ferngehalten und so eine Metallabscheidung auf der kathodisch schaltbaren Walze weitestgehend verhindert. Vorteil hiervon ist, dass sich die Betriebszeiten der Walzen erhöhen, da die Walzen weniger häufig ausgetauscht werden müssen.
Die Walze mit elastischer Oberfläche, durch die der Spalt zwischen Substrat und Abschirmung oder zwischen kathodisch schaltbarer Walze und Abschirmung abgedichtet wird, kann zum Beispiel einen nicht elastischen Kern zum Beispiel aus Metall, zum Beispiel Stahl oder Aluminium aufweisen und eine elastische Beschichtung. Die elastische Beschichtung ist zum Beispiel eine Beschichtung aus EPDM oder Silikonkautschuk. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, dass die Walze mit elastischer Oberfläche vollständig aus elastischem Material gefertigt ist. Dieses muss dann jedoch eine ausreichend große Festigkeit aufweisen, so dass vermieden wird, dass die Walze mit elastischer Oberfläche zumindest teilweise zusammengequetscht wird und zwischen der kathodisch schaltbaren Walze und dem Substrat hindurchgezogen wird. Als Material für die Walze mit elastischer Oberfläche, wenn diese vollständig aus elastischem Material gefertigt ist, eignen sich zum Beispiel die gleichen Materialien wie für Dichtungen. So kann die Walze dann zum Beispiel aus EPDM oder Silikonkautschuk gefertigt sein.
Um einen Stromfluss in der Elektrolytlösung zu generieren und damit eine Abscheidung auf der strukturierten oder vollflächigen Basisschicht zu ermöglichen, ist es be- vorzugt, dass jeweils zwischen den Abschirmungen zweier Walzen eine Anode aufgenommen ist. Die Anode ist vorzugsweise als Gitteranode ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass entlang der Anode Elektrolytlösung zugeführt werden kann. Insbesondere dann, wenn die einzelnen kathodisch schaltbaren Walzen mit der elastischen Lippe oder der Walze mit elastischer Oberfläche abgedichtet sind, wird durch die Zufuhr von Elektrolytlösung entlang der Anoden gewährleistet, dass sich jeweils zwischen zwei Walzen eine Elektrolytlösung mit ausreichend Metallionen befindet, da ein Flüssigkeitsaustausch innerhalb des Elektrolytbades aufgrund der elastischen Lippen oder Walze mit elastischer Oberfläche zwischen mehreren Bereichen zwischen jeweils zwei kathodisch schaltbaren Walzen erschwert oder gar verhindert wird.
Alternativ zu der Möglichkeit der Elektrolytzufuhr ist es auch möglich, lösliche Anoden einzusetzen. Die löslichen Anoden enthalten dann vorzugsweise das Metall, mit welchem die strukturierte oder vollflächige Basisschicht galvanisch beschichtet wird. Während des Stromflusses geht in diesem Fall das Metall aus der löslichen Anode in Lö- sung und setzt sich anschließend auf der kathodisch geschalteten Basisschicht ab. Die Stromzufuhr zu den einzelnen kathodisch schaltbaren Walzen erfolgt zum Beispiel durch Schleifkontakte. Die Schleifkontakte sind vorzugsweise innerhalb der Abschirmung ausgebildet. Durch Andrücken der kathodisch schaltbaren Walzen an die Schleifkontakte erfolgt ein Stromfluss und die Walzen werden kathodisch geschaltet. Das Anpressen der Walzen gegen die Schleifkontakte erfolgt zum Beispiel durch das Substrat, auf welchem sich die zu beschichtende strukturierte oder vollflächige Basisschicht befindet. Hierzu sind die kathodisch schaltbaren Walzen senkrecht zur Oberfläche des Substrates verschiebbar. Sobald kein Substrat mit den kathodisch schaltbaren Walzen in Kontakt steht, wirkt eine Kraft auf die Walze, die diese vom Schleifkontakt entfernt. Durch das Substrat wird die kathodisch schaltbare Walze entgegen dieser Kraft angehoben und gegen den Schleifkontakt gedrückt. Wenn das Substrat in horizontale Richtung bewegt wird und sich die Walzen oberhalb des Substrates befinden, ist im Allgemeinen die Schwerkraft ausreichend, durch welche die Walzen vom Schleif- kontakt entfernt werden, wenn sich kein Substrat im Bereich der Walzen befindet. Bei einer davon abweichenden Positionierung und Transportrichtung des Substrates kann die erforderliche Kraft, die die Walze vom Schleifkontakt entfernt, zum Beispiel durch Federelemente aufgebracht werden.
Alternativ zu der Bestromung der kathodisch schaltbaren Walzen mit Schleifkontakten ist es auch möglich, dass zum Beispiel Sensoren eingesetzt werden, die erkennen, ob die Walze mit einer zu beschichtenden Basisschicht in Kontakt steht. Sobald erkannt wird, dass die kathodisch schaltbare Walze eine zu beschichtende Basisschicht kontaktiert, wird eine Spannung an die kathodisch schaltbare Walze angelegt. Sobald durch die Sensorik erkannt wird, dass kein Kontakt mit einer zu beschichtenden Basisschicht besteht, wird der Stromfluss wieder unterbrochen. Die Sensoren, mit denen erkannt wird, ob die Walze mit einem Substrat mit zu beschichtender strukturierter oder vollflächiger Basisschicht in Kontakt steht, sind zum Beispiel optisch oder mechanisch. Wenn Sensoren eingesetzt werden, um zu erkennen, ob die kathodisch schaltbare Walze in Kontakt mit einer zu beschichtenden Basisschicht steht, ist es möglich, die Stromzufuhr auch von außerhalb des Elektrolytbades zu realisieren. So kann die Stromzufuhr dann zum Beispiel über Schleifringe an den Walzenachsen erfolgen. Die Regelung der Stromzufuhr über einen optischen oder mechanischen Sensor ist insbesondere dann bevorzugt, wenn das Substrat nur eine sehr geringe Dicke aufweist. In diesem Fall wäre die Dicke des Substrates nicht ausreichend, um einen ausreichend großen Hub bereitzustellen, um die Walze gegen einen Schleifkontakt zu drücken, um die Stromzufuhr herzustellen. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn sich die zu beschichtende Basisschicht auf einem dünnen Folienträger befindet. Im Falle von dünnen Folienträgern kann die zumindest eine Walze natürlich auch permanent kathodisch geschaltet werden. Dadurch entstandene Metallabscheidungen sind durch die Abschirmungsvorkehrungen nach wie vor deutlich reduziert im Vergleich zu Anlagen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Dies bietet entspre- chend Kostenvorteile, da die Walzen längere Betriebszeiten und kürzere Wartungsintervalle haben.
Um gleichzeitig die Oberseite und die Unterseite eines Substrates mit darauf ausgebildeten strukturierten oder vollflächigen Basisschichten zu ermöglichen, liegen sich in einer Ausführungsform jeweils zwei Walzen gegenüber, zwischen denen das Substrat hindurchgeführt wird. Auf diese Weise können gleichzeitig die Basisschicht auf der Oberseite und die Basisschicht auf der Unterseite des Substrates beschichtet werden. Ein weiterer Vorteil der gegenüberliegenden Walzen besteht darin, dass diese gleichzeitig zum Transport des Substrates durch das Elektrolytbad eingesetzt werden kön- nen. Hierzu sind zumindest einzelne der Walzen angetrieben.
Alternativ kann der Transport des Substrates auch dadurch erfolgen, dass den Walzen eine Transportvorrichtung gegenüberliegt. Die Transportvorrichtung kann zum Beispiel einzelne angetriebene Rollen umfassen, auf denen das Substrat gefördert wird. Wei- terhin ist es auch möglich, dass die Fördervorrichtung zum Beispiel ein Förderband umfasst, auf welchem das Substrat aufliegt. Wenn den Walzen eine Fördervorrichtung gegenüberliegt, lässt sich jedoch nur eine Seite des Substrates beschichten. Um dann eine eventuell auf der Unterseite des Substrates vorhandene Basisschicht zu beschichten, ist es notwendig, das Substrat umzudrehen und ein zweites Mal durch die Vorrich- tung zur galvanischen Beschichtung hindurchzuführen oder eine zweite Vorrichtung vorzusehen, durch welche das Substrat geführt wird.
Nach dem Durchführen des Substrates durch die Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung ist es bevorzugt, dass das Substrat gedreht wird. Die Drehachse, um die das Substrat gedreht werden kann, ist dabei senkrecht zu der zu beschichtenden Basisschicht des Substrates angeordnet. Durch das Drehen werden Strukturen, die zunächst, in Transportrichtung des Substrates gesehen, breit und kurz sind, so ausgerichtet, dass diese nach dem Drehen in Transportrichtung gesehen schmal und lang sind. Hierdurch wird die Kontaktzeit, die eine einzelne kathodisch schaltbare Walze die Struktur kontaktiert, erhöht. Die auf der Struktur abgeschiedene Metallmenge und damit die Schichtdicke werden vergrößert. Nach dem Drehen des Substrates kann dieses entweder ein zweites Mal durch die gleiche Vorrichtung geführt werden oder durch eine nachgeschaltete zweite Vorrichtung. In einer weiteren Ausführungsform sind die kathodisch schaltbaren Walzen am Außenumfang einer rotierenden Walze angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, dass zum Beispiel die Anode innerhalb der rotierenden Walze angeordnet ist. Hierzu ist die rotierende Walze, auf der die kathodisch schaltbaren Walzen angeordnet sind, als Hohlwelle ausgebildet. Die Walzen, die nicht mit dem Substrat in Kontakt stehen, können zum Beispiel mit einer Abschirmung abgedeckt sein.
Diese Abschirmungen dienen dazu, den Verlauf des Hauptstromes auf den Weg von der zentralen Anode zum Substrat zu konzentrieren und den Stromverlauf des Sekun- därstromes von den anodisch geschalteten Kontaktwalzen zu den Hilfskathoden einzugrenzen. Dadurch kann die Stromausbeute für das Metallisieren des Substrates verbessert werden. Zwingend erforderlich sind die Abschirmungen jedoch nicht.
Um gegebenenfalls auf den kathodisch geschalteten Walzen abgeschiedenes Metall zu entfernen, ist es in allen Ausführungsformen bevorzugt, wenn die Walzen, die nicht mit der strukturierten oder vollflächigen Basisschicht auf dem Substrat in Kontakt stehen, anodisch geschaltet werden. Durch die anodische Schaltung wird das zuvor auf der Walze abgeschiedene Metall wieder von dieser entfernt. Alternativ ist es auch möglich, die Walzen zum Beispiel während Betriebspausen von darauf abgeschiedenem Material zu reinigen. Die Reinigung der kathodisch schaltbaren Walzen kann auch durch Entnahme der Walzen außerhalb des Elektrolytbades erfolgen. Dies ist jedoch bei einer Anordnung der Walzen in Reihe nur dann möglich, wenn kein Substrat beschichtet wird. Bei der Anordnung der kathodisch schaltbaren Walzen auf einer rotierenden Welle ist es möglich, die kathodisch schaltbaren Walzen, die die Basisschicht nicht kontaktieren, zu entfernen und abzureinigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung von strukturierten oder vollflächigen Basisschichten auf einem Substrat eignen sich zum Beispiel zur Herstellung von Leiterbahnen auf Leiterplatten. Derartige Leiterplatten sind zum Beispiel solche mit Multilayer-Innen- und Multilayer- Außenlagen, Micro-via-Chip-on-Board, flexible und starre Leiterplatten und werden zum Beispiel eingebaut in Produkte, wie Rechner, Telefone, Fernseher, elektrische Automobilbauteile, Tastaturen, Radios, Video-, CD-, CD-ROM- und DVD-Player, Spielkonsolen, Mess- und Regelgeräte, Sensoren, elektrische Küchengeräte, elektrische Spielzeuge usw..
Auch können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren elektrisch leitfähige Strukturen auf flexiblen Schaltungsträgern beschichtet werden. Solche flexiblen Schaltungsträger sind zum Beispiel Kunststofffolien aus den obenstehend für den Träger genannten Ma- terialien, auf denen elektrisch leitfähige Strukturen aufgedruckt sind. Weiterhin eignen sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von RFI D-Antennen, Transponderantennen oder anderen Antennenstrukturen, Chipkarten-Modulen, Flachkabeln, Sitzheizungen, Folienleitern, Leiterbahnen in Solarzellen oder in LCD- beziehungsweise Plasmabildschirmen, Kondensatoren, Folienkon- densatoren, Widerständen, Konvektoren oder elektrischen Sicherungen. Weiterhin lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beispiel auch zwei- oder dreidimensionale Molded Interconnected Devices herstellen.
Auch ist die Herstellung von Antennen mit Kontakten für organische Elektronikbauteile sowie von Beschichtungen auf Oberflächen bestehend aus elektrisch nicht leitfähigem Material zur elektromagnetischen Abschirmung (shielding) möglich.
Eine Verwendung ist weiterhin im Bereich der flow fields von Bipolarplatten zur Anwendung in Brennstoffzellen möglich. Die Anwendungsbreite der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von metallisierten, selbst nicht leitenden Substraten, insbesondere für die Verwendung als Schalter und Sensoren, Absorber für elektromagnetische Strahlung oder Gasbarrieren oder Dekorteile, insbesondere Dekorteile für Kraftfahrzeug-, Sani tär-, Spielzeug-, Haushalts- und Bürobereich und Verpackungen sowie Folien. Auch im Bereich Sicherheitsdruck für Geldscheine, Kreditkarten, Ausweispapiere usw. kann die Erfindung Anwendung finden. Textilien können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens elektrisch und magnetisch funktionalisiert werden (Antennen, Sender, RFID- und Transponderantennen, Sensoren, Heizelemente, Antistatik (auch für Kunststoffe), Abschirmungen usw.).
Weiterhin ist die Herstellung von Kontaktstellen beziehungsweise Kontakt-Pads oder Verdrahtungen auf einem integrierten elektrischen Bauelement möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung können ebenfalls für die Metallisierung von Löchern, Wires, Sacklöchern usw., zum Beispiel bei Leiterplatten, RFI D-Antennen oder Transponderantennen, Flachkabeln, Folienleitern mit dem Ziel einer Durchkontaktierung der oberen und unteren Leiterplattenseite verwendet werden. Dies gilt auch, wenn andere Substrate verwendet werden.
Weiterhin finden die in der erfindungsgemäßen ausgebildeten Vorrichtung oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten metallisierten Gegenstände - sofern sie magnetisierbare Metalle umfassen - Anwendung in Bereichen magnetisierbarer Funktionsteile, wie Magnettafeln, Magnetspielen, magnetischen Flächen, zum Beispiel bei Kühlschranktüren. Außerdem finden sie Anwendung in Bereichen, in denen eine gute thermische Leitfähigkeit vorteilhaft ist, beispielsweise in Folien für Sitzheizungen, Fußbodenheizungen sowie Isolierungsmaterialien.
Bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäß galvanisch beschichteten Oberflä- chen sind solche, bei denen die so hergestellten Produkte als Leiterplatte, RFID- Antenne, Transponderantenne, Sitzheizung, Flachkabel, kontaktlose Chipkarten, dünne Metallfolien oder ein- oder zweiseitig kaschierte Polymerträger, Folienleiter, Leiterbahnen in Solarzellen oder in LCD- beziehungsweise Plasmabildschirmen oder als dekorative Anwendung wie zum Beispiel für Verpackungsmaterialien verwendet wer- den.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung vereinzelter Platten, zum Beispiel für Leiterplatten, verwendet werden.
Die Abmessungen der kathodisch schaltbaren Walzen sowie der Abstand von Walze zu Walze ergeben sich aus der kleinsten, gleichmäßig zu galvanisierenden Strukturlänge. Je kleiner die kleinste zu galvanisierende Strukturlänge ist, umso kleiner sollte der Abstand zwischen zwei Walzen und damit auch der Walzendurchmesser gewählt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Die Figuren zeigen exemplarisch immer nur eine mögliche Ausführungsform. Außer in den ausgeführten Ausführungsformen kann die Erfindung natürlich auch noch in weiteren Ausführungen oder in Kombination dieser Ausführungsformen umgesetzt werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung mit in Reihe geschalteten, gegenüberliegenden Walzen,
Figur 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung, bei der die kathodisch schaltbaren Walzen auf einer rotierbaren Welle angeordnet sind.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung mit in Reihe geschalteten, gegenüberliegenden Walzen.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung 1 um- fasst Walzen 2, die kathodisch schaltbar sind. In der hier dargestellten Ausführungs- form sind jeweils drei Walzen 2 hintereinander geschaltet und es liegen sich jeweils zwei Walzen 2 gegenüber.
Die Walzen 2 befinden sich in einem Bad 3. Das Bad 3 enthält eine Elektrolytlösung 5. Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung ist davon abhängig, mit welchem Material beschichtet werden soll. Üblicherweise wird durch galvanische Verfahren eine metallische Beschichtung aufgetragen. Übliche Metalle, die durch die galvanische Beschich- tung abgeschieden werden, sind zum Beispiel Gold, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Zinn, Kupfer oder Chrom. Prinzipiell können jedoch alle Metalle für die galvanische Beschichtung eingesetzt werden, die edler oder gleichedel wie das unedelste Metall der Basisschicht sind. Bei Bedarf können auch mehrere Vorrichtungen nacheinander vom zu beschichtenden Substrat durchlaufen werden. Dabei kann die Basisschicht auf dem Substrat bei Bedarf nacheinander auch mit unterschiedlichen Metallen beschichtet werden.
Der Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung 1 wird ein Substrat 7 zugeführt, welches eine Basisschicht 9 aufweist, die galvanisch beschichtbar ist. Die Basisschicht 9 kann dabei entweder strukturiert oder vollflächig ausgeführt sein. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist die Basisschicht 9 strukturiert. Auch befindet sich so- wohl auf der Oberseite 11 des Substrates 7 als auch auf der Unterseite 13 des Substrates 7 jeweils eine Basisschicht 9, die galvanisch beschichtet wird. Das Substrat 7 mit der galvanisch beschichtbaren Basisschicht 9 wird jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden Walzen 2 hindurchgeführt. Durch das Hindurchführen des Substrates 7, dessen Bewegungsrichtung mit einem Pfeil 15 dargestellt ist, werden die Walzen 2 senkrecht zur Bewegungsrichtung 15 des Substrates 7 verschoben. Bei einem ersten Walzenpaar 17, welches das Substrat 7 mit der Basisschicht 9 kontaktiert, ist die Ausgangsposition mit gestrichelten Linien und die Position nach der Kontaktierung mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Aufgrund der Dicke des Substrates 7 wird die obere Walze des ersten Walzenpaares 17 angehoben und die untere Walze des ersten Walzenpaares 17 nach unten gedrückt. Durch diese Bewegung werden die Walzen 2 des ersten Walzenpaares 17 jeweils mit einem Schleifkontakt 19 kontaktiert. Über den Schleifkontakt 19 werden die Walzen 2 des ersten Walzenpaares 17 kathodisch geschaltet. Durch den Kontakt der Walzen 2 mit der Basisschicht 9 auf dem Substrat 7 wird auch die Basisschicht 9 kathodisch geschaltet. Es scheidet sich Metall aus der Elektrolytlösung 5 auf der Basisschicht 9 ab.
Damit sich auf den Walzen 2, die kathodisch geschaltet sind, nur wenig oder vorzugs- weise kein Metall abscheidet, sind die Walzen 2 jeweils von einer Abschirmung 21 um- schlössen. Durch die Abschirmung 21 wird weitestgehend vermieden, dass Elektrolyt- lösung an die Oberfläche der Walzen 2 gelangt. Damit die Walzen sowohl rotierbar als auch radial verschiebbar bleiben, sind an den Abschirmungen vorzugsweise elastische Lippen 23 ausgebildet. Wenn sich kein Substrat zwischen zwei Walzen eines Walzen- paares befindet, wie dies zum Beispiel beim zweiten Walzenpaar 25 oder dem dritten Walzenpaar 27 der Fall ist, liegen die elastischen Lippen 23 vorzugsweise an der Walze 2 an. Sobald - wie in Figur 1 beim ersten Walzenpaar 17 dargestellt - das Substrat 7 mit der Basisschicht 9 zwischen zwei gegenüberliegenden Walzen 2 eines Walzenpaares 17 hindurchgeführt wird, liegen die elastischen Lippen 23 vorzugsweise auf der Oberseite 1 1 beziehungsweise Unterseite 13 des Substrates 7 an. Hierdurch wird ein Spalt zwischen dem Substrat 7 und der Abschirmung 21 geschlossen. Es kann keine Elektrolytlösung an die Walze 2 gelangen. Somit kann auch kein Metall aus der Elekt- rolytlösung auf der Walze 2 abgeschieden werden.
Alternativ zu den elastischen Lippen 23 ist es auch möglich, dass eine Walze mit einer elastischen Oberfläche vorgesehen ist, die einerseits die Oberfläche der Walzen 2 und andererseits die Abschirmung 21 beziehungsweise das Substrat 7 kontaktiert.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist jeweils zwischen zwei Abschirmungen 21 eine Anode 29 aufgenommen. Die Anode 29 ist vorzugsweise als Gitteranode ausgebildet.
Da durch die Abscheidung von Metall auf der galvanisch beschichtbaren Basisschicht 9 die Konzentration an Metallionen in der Elektrolytlösung 5 abnimmt, ist es bevorzugt, dass frische Elektrolytlösung zugegeben werden kann. Wenn die Anoden 29 als Gitteranoden ausgebildet sind, ist es zum Beispiel möglich, die Elektrolytlösung, wie in Figur 1 mit den Pfeilen 31 dargestellt, über die Anoden 29 zuzuführen. Die Zufuhr der Elektrolytlösung entlang der Anoden 29 hat den Vorteil, dass in die Zwischenbereiche zwischen den Walzen 2 frische Elektrolytlösung zugegeben wird. Aufgrund der Positionie- rung der Walzen, die sich zum Beispiel wie in Figur 1 dargestellt berühren, wenn kein Substrat 7 zwischen diesen hindurchgeführt wird und die ansonsten das Substrat 7 kontaktieren, ist ein Austausch an Elektrolytlösung in die Zwischenräume zwischen jeweils zwei benachbarte Walzen nur sehr schwer möglich.
Alternativ ist es auch möglich, in den Anoden 29 Kanäle auszubilden, durch die die Elektrolytlösung zugegeben wird. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Anoden 29 als Gitterelektroden auszubilden.
Durch die Bewegung des Substrates 7 in Richtung 15 werden die einzelnen Walzen- paare 17, 25, 27 nacheinander mit der Basisschicht 9 auf dem Substrat 7 kontaktiert. Die Walzenpaare 17, 25, 27, zwischen denen das Substrat 7 hindurchgeführt wird, werden jeweils mit den entsprechenden Schleifkontakten 19 kontaktiert. Durch die in Reihe geschalteten Walzen 2 wird die Kontaktzeit der zu beschichtenden Basisschicht 9 mit einer kathodisch geschalteten Elektrode, die hier als Walze 2 ausgebildet ist, ver- größert. Es kann eine dickere Schicht abgeschieden werden.
Der Transport des Substrates 7 zwischen den Walzenpaaren 17, 25, 27 hindurch erfolgt zum Beispiel dadurch, dass einzelne Walzen 2 der Walzenpaare 17, 25, 27 mit einem Antrieb versehen sind. Alternativ können auch alle Walzen 2 der Walzenpaare 17, 25, 27 angetrieben sein. Bevorzugt sind jedoch jeweils die Walzen 2 angetrieben, die auf der gleichen Seite des Substrates 7 liegen. So sind zum Beispiel entweder die Walzen 2 an der Unterseite 13 des Substrates 7 oder die Walzen 2 an der Oberseite 1 1 des Substrates 7 angetrieben.
Wenn sich trotz der vorstehend beschriebenen Abschirmungen geringe Mengen Metall an den Walzen 2 abscheiden, können die Walzen 2 zur Reinigung entweder entfernt werden oder aber auch anodisch geschaltet werden. Das Anodischschalten der Walzen kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Schleifkontakte 19 anodisch geschaltet werden und ein Substrat ohne Basisschicht durch die Vorrichtung durchgeführt wird, wodurch die Walzen 2 dann die anodisch geschalteten Schleifkontakte 19 kontaktieren.
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform sind die kathodisch schaltbaren Walzen 2 auf einer rotierbaren Welle 41 angeordnet. Mit der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform lässt sich jedoch anders als bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ein Substrat 7 mit darauf ausgebildeter Basisschicht 9 nur einseitig beschichten. Die Walzen 2 sind ebenso wie bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform von einer Abschirmung 21 mit daran ausgebildeten elastischen Lippen 23 umschlossen. Das Substrat 7 mit der galvanisch zu beschichtenden Basisschicht 9 wird an der Vorrichtung 1 entlanggeführt. Dabei kontaktiert mindestens eine Walze 2 die Basisschicht 9. Durch den Kontakt der Walze 2 mit der Basisschicht 9 wird die Basisschicht 9 ka- thodisch geschaltet. Es scheidet sich Metall auf der Basisschicht 9 ab. Ebenso wie in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird auch bei in Figur 2 dargestellten Ausführungsform jeweils nur die Walze 2 kathodisch geschaltet, die die Oberseite 1 1 mit der Basisschicht 9 kontaktiert. Die rotierbare Welle 41 , auf der die Walzen 2 angeordnet sind, ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet. Im Inneren der Welle 41 befindet sich eine Anode 43.
Um gegebenenfalls auf den Walzen 2 abgeschiedenes Metall zu entfernen, ist es vor- gesehen, dass die Walzen 2, die nicht mit der Basisschicht 9 in Kontakt stehen, anodisch geschaltet werden können. Vorzugsweise werden die Walzen 2 anodisch geschaltet, die am weitesten von der zu beschichtenden Basisschicht 9 entfernt sind. Die anodisch geschalteten Walzen sind in Figur 2 mit Bezugszeichen 45 versehen.
Den anodisch geschalteten Walzen 45 liegen vorzugsweise Kathoden 47 gegenüber, die einen Stromfluss ermöglichen.
Um einen Kurzschluss zu vermeiden, ist vorzugsweise zwischen der Anode 43 und den anodisch geschalteten Walzen 45 eine Abschirmung 49 aufgenommen.
Die Walzen 2, die nicht die Basisschicht 9 kontaktieren und die nicht kathodisch geschaltet sind, sind vorzugsweise stromlos. Diese Walzen können von einer Abschirmung 51 abgedeckt sein.
Alternativ zu der Ausführungsvariante, bei der anodisch geschaltete Walzen 45 zur Abreinigung vorgesehen sind, ist es auch möglich, Walzen 2, die nicht mit der Basisschicht 9 in Kontakt stehen, zu entnehmen und außerhalb der Vorrichtung 1 zu reinigen. Wenn jedoch vorgesehen ist, zur Abreinigung anodisch geschaltete Walzen 45 einzusetzen, ist vorzugsweise die gesamte Vorrichtung 1 von der Elektrolytlösung 5 bedeckt. Bei der Ausführungsform, bei der Walzen 2 entnommen werden zur Abreinigung ist es ausreichend, wenn die Oberfläche 11 des Substrates 7 von Elektrolytlösung bedeckt ist. Die Walzen 2, die die Basisschicht 9 auf der Oberseite 1 1 des Substrates 7 nicht kontaktieren, können sich außerhalb der Elektrolytlösung befinden. Es ist jedoch notwendig, dass die Anode 43 sich ebenfalls in der Elektrolytlösung 5 befin- det. Hierbei ist es jedoch auch möglich, dass die Anode 43 nicht wie in Figur 2 dargestellt im Inneren der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 41 angeordnet ist, sondern sich außerhalb der Welle 41 befindet.
Bezuqszeichenliste
1 Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung
2 Walze
3 Bad
5 Elektrolyt! ösung
7 Substrat
9 Basisschicht
1 1 Oberseite
13 Unterseite
15 Bewegungsrichtung
17 erstes Walzenpaar
19 Schleifkontakt
21 Abschirmung
23 elastische Lippe
25 zweites Walzenpaar
27 drittes Walzenpaar
29 Anode
31 Elektrolytzufuhr
41 Welle
43 Anode
45 anodisch geschaltete Walze
47 Kathode
49 Abschirmung
51 Abschirmung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung einer strukturierten oder vollflächigen Basisschicht (9) auf einer Oberfläche eines Substrates (7), welche mindestens ein Elektrolytbad (3) mit mindestens einer als Kathode schaltbaren, drehbar gelagerten Walze (2) umfasst, die während der galvanischen Beschichtung die Basisschicht (9) kontaktiert, wobei die Basisschicht (9) von einer im Elektrolytbad (3) enthaltenen Elektrolytlösung (5) bedeckt ist und sich während der Beschichtung relativ zu der mindestens einen Walze (2) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine als Kathode schaltbare Walze (2) während des Kontaktes mit der Basisschicht (9) kathodisch und sobald kein Kontakt mit der Basisschicht (9) vorliegt stromlos oder anodisch geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine als Kathode schaltbare Walze (2) ortsfest im Elektrolytbad (3) aufgenommen ist, während das Substrat (7) mit der Basisschicht (9) durch das Elektrolytbad (3) transportiert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektro- lytbad (3) mindestens zwei als Kathode schaltbare Walzen (2) in Reihe geschaltet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (2) von einer Abschirmung (21 ) umschlossen sind, die eine Zufuhr von Elektrolytlösung (5) an die Oberfläche der Walzen (2) weitestgehend verhindert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abschirmung (21 ) und der Oberfläche des Substrates (7) ein Spalt ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen der Abschirmung (21 ) und der Oberfläche des Substrates (7) durch eine elastische Lippe (23) verschlossen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen der Abschirmung (21 ) und der Oberfläche des Substrates (7) durch eine Walze mit elastischer Oberfläche abgedichtet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abschirmungen (21 ) zweier als Kathode schaltbarer Walzen (2) eine Anode (29) aufgenommen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (29) als Gitteranode ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Abschirmungen (21 ) im Bereich der Anode (29) Elektrolytlösung zugegeben werden kann.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzufuhr zu den als Kathode schaltbaren Walzen (2) durch Schleifkontakte (19) erfolgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die als Kathode schaltbaren Walzen (2) durch das Substrat (7) gegen die Schleifkontakte (19) gedrückt werden.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils zwei Walzen (2) gegenüberliegen, zwischen denen das Substrat (7) durchgeführt wird, so dass gleichzeitig eine Basisschicht (9) auf der Oberseite (1 1 ) und auf der Unterseite (13) des Substrates (7) beschichtet werden können.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Walzen (2) eine Transportvorrichtung gegenüberliegt, mit der das Substrat (7) an den Walzen (2) entlang transportiert wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kathode schaltbaren Walzen (2) auf dem Umfang einer rotierenden Welle
(41 ) angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Welle (41 ) als Hohlwelle ausgebildet ist, in der zumindest eine Anode (43) ange- ordnet ist.
17. Verfahren zur galvanischen Beschichtung einer strukturierten oder vollflächigen Basisschicht (9) auf einer Oberfläche eines Substrates (7), wobei die Basisschicht (9) von einer Elektrolytlösung (5) umgeben ist und mit mindestens einer als Kathode schaltbaren Walze (2) kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kathode schaltbare Walze (2) kathodisch geschaltet wird, wenn diese die Basisschicht (9) und/oder das Substrat (7) kontaktiert und stromlos oder zur Entfernung darauf abgeschiedenen Materials anodisch geschaltet wird, sobald kein Kontakt mit der Basisschicht (9) und/oder dem Substrat (7) besteht.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (7) nach einem ersten galvanischen Beschichtungsprozess um eine Achse senkrecht zur zu beschichtenden Oberfläche gedreht wird und anschließend erneut einen galvanischen Beschichtungsprozess durchläuft.
19. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 oder 18 zur Herstellung von Leiterbahnen auf Leiterplatten, RFI D-Antennen, Transponderantennen oder anderen Antennenstrukturen, Chipkartenmodulen, Flachkabeln, Sitzheizungen, Folienleitern, Leiterbahnen in Solarzellen oder in LCD- beziehungsweise Plasma-Bildschirmen, zur Herstellung von dekorativen oder funktionalen Oberflächen auf Produkten, die zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, zur Wärmeleitung oder als Verpackung verwendet werden oder zur Herstellung von galvanisch beschichteten Produkten in beliebiger Form.
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