WO2008101884A2 - Verfahren zur kontaktierung elektrischer bauelemente - Google Patents

Verfahren zur kontaktierung elektrischer bauelemente Download PDF

Info

Publication number
WO2008101884A2
WO2008101884A2 PCT/EP2008/051909 EP2008051909W WO2008101884A2 WO 2008101884 A2 WO2008101884 A2 WO 2008101884A2 EP 2008051909 W EP2008051909 W EP 2008051909W WO 2008101884 A2 WO2008101884 A2 WO 2008101884A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dispersion
electrically conductive
carrier
conductive particles
electrical
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/051909
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008101884A3 (de
Inventor
Rene Lochtman
Norbert Wagner
Jürgen Kaczun
Jürgen PFISTER
Antonino Addamo Raffaele
Ralf NÖRENBERG
Original Assignee
Basf Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Se filed Critical Basf Se
Publication of WO2008101884A2 publication Critical patent/WO2008101884A2/de
Publication of WO2008101884A3 publication Critical patent/WO2008101884A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/321—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by conductive adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03—Conductive materials
    • H05K2201/0332—Structure of the conductor
    • H05K2201/0335—Layered conductors or foils
    • H05K2201/0347—Overplating, e.g. for reinforcing conductors or bumps; Plating over filled vias
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/07—Treatments involving liquids, e.g. plating, rinsing
    • H05K2203/0779—Treatments involving liquids, e.g. plating, rinsing characterised by the specific liquids involved
    • H05K2203/0786—Using an aqueous solution, e.g. for cleaning or during drilling of holes
    • H05K2203/0796—Oxidant in aqueous solution, e.g. permanganate
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24—Reinforcing the conductive pattern
    • H05K3/245—Reinforcing conductive patterns made by printing techniques or by other techniques for applying conductive pastes, inks or powders; Reinforcing other conductive patterns by such techniques
    • H05K3/246—Reinforcing conductive paste, ink or powder patterns by other methods, e.g. by plating

Definitions

  • the invention relates to a method for electrical contacting of electrical components on a support. Furthermore, the invention relates to electrical components comprising at least one equipped with an electrical component according to the inventive carrier. Such methods are used in particular in the field of RFID transponder and printed circuit board production and the assembly of electrical circuit boards and RFID transponders.
  • these electrical components may be components which require an electrical current and / or an electrical voltage, for example transistors, integrated circuits (ICs) or photocells.
  • the assembly methods comprise not only the pure mechanical application of the components to the substrates, but also an electrical contacting of corresponding terminals and optionally further process steps.
  • the assembly processes used must meet numerous requirements.
  • the method used must in particular be characterized by a high degree of reliability with regard to the quality of the connection points between carrier and electrical components (both mechanical and electrical type) and those produced by this method Carriers must satisfy high overall mechanical, electrical and thermal requirements.
  • soldering process is to be understood as meaning a thermal process for material bonding in which a solder is used.
  • Numerous different methods of soldering are known to the person skilled in the art, whereby basically between a soft soldering (temperatures up to about 450 ° C.), a brazing (temperatures up to about 900 ° C.) and a high temperature Temperature soldering (temperatures up to about 900 0 C) is distinguished.
  • Solders or solder pastes which in particular contain alloys, for example Sn / Ag, SnCu, Sn / Ag / Cu or Sn / Pb, can be used for the soldering.
  • soldering methods which can be used on an industrial scale.
  • soldering methods for example, the reflow soldering, soldering with hot air or wave soldering to call, as well as other soldering techniques, which are known in the art, and combinations of said soldering techniques and optionally other bonding techniques.
  • the typical dimensions within which soldering processes can be used range from a few centimeters down to a few tenths of a millimeter.
  • SMDs surface mounting techniques
  • SMD components such as For example, resistors or semiconductors are applied to the carrier surface without through-contacting of the carrier surface and are contacted there.
  • three-dimensional stacking of corresponding components are known and are used to achieve high packing densities.
  • other connection techniques are known, for example, clamping techniques or other assembly and / or contacting.
  • soldering techniques are associated in practice with various challenges and disadvantages. These disadvantages are associated, for example, with the high processing temperatures, which must be used depending on the solder or solder paste used. Due to these high processing temperatures, many solder pastes can not be applied to all types of carriers. Also, thermally sensitive components or components such. B. components that consist entirely or partially of organic conductive polymers, do not process at this temperature, since in particular the organic materials used or even used electron materials do not have the required temperature stability. In addition, in many soldering processes, which are carried out at high temperatures, the risk of oxidation to surfaces of the carrier and / or electrical components. In particular, oxidations often occur on the surfaces to which the electrical component and the carrier are to be connected.
  • the object of the present invention is therefore to provide a simple, cost-effective and productive method for the electrical contacting of electrical components which achieves the above-described disadvantages of known devices. Avoiding and contacting process avoids.
  • a method is to be provided which is suitable for mass production and which can preferably be carried out at low temperatures.
  • the electrical components may be components which require a supply of electrical current and / or electrical energy and / or which generate an electrical current and / or an electrical energy.
  • it may be electrical components which are to be acted upon by an electrical voltage, for example a predetermined or variable electrical voltage, and / or which are to be connected to an electrical ground or ground. Examples of such electrical components are listed below.
  • the carrier may in principle be any type of carrier, for example carriers which are already used today in the electronics industry.
  • the support may be designed to be completely or partially electrically insulating and, alternatively or additionally, may include electrical conductors or connections as well as, alternatively or additionally, already integrated or already applied electronic components. Examples of compositions of the carriers as well as various applications are listed below.
  • the method includes the following steps, which are preferably, but not necessarily, performed in the illustrated order. Also, individual steps outlined below may be performed in parallel with other steps, or one or more steps may be performed repeatedly.
  • At least one dispersion is applied in at least one area of the carrier, wherein the dispersion comprises electrically conductive particles;
  • at least one electrical component is applied to the dispersion;
  • steps can be taken in which the dispersion is completely or partially dried and / or cured.
  • the dispersion it is possible, for example, to use thermal curing processes or, alternatively or additionally, other types of curing processes, for example curing by means of irradiation with UV light.
  • This complete or partial drying and / or curing serves the purpose of optimally adapting the dispersion to the corresponding subsequent process steps and / or subsequent use of the end products.
  • the dispersion which will be described in more detail below, may be optimally adapted initially to the application step (a) with regard to viscosity, surface tension or similar parameters.
  • the subsequent optional drying or curing step serves in particular the purpose of preventing flow of the dispersion on the support and, for example, to effect an optimum adhesive force of the electrical components which are applied to the dispersion. Accordingly, advantageously, this drying or curing at this stage is only incomplete to allow optimal adhesive properties.
  • the term of applying the electrical components is not limited to application (contacting) with the surface, but should in particular include a pressing of the electrical components into the dispersion.
  • electrical contacts of the electrical components can be pressed into the still soft dispersion.
  • the optional drying step can be advantageously used to optimize the injection properties and the adhesion properties of the components in the dispersion.
  • drying may take place after process step b) in order to optimally prepare the dispersion (or the dispersion modified by preceding drying or curing steps) to the metallization step (c). Furthermore, an additional curing or drying may also follow the metallization in step (c).
  • the dispersion comprises electrically conductive particles and furthermore at least one component in which these electrically conductive particles are dispersed.
  • the dispersion may comprise, in addition to at least one type of electrically conductive particles, at least one binder and / or at least one solvent. sen.
  • the dispersion may comprise at least one of the following components: at least one dispersant; at least one filler; at least one additive. These optional components are described below by way of example.
  • the core component of the dispersion are the electrically conductive particles. During the metallization in method step c), these electrically conductive particles form nuclei on which the metallization or the metallic layer formation builds up.
  • electrically conductive is not necessarily to be understood as meaning that the particles as such, for example as powders or solids, themselves have electrically conductive properties. Rather, these electrically conductive particles should have at least one electrically conductive component which later contributes to nucleation In addition, however, the electrically conductive particles may also have further components, for example electrically insulating components, for example in the form of an oxide layer, This additional component may be removed before the metallization in method step (c), for example by chemical means. which is explained in more detail below.
  • the electrically conductive particles may be particles of any desired geometry made of any electrically conductive material, mixtures of different electrically conductive materials or mixtures of electrically conductive and non-conductive materials.
  • Preferred suitable electrically conductive materials are, for example, carbon (carbon black, graphite or carbon nanotubes), 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.
  • Particularly preferred are aluminum, iron, copper, nickel, zinc, tin, silver, carbon and mixtures thereof.
  • the electrically conductive particles preferably metal particles, preferably have an average particle diameter of from 0.001 to 100 ⁇ m, preferably from 0.005 to 50 ⁇ m and particularly preferably from 0.01 to 10 ⁇ m.
  • 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 electrically conductive particle, preferably of the metal can be provided at least partially with a coating. Suitable coatings can be inorganic (for example SiO 2 , phosphates) or organic in nature.
  • the electrically conductive particle may also be coated with a metal or metal oxide (as a further component in addition to the electrically conductive component).
  • the metal may be in partially oxidized form, in which case the oxide layer forms the further component or part of the further component of the electrically conductive particle.
  • the electrically conductive particles can be formed by mixing these metals. It is particularly preferred if the metals are selected from the group consisting of aluminum, iron, copper, nickel, zinc, tin or silver.
  • the shape of the electrically conductive particles can also have an influence on the properties of the dispersion after a coating.
  • the shape of the electrically conductive 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.
  • drop-shaped particles in the context of the present invention are a real deviation of the idealized spherical shape.
  • the deviation from the idealized spherical shape is not more than 20%.
  • Electrically conductive particles having various 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 only one type of electrically conductive 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, zinc, silver and carbon are also preferred.
  • mixtures of spherical particles with platelet particles are preferred.
  • spherical carbonyl iron or carbonyl nickel powder particles with platelet-shaped iron and / or copper particles and / or carbon particles of other geometries, eg carbon nanotubes are used.
  • This mixture offers the particular advantage of a more homogeneous and more continuous metallization since For example, a ball / plate mixture forms an improved percolation network.
  • the electrically conductive particles can be added in the form of powder to the dispersion.
  • Such powders, preferably metal powders are common commercial goods or can be easily prepared by known methods, such as 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 comprising a tube made of a heat-resistant material such as quartz glass or V2A steel in a preferably vertical position, that of a heating device, for example consisting of heating baths, heating wires or from a heating medium through which flows through a heating jacket.
  • a heating device for example consisting of heating baths, heating wires or from a heating medium through which flows through a heating jacket.
  • Carbonyl nickel can also be produced in a similar process.
  • the mean particle diameter of carbonyl iron powder can be controlled by the process parameters and reaction behavior in the decomposition in wide ranges and is (number average) usually from 0.01 to 100 .mu.m, preferably from 0.1 to 50 .mu.m, more preferably from 1 to 10 microns.
  • Platelet-shaped electrically conductive particles preferably metal powders
  • the proportion of electrically conductive particles is in the range from 20 to 98 percent by weight.
  • a preferred range of the proportion of electrically conductive particles is from 30 to 95 percent by weight and more preferably between 50 and 85 percent by weight the total weight of the at least partially dried and / or cured coating.
  • 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 acrylates; 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, rosin resins and phenol 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 may furthermore be admixed with a solvent or a solvent mixture in order to adjust the viscosity of the dispersion which is suitable for the respective application method.
  • 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 glycerin, 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), but
  • DBE dibasic esters
  • ethers for example diethyl ether, tetrahydrofuran
  • ethylene chloride ethylene glycol, ethylene glycol acetate, ethylene glycol dimethyl ester, cresol, lactones (for example butyrolactone), ketones (for example acetone, 2-butanone, cyclohexanone, methyl ethyl ketone (MEK) , Methyl isobutyl ketone (MIBK)), methyl diglycol, methylene chloride, methylene glycol, methyl glycol acetate, methylphenol (ortho-, meta-, para-cresol), pyrrolidone (for example N-methyl-2-pyrrolidone), propylene glycol, propylene carbonate, carbon tetrachloride, toluene , Trimethylolpropane (TMP), aromatic hydrocarbons and mixtures, aliphatic hydrocarbons and mixtures, alcoholic monoter
  • 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 example ace
  • liquid matrix materials for example 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.
  • Cationic and anionic surfactants are described, for example, in “Encyclopedia of Polymer Science and Technology”, J. Wiley & Sons (1966), Vol. 5, pp. 816-818, and in “Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers", editors P. Lovell and M. El-Asser, published by Wiley & Sons (1997), pages 224-226.
  • the dispersant may be used in the range of 0.01 to 50% by weight based on the total weight of the dispersion. Preferably, the proportion is 0.1 to 5 wt .-%, more 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 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 and additives 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 .-%.
  • processing aids and stabilizers such as UV stabilizers, lubricants, corrosion inhibitors and flame retardants can be present in the dispersion according to the invention.
  • their proportion based on the total weight of the dispersion 0.01 to 5 wt .-%.
  • the proportion is 0.05 to 3 wt .-%.
  • the carrier material is at least partially (ie in at least one area) electrically non-conductive. In this context, this means that the specific resistance should be more than 10 9 ohm ⁇ cm.
  • Suitable carrier materials are, for. As reinforced or unreinforced polymers, such as those commonly used for printed circuit boards and / or transponders. 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), polyaryletherketones (PAEK), polyetheretherketones (PEEK), polyamides (PA), polycarbonates (PC), polybutylene terephthalates (PBT), polyethylene terephthalates (PET), polyimides (PI) , Polyimide resins, cyanate esters, bismaleimide-triazine resins, nylon, vinyl ester resins, polyesters, polyester resins,
  • suitable carriers composites, foam-like polymers, Styrofoam ®, styrodur ®, polyurethanes (PU), ceramic surfaces, textiles, paperboard, cardboard, paper, polymer coated paper, wood, mineral materials, silicon, glass, plant tissue and animal tissue.
  • suitable carriers composites, foam-like polymers, Styrofoam ®, styrodur ®, polyurethanes (PU), ceramic surfaces, textiles, paperboard, cardboard, paper, polymer coated paper, wood, mineral materials, silicon, glass, plant tissue and animal tissue.
  • this support is preferably pretreated prior to application.
  • a suitable method known to the person skilled in the art can be used, for example a cleaning or roughening method.
  • Dry, wet-chemical and / or mechanical methods can be used in particular.
  • a wet-chemical method is z.
  • suitable solvents or oxidizing agents such as potassium permanganate.
  • the dispersion is applied in process step (a) to at least one point of the support.
  • This one location may, for example, be a surface of the carrier which has conductive properties.
  • the carrier may have at this point one or more tracks, contact tracks, contact pads or other conductive elements to which the dispersion is at least partially applied.
  • this at least one conductor track can be electrically contacted with an external voltage source.
  • the application of the dispersion in process step (a) can in principle be carried out by any method known to the person skilled in the art and can in particular be adapted to the conditions of the required layer thickness or structuring.
  • Examples include dispensing methods in which structures of the dispersion are applied to the carrier by means of a metering device, for example a dispensing needle.
  • methods can also be used, for example, to apply a dispersion over a large area to a surface of the carrier.
  • printing methods can advantageously be used.
  • the printing process is, for example, a web or sheet-fed printing process, such as screen printing, gravure printing, flexographic printing, letterpress printing, pad printing, inkjet printing, the Lasersonic® process as described in DE10051850 or offset printing, screen or stencil printing, and magnetographic printing processes (US Pat. if the electrically conductive particles of the dispersion are also magnetic).
  • a web or sheet-fed printing process such as screen printing, gravure printing, flexographic printing, letterpress printing, pad printing, inkjet printing, the Lasersonic® process as described in DE10051850 or offset printing, screen or stencil printing, and magnetographic printing processes (US Pat. if the electrically conductive particles of the dispersion are also magnetic).
  • any further printing method known to the person skilled in the art It is also possible to apply the dispersion to the support by another common and well known coating method.
  • the layer thickness of the applied dispersion produced by the printing or the coating method preferably varies between 0.01 and 200 ⁇ m, further preferably between 0.05 and 100 microns and more preferably between 0.1 and 50 microns. Depending on the printing process, different fine structures can be generated. In order to achieve the desired layer thickness at the at least one point, the application can also be carried out successively in two or more steps at the at least one point.
  • a device for carrying out the method described is furthermore proposed in one of its variants, which comprises at least one device for applying the dispersion to the carrier, at least one device for applying the electrical component and at least one device for electroless and / or galvanic metallization of the dispersion ,
  • this device may comprise a printing machine to perform, for example, one of the printing methods described above.
  • the dispersion is preferably stirred or pumped in a storage container prior to application to the carrier. By stirring and / or pumping, a possible sedimentation of the particles contained in the dispersion is prevented. Furthermore, it is also advantageous if the dispersion is heated in the reservoir.
  • the temperature control is particularly necessary when the dispersion is heated, for example, by the stirring and / or pumping due to the energy input of the stirrer or the pump and thereby changes the viscosity thereof.
  • the support can be coated or fitted on one side by means of the described method.
  • the carrier may also include a plurality of surfaces to be equipped, for example by the carrier is designed as a printed circuit board with two opposite surfaces to be equipped or as a plastic component (and / or metal and / or ceramic component) with a more complex (for example, three-dimensional) component geometry.
  • several or all surfaces of the carrier can be coated or equipped.
  • the coating and / or the drying / curing and / or the assembly can optionally also take place wholly or partly on several sides at the same time.
  • the process can be continued by dispersing further surfaces, for example an underside of the carrier, and by also applying electric there Components are applied.
  • the dispersion as already described in the beginning, is configured such that the at least one electrical component adheres or sticks to this dispersion.
  • This adhesion or adhesion takes place advantageously such that the electrical component does not detach from the carrier even under the influence of its own weight or its associated position on the carrier even with a movement of the carrier (for example, by a corresponding machine) not changed.
  • electrically conductive surfaces on which electrical components are applied can be electrically connected to one another on the upper side and the underside of the carrier.
  • This via can be done before and / or simultaneously and / or in time after the mounting of the carrier with electrical components.
  • a wall of a hole or a bore in the carrier is provided with an electrically conductive surface.
  • a sufficiently thin carrier for example a thin PET film, then advantageously grow in step (c) from the top and bottom of the carrier into the hole growing metal layers together, whereby the electrical connection of the electrically conductive structured or full-surface surfaces of the top and bottom of the carrier arises.
  • the hole or the hole can be made for example by slitting, punching or laser drilling.
  • other methods known from the prior art can be used for the metallization of holes and bores.
  • the method according to the invention can be combined with further methods for electrical contacting of electrical components on the carrier, for example with soldering methods or wire bonding methods. In this way, for example, depending on the component to be contacted, optimal contacting methods can be used.
  • the process according to the invention can be supplemented by one or more drying and / or curing steps.
  • the dispersion after application in the subsequent steps at least partially dried and / or at least partially cured.
  • drying and / or curing takes place, for example, by the action of heat, light (for example in the visible, infrared and / or ultraviolet spectral range) or microwaves.
  • Combinations of the mentioned drying or curing processes are also conceivable.
  • a suitable activator be added to initiate a curing reaction.
  • the curing can be achieved by a combination of different methods, for. B. by a combination of UV radiation and heat.
  • the combination of the curing processes can be carried out simultaneously or sequentially. So z. B. by UV radiation, the layer only be partially cured, so that the structures formed no longer flow apart. Thereafter, the layer can be further cured by the action of heat.
  • the heat can be done directly after UV curing and / or after electroless and / or galvanic metallization.
  • the electrically conductive particles in the dispersion may in particular comprise an electrically conductive component, as well as other, for example, non-conductive components or the electrically conductive particles may for example also be embedded at least partially in the matrix material.
  • the electrically conductive component is completely or partially exposed in at least one process step by a chemical, physical or mechanical process. This exposure can occur, for example, before and / or after carrying out the method step (b).
  • an electrically insulating component for example an oxide layer, can be completely or partially removed from the electrically conductive component.
  • the electrically conductive particles in particular metal particles and / or carbon, can be at least partially exposed, additional microorganisms for metallization being produced in process step (c). This results in a more homogeneous and more continuous metal coating.
  • the exposure of the electrically conductive particles can be designed very differently and adapted to the nature of the particles and other components of the dispersion. Accordingly, this term is to be construed broadly and may include in particular the following types of exposure (individually or in combination):
  • the electrically conductive particles can be exposed by a matrix material is removed chemically (eg with a potassium permanganate solution and / or a solvent), physically (eg by thermal treatment) or mechanically (eg by brushing or the like) and thereby more "metallization" arise This results in a better, more continuous and more homogeneous metallization. This type of exposure can also be called "activation".
  • an electrically conductive component of the electrically conductive particles may be exposed directly, and thereby, for example, from other components. nents (eg oxide layers, SiC> 2 layers or similar coatings) are completely or partially freed. If, for example, iron is used as the electrically conductive component, then in particular an oxide layer can be removed automatically by immersing the carrier in a chemical / galvanic metallization bath. Alternatively or additionally, however, a separate exposure step can also be planned for this exposure.
  • nents eg oxide layers, SiC> 2 layers or similar coatings
  • a drying / curing step may be carried out after the application of the dispersion.
  • a chemical "activation" by potassium permanganate solution can be carried out, whereby the matrix material of the dispersion is broken and thereby the carbonyl iron powder is exposed.
  • the oxide layer still exists after this first exposure step In this step, the oxide layer is automatically removed (ie, the electrically conductive component iron is exposed), and at the same time a chemical metallization takes place, optionally followed by galvanic reinforcement the metallization done.
  • the exposure of the electrically conductive particles can, as already partially described above, take place in various ways, which can be used alone or in combination.
  • mechanical and / or physical and / or chemical exposure steps can be used.
  • mechanical exposure steps may include brushing, grinding, milling, sand blasting, or supercritical carbon dioxide blasting.
  • Physical steps may include heating, laser treatment, UV light irradiation, corona discharge or plasma discharge processing.
  • a suitable chemical or chemical mixture is preferably used for the matrix material.
  • either the matrix material can be at least partially dissolved and washed down by a solvent on the surface, for example, or the chemical structure of the matrix material can be at least partially destroyed by means of suitable reagents, whereby the electrically conductive particles are exposed.
  • Reagents that swell the matrix material are also suitable for exposing the electrically conductive particles.
  • By swelling arise cavities into which the metal ions to be deposited can penetrate from the electrolyte solution, whereby a larger number of electrically conductive particles can be metallized.
  • the adhesion, the homogeneity and the patency of the electrolessly and / or electrodeposited metal layer or layers in process step (c) have proven to be significantly improved in practice compared to the prior art when the described exposure step is used. Due to the higher number of exposed electrically conductive particles, the process speed in the metallization is also greatly increased, whereby additional cost advantages can be achieved.
  • the exposure of the electroconductive particles is preferably carried out with an oxidizing agent.
  • an oxidizing agent By the oxidizing agent bonds of the matrix material are broken, whereby the matrix material can be removed and thereby the particles are exposed.
  • Suitable oxidizing agents are, for example, 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 see acids such as formic acid or acetic acid, depending on the matrix material may be suitable.
  • 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.
  • Solvents can also be used to expose the electrically conductive 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 then separates.
  • 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.
  • the temperature may be increased during the process.
  • Suitable mechanical methods include, for example, brushing, grinding, abrasive polishing, or jet blasting, blasting, or supercritical carbon dioxide blasting.
  • 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 in order to chemically remove an oxide layer from the electrically conductive particles are, for example, acids, such as concentrated or dilute sulfuric acid or concentrated or dilute hydrochloric acid, citric acid, phosphoric acid, amidosulfonic acid, formic acid, acetic acid .
  • the removal of the oxide layer can also be carried out without additional step, if, for example, in step (c) an acidic copper sulfate bath is used. During contact between the electrolyte solution and oxidized particles, the oxide layer dissolves, whereby the electrically conductive particles are exposed.
  • Suitable mechanical methods for removing the oxide layer from the electrically conductive particles are generally the same as the mechanical methods of exposing the particles.
  • a continuous, electrically conductive surface can be produced in the metallization step (c), which can optionally be structured.
  • at least one metallization is preferably applied after an at least partial drying and / or hardening of the dispersion and optionally after the above-described exposure of the electrically conductive particles in process step (c).
  • This metallization or metal layer on the points on which the dispersion is applied, and if appropriate additionally on further regions of the carrier, can be formed by means of electroless and / or galvanic metallization. Almost any conventional metal coating can be applied by means of this method, in particular metal coatings which are used in printed circuit board production.
  • the composition of the metallization is determined in an electroless metallization substantially by a composition of a chemical bath or an electrolyte solution, which is used for the coating.
  • a chemical bath metals deposit on the surface of the carrier, in particular at the electrically conductive points, that is to say preferably on the points at which the dispersion is applied.
  • all types of metals which are nobler than or equal to the noble metal of the dispersion can be used for the electroless coating.
  • Usual metals that can be deposited by a galvanic coating on electrically conductive surfaces are, for. As gold, nickel, palladium, platinum, silver, tin, copper or chromium.
  • multilayer metallizations for example a first adhesive layer, for example of copper, followed by a base layer, for example of nickel, and further followed by a finishing layer, for example gold.
  • the thicknesses of the one or more deposited layers are preferably in the usual range known to the person skilled in the art.
  • Suitable electrolyte solutions which can be used in chemical baths for coating electrically conductive sites are those skilled in the art, for example, Werner Jillek, Gustl Keller, Manual of printed circuit board technology, Eugen G. Leuze Verlag, 2003, Volume 4, pages 332-352, known.
  • one or more first metal layers are first applied in an electroless metallization process.
  • This metal layer which may be formed, for example, as an adhesive layer and which substantially determines the adhesion of the metal layer on the carrier, can then be used as part of the contacting for a further, galvanic metallization.
  • a metal layer is deposited without external voltage source, and preferably a metal is used which has a more positive normal potential than the electrically conductive particles in the electrochemical series of the elements, in alkaline or preferably acidic solution the dispersion or an electrically conductive component of these particles, for example a metal.
  • the deposited metal in currentless process control should therefore be nobler than the most base metal of the dispersion.
  • the electroless metallization can be worked for example by means of a chemical bath or by means of a spray process.
  • the carrier can be treated with a basic, neutral or preferably acid, preferably aqueous solution of a salt of the metal to be deposited and optionally one or more reducing agents. This can be done, for example, that the carrier is inserted or suspended in the chemical bath or, which is already widely implemented on an industrial scale, continuously drives through the solution.
  • one or more reducing agents may be added to the chemical bath.
  • copper is used as the metal to be deposited, it is possible to use, for example, aldehydes as reducing agents, in particular reducing sugars or formaldehyde.
  • nickel is to be deposited as a metal layer, it is possible, for example, to add alkali hypophosphite, in particular NaH 2 PO 2 .2H 2 O or boronates, in particular NaBH 4 , as a reducing agent.
  • alkali hypophosphite in particular NaH 2 PO 2 .2H 2 O
  • boronates in particular NaBH 4
  • At least one further layer can be applied galvanically after the electroless deposition of one or more metal layers on this layer.
  • an external voltage source is used, as well as a galvanic bath.
  • At least one further metal may be contained in the galvanic bath, which in the electrochemical series of the elements in acidic or alkaline solution may have a stronger or weaker normal potential than the electrically conductive particles or the electrically conductive component of these particles.
  • the electrically conductive particles may be based on metal powder, in particular nickel and / or iron powder and / or copper powder and / or carbon. Iron and nickel can be used in the form of carbonyl iron powder or carbonyl nickel powder.
  • mixtures of carbonyl iron powder with carbonyl nickel powder and / or mixtures of at least one of these powders with other powders for example copper powder (in particular in platelet form) and / or carbon powder.
  • copper powder in particular in platelet form
  • carbon powder nickel, zinc, gold, silver, platinum, palladium or, in particular, copper and also multilayer systems of these and other metals or alloys can be selected.
  • metallization layer thicknesses in the range between 100 nm and 500 .mu.m, preferably between 1 .mu.m and 200 .mu.m, and more preferably between 5 .mu.m and 50 .mu.m produced.
  • a metal powder of the electrically conductive particles can be partially or completely replaced by another metal.
  • this substitution will change the morphology and the metal layer applied in step (c) will not be identical to the morphology of the metal powder of the dispersion.
  • carriers or electrical components are obtained with carriers on which the at least one electrical component is applied and contacted.
  • the method steps described may then be followed by further method steps, for example method steps in which the carriers are rinsed one or more times, for example with water, and optionally after-treated with further methods known to the person skilled in the art.
  • a coating with an external electrical voltage source electrically conductive sites on the support (for example, places on which a previously electroless metallization was carried out) are first supplied to the bath with the electrolyte solution.
  • the carrier is then z. B. conveyed through the bath, wherein electrically conductive sites are contacted with at least one cathode.
  • cathode electrically contacts the conductive surface of the carrier, metal ions are deposited from the electrolyte solution to form a metal layer on the surface.
  • electroless deposition all methods known to those skilled in the art can also be used.
  • a suitable device in which the electroconductive site is electroplated generally comprises at least a bath, an anode and a cathode, the bath containing an electrolyte solution containing at least one metal salt. From the electrolytic solution, metal ions are deposited on electrically conductive particles / sites of the carrier to form a metal layer. For this purpose, the at least one cathode is brought into contact with the point of the carrier to be coated, while the carrier is conveyed through the bath.
  • electroplating processes are, for example, those in which the cathode is formed by one or more rollers which contact the material to be coated.
  • the cathodes can also be designed in the form of segmented rolls. be formed, in which in each case at least the segment of the roller, which is in communication with the points to be coated of the carrier, is connected cathodically.
  • segmented rolls in order to remove metal deposited on the roll, it is possible to anodically switch the segments which do not contact the areas of the support to be coated, whereby the metal deposited thereon is deposited again into the electrolytic solution.
  • the contacting can also take place via contact terminals. By means of suitable systems also isolated structures can be contacted.
  • contacting aids are used on the carrier to assist the metallization step (c).
  • These contacting aids can already be present as, for example, conductor tracks on the carrier before the dispersion is applied in method step (a).
  • the Kunststofftechniksslinien can be generated only by the application of the dispersion.
  • the Kunststofftechniksslinien are then further processed in the subsequent metallization steps analogous to the desired structure, that is, in this case preferably again takes place in turn a partial drying and / or curing, and a subsequent electroless and / or galvanic metallization.
  • contacting guidelines serve, in particular, to make it easier and more homogeneous to contact short, electrically isolated surfaces lying on the carrier which are isolated from one another during a subsequent galvanic metallization step in method step (c). If necessary, after the metallization step (c), the contacting aids can be at least partially removed again, for example by laser ablation, mechanical ablation or by partial breakage of the carrier, for example along a predetermined breaking point.
  • z. B. two contacting rollers are used as electrode contacts. These can be arranged such that the carrier to be metallized, which in this case is preferably a printed circuit board-shaped carrier, can be guided between these contacting rolls. As a result, the carrier is contacted simultaneously from above and from below, as a result of which metal can be deposited on both sides.
  • endless carriers which are initially unwound from a roll, passed through the device for electroless and / or galvanic coating and then wound up again - this can, for example, zig-zag -shaped or in the form of a meander around several galvanic coating devices, which then for example, can also be arranged above one another or next to each other, are passed through the bath.
  • This embodiment is advantageous, for example, for the production of RFID transponders, flat cables or flexible printed circuit boards.
  • the device for electroless and / or galvanic coating can be equipped with any additional device known to those skilled in the art as required.
  • ancillary devices include, for example, pumps, filters, chemical feeders, roll-up and roll-down devices, etc.
  • the device according to the invention can also be operated, for example, in the pulse method known from Werner Jillek, Gustl Keller, Handbuch der Porterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, Vol. 4, pages 192, 260, 349, 351, 352, 359.
  • the method according to the invention for contacting components / components which require or generate electrical current can be operated in a continuous, partially continuous or discontinuous mode. It is also possible that only individual steps of the process are carried out continuously while other steps are carried out discontinuously.
  • a dispersion which has a composition as described above in one of the variations related to the composition.
  • To prepare this dispersion according to the invention it is possible in particular to proceed in such a way that
  • Electrically conductive surfaces on electrically non-conductive substrates can for
  • Example can be produced by the skilled person known methods of printed circuit board manufacturing, which can be produced in particular conductor track structures.
  • a copper-clad carrier can be processed by the resist and etching methods known to those skilled in the art, whereby a structured, electrically conductive surface, such as an outer layer of a printed circuit board, is produced.
  • Electrically conductive surfaces on electrically non-conductive substrates can also be made by:
  • dispersion which is preferably the same or similar to the above-described dispersion, structured or completely applied to a base layer, preferably printed, II.
  • the applied dispersion is at least partially dried in one or more steps and / or at least partially cured , III. if appropriate, exposing the electrically conductive particles to the surface of the remaining base layer by at least partial chemical, physical or mechanical removal of the matrix, IV.
  • At least one metal layer is formed on the remaining base layer by electroless and / or electroplating.
  • the described and proposed dispersion can be used not only for contacting the electrical components, but it can also be produced by this dispersion conductor track structures on the support, without necessarily electrical components are applied.
  • dispersions preferably identical dispersions (hereinafter referred to as dispersion ( 1) or dispersion (2)) can be used.
  • the dispersions used in process step I. may also have other and / or further components.
  • the respective steps of the optional exposure of the electrically conductive particles of the dispersion or dispersions and the subsequent electroless and / or galvanic Metallization can be carried out in one step.
  • electrically conductive particles of the two dispersions are optionally exposed, and then in one step the electroless and / or galvanic metallization is carried out. Additional exposure steps and / or exposure steps with the "activation function" described above can also be used, it being possible to refer to the above description and the examples mentioned.
  • two of the (eg, printed) sites of the support coated with dispersions in step (a) belong to different parts of an electrically conductive surface of the support.
  • the electrically conductive particles or mixtures of at least two electrically conductive particles of the dispersions in steps (a) and (I) are identical.
  • the at least one electrical component is applied to the carrier or the dispersion applied to the carrier.
  • This process which can also be referred to as assembly, can be carried out using a variety of placement technologies and placement systems, which are known in the art.
  • Known assembly methods are known from printed circuit board manufacturing and include z. B. Surface Mount Technology (SMT) or other assembly methods, such as through hole technology (THT), clamping techniques, Kneipp clamping techniques or the like.
  • SMT Surface Mount Technology
  • THT through hole technology
  • clamping techniques Kneipp clamping techniques or the like.
  • placement machines can be used, for example, placement machines to SMD components (SMD: surface-mounted device) to apply to certain locations of the carrier. These placement machines place z. B. the components / components at the respectively desired location of the carrier.
  • smaller components may be packaged in straps made of cardboard or plastic.
  • the straps contain pockets in which the components / components are adjacent.
  • the top of the bag is closed, for example, by a film which can be pulled off to remove the component.
  • the straps themselves are wound up on a roll.
  • These rollers are fed to the placement machine by means of feed modules, so-called Feeder.
  • the components are removed, for example, with vacuum tweezers or grippers and then placed on the target position of the carrier. This process is preferably repeated for all components.
  • the electrical components which are applied to the carrier in method step (b) can be comprised of numerous components known to those skilled in the art of active, passive or other nature.
  • these electrical components such as resistors, capacitors, coils, sensors, transistors, voltage regulators, integrated circuits, chips, such as silicon-based chips or based on conductive polymers, diodes, light emitting diodes such as LEDs (light emitting diodes, English : light emitting diodes) or OLEDs (organic see light emitting diodes, pushbuttons, potentiometers, optocouplers, solar modules, solar cells and Peltier elements, resistive elements, capacitive elements, inductive elements, actuators, optical components, receiver / transmitter devices, liquid crystal display elements, electrochromic dyes, electro-mechanical elements, solar modules, solar cells or Other components / components used in printed circuit board manufacturing include.
  • electrical components are proposed according to the invention, which comprise at least one carrier and at least one electrical component, wherein the electrical component is electrically contacted with a method according to the above description in one of the illustrated embodiments on the carrier.
  • the described method can be used in the manufacture of populated printed circuit boards, transponders (eg RFID transponders), antennas, e.g. B. transponder antennas, which z. B are installed in RFI D labels, chip cards, flat cables, seat heaters, foil conductors, display elements such as LCD or plasma screens, display panels, photovoltaic systems, floor, wall or ceiling lighting or for decorative applications of all kinds, eg. B. in the packaging area.
  • FIGS. 1A to 1 G show a first exemplary embodiment of the method according to the invention for contacting an electrical component
  • FIGS. 2A to 2H show a second embodiment of the method according to the invention.
  • FIGS. 1A to 1 G show a first exemplary embodiment which implements the method according to the invention.
  • the individual process steps of the method are shown schematically, the individual elements are shown schematically and not to scale.
  • FIG. 1A shows a carrier 110, which in this case represents the starting product of the method described below.
  • the carrier 110 is configured in this as in the following embodiment without limitation of other carrier forms as a printed circuit board, with an insulating substrate 112 and on this substrate 1 12 applied contact pads or interconnects 1 14.
  • it may, as described above, to copper -Leiterbahnen which are applied for example on a glass fiber reinforced epoxy resin, or a polyimide or polyester film.
  • the conductor tracks 114 can assume any geometries used in the electronics industry and can also comprise at least partially functional elements, such as large-area electrical masses and / or, for example, antennas (eg antenna coils) which are used, for example, in RFID transponders.
  • antennas eg antenna coils
  • a dispersion 16 is applied to partial regions of the printed conductors 1 14, in particular contact pads.
  • a dispenser 1 18 is shown symbolically in FIG. 1 B, which dispenses the dispersion paste or dispersion liquid onto the printed conductors or contact pads 14.
  • other methods can be used. For these methods and possible compositions of the dispersion, reference is likewise made to the above description and the variants of the embodiment shown there.
  • the dispersion 116 is subjected to a first optional drying and / or curing step, wherein the at least partial drying and / or curing in FIG. 1C is symbolically indicated by the reference numeral 120.
  • a first optional drying and / or curing step wherein the at least partial drying and / or curing in FIG. 1C is symbolically indicated by the reference numeral 120.
  • other methods can be used, for example curing.
  • drying or curing by irradiation from the top of the support 1 10 are used, but the support 110 can be heated, for example, from below by a hot plate or an oven.
  • Other drying techniques are known in the art.
  • FIG. 1D the intermediate product obtained from the partial step shown in FIG. 1C is equipped with electrical components 122.
  • FIG. 1 D symbolically shows an SMD component as an electrical component 122.
  • SMD SMD component
  • TFT through-hole technologies
  • the dispersion 1 16 still sticky enough to ensure adhesion of the electrical device 122 on the dispersion 116. In particular, this ensures that the electrical component 122 does not change its location under vibrations or under the influence of its own weight.
  • a pick and place machine is symbolically designated by the reference number 124.
  • FIG. 1E the intermediate product which has been obtained in FIG. 1D is subjected to a further drying or curing step, which is designated symbolically by the reference number 126.
  • a further drying or curing step which is designated symbolically by the reference number 126.
  • different drying or curing techniques can be used.
  • a solution 130 which contains metal ions, it being possible to refer to the above description for the composition.
  • this solution 130 may also contain constituents which serve for the chemical exposure of the conductive particles or the conductive component of these particles contained in the dispersion 16.
  • the solution 130 may be an acidic solution which, for example, removes an oxide layer of metal particles and thus chemically exposes the metal particles, in whole or in part, chemically.
  • a first exposure step can take place in which an "activation" is carried out
  • a first chemical bath 128 would preferably be used, in which, for example, one of the above-described oxidizing agents (for example potassium permanganate) is used in a first chemical bath 128 Solution 130.
  • the activation described above then takes place as the first exposure step when the support 110 is immersed in this solution 130.
  • Several such activation steps can also be carried out at least one rinse, for example play with water or hydrogen peroxide solution. Then, as described above with reference to FIG.
  • a second chemical bath 128 with a corresponding a second exposure step for example for removing an oxide layer, see above
  • a second chemical bath 128 with a corresponding a second exposure step can be carried out simultaneously with the metallization.
  • removal steps that are separate from the metallization as described above, it is also possible to carry out removal steps that are separate from the metallization (again, for example, in chemical baths 128).
  • removal steps that are separate from the metallization
  • the chemical bath 128 Due to different electrochemical properties, in particular due to different position in the electrochemical series, separates in the chemical bath 128 on the metallic surfaces, in particular on the surfaces of the tracks 1 14, the surfaces of the dispersion 1 16 and (at least partially) on the electrical contacts 132 of the electrical component 122, a metal layer corresponding to the metal ions contained in the solution 130. As a result of the metal deposition, the electrical components are electrically connected to the respective conductor tracks 14 and / or contact pads.
  • the thickness of this metal layer can be influenced by the conditions of the chemical bath 128, in particular by the temperature of the chemical bath 128, the concentration of the solution 130 and the residence time of the support 110 in the solution 130. These parameters and other relevant parameters can preferably be quite or partially recorded and controlled or regulated accordingly.
  • the electrical component 122 is likewise completely exposed to the solution 130 in this illustration. If electrical components 122 are used which are damaged in this solution, an encapsulation of these electrical components 122 can additionally be used. Alternatively or additionally, the metallization in the chemical bath 128 can also be carried out such that the electrical components 122 are not completely exposed to the solution 130, for example by the carrier 110 being only partially immersed in the solution 130. For example, this immersion can take place in such a way that only the electrical contacts 132 (at least partially) are submerged in the solution 130, but not a body of the electrical components 122.
  • FIG. 1G shows an electrical component 134, which is the product of the method shown in FIGS. 1A to 1F.
  • this electrical component may be a fully populated printed circuit board, for example for use in an electronic device (eg a computer, a mobile telephone or a similar device - see also the examples above) or an RFID transponder ,
  • the electrical component 134 thus has on the support 110 the electrical component 122, whose electrical contacts 132 are applied via a metallization 136 applied in the chemical bath 128 according to FIG. 1F and the dispersion 16 (which itself may have at least partially electrically conductive properties). are connected to the contact pads or conductor tracks 114. In this way, electrical components 134 can be created with almost any electrical circuit and function.
  • FIGS. 2A to 2H show an alternative method to FIGS. 1A to 1G, which method can also be combined with the method illustrated in FIGS. 1A to 1G.
  • the starting product of the method according to FIGS. 2A to 2H is a carrier 110, but rather is not provided with contact pads or conductor tracks 114 (see FIGS. 1A to 1 G).
  • These contact pads or printed conductors 1 14 are generated in this embodiment completely by the application of the dispersion 116 and the subsequent metallization. Embodiments are also conceivable in which only some of the printed conductors 1 14 are replaced.
  • FIG. 2A it is again shown how the dispersion 1 16 is applied to the (preferably insulating) carrier material 112 by means of a dispenser 118.
  • This application is again structured, wherein, for example, a strip conductor structure is printed by the dispersion 116 on the carrier material 1 12 immediately.
  • the support material 112 may optionally be pretreated prior to the application of the dispersion 116 by methods known to the person skilled in the art and / or provided with an additional HafWK layer.
  • FIG. 2B analogous to the method step illustrated in FIG. 1C, an optional first at least partial drying and / or hardening 120 is provided.
  • an optional first at least partial drying and / or hardening 120 is provided.
  • the carrier 110 is equipped with electrical components 122.
  • this assembly analogous to Figure 1 D, for example by means of an insertion machine 124, which presses electrical contacts 132 of the electrical components 122 into the still sticky dispersion 116.
  • FIG. 2D analogous to FIG. 1E, an optional second, at least partial, drying 126 or curing is provided.
  • FIG. 2E analogous to the method step illustrated in FIG. 1F, a first, electroless metallization in a chemical bath 128 with a solution 130 is shown. Again, at the same time an exposure of the electrically conductive component of the dispersion 1 16 can take place, for example, again by the solution 130 having an acid. Subsequently, a deposition of a corresponding metal layer 136 takes place on the dispersion 16 (and generally also at least partially on the electrical contacts 132). In this embodiment, the metal deposition not only produces the printed conductors and / or contact pads, but also becomes them at the same time the electrical components are electrically connected to the respective printed conductors and / or contact pads produced. For the details, reference may again be made to the above description of FIG. 1F.
  • one or more further exposure steps may also be inserted, for example one or more "before the step of chemical metallization, in which preferably at least partial exposure of the electrically conductive particles of the dispersion 116 takes place.
  • Activation steps in which the matrix material is broken up at least in the surface area For details of this activation, reference may be made to the above description.
  • FIG. 2F shows an intermediate product as obtained after carrying out the substep of FIG. 2E. It can be seen that this intermediate product basically corresponds to the electrical component 134 according to FIG. 1G, but no additional contact pads or printed conductors 14 are present between the dispersion 16 and the carrier material 112. The metal layer 136 replaced in this case, the tracks 1 14 wholly or partially.
  • FIG. 2G shows a further optional metallization step, in which the metallization 136 is produced by applying a second metallization 138 (see Figure 2H) is reinforced.
  • the intermediate product according to FIG. 1 G is introduced into a galvanic bath 140.
  • this galvanic bath 140 contains an electrolyte solution 142, for example again an acidic solution.
  • the galvanic bath 140 of the carrier 1 10 is connected to an external power source 144.
  • This contacting takes place in such a way that the metallization 136 represents a cathode of the galvanic arrangement, whereas a galvanic anode 146 represents the electrical counterelectrode.
  • this galvanic anode 146 is selected, for example as a copper anode.
  • the electrical component 122 is also exposed to the electrolyte solution 142 in the method step according to FIG. 2H. Again, this can be wholly or partially avoided by a corresponding encapsulation of the electrical components 122 and / or by an appropriate choice of the galvanic bath 122, for example by the electrical components 122 are not completely immersed in the electrolyte solution 142.
  • the electrical component 134 is obtained, which is shown in FIG. 2H.
  • the layer thicknesses of the individual layer thicknesses shown in FIG. 2H are not necessarily to scale.
  • electrical components 134 can also be produced by means of the method illustrated in FIGS. 2A to 2H, in which the carrier 110 can be worked without any previously applied contact pads or conductor tracks 14.

Abstract

Es wird ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente (122) auf einem Träger (110) vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist: (a) In mindestens einem Bereich des Trägers (110) wird mindestens eine Dispersion (116) aufgebracht, wobei die Dispersion (116) elektrisch leitfähige Partikel umfasst; (b) mindestens ein elektrisches Bauelement (122) wird auf die Dispersion (116) aufgebracht; und (c) die Dispersion (116) wird ganz oder teilweise stromlos und/oder galvanisch metallisiert. Weiterhin wird eine elektrische Komponente (134) vorgeschlagen, welche mindestens einen Träger (110) und mindestens ein elektrisches Bauelement (122) umfasst. Das elektrische Bauelement (122) ist mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auf dem Träger (110) kontaktiert. Weiterhin werden eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Dispersion (116) zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren und eine Verwendung dieser Dispersion (116) vorgeschlagen.

Description

Verfahren zur Kontaktierung elektrischer Bauelemente
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente auf einem Träger. Weiterhin betrifft die Erfindung elektrische Komponenten, die mindestens einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem elektrischen Bauelement bestückten Träger umfassen. Derartige Verfahren werden insbesondere im Bereich der RFID-Transponder- und Leiterplatten-Herstellung und der Bestückung elektrischer Leiterplatten und RFID-Transponder eingesetzt.
Stand der Technik
Aus dem Bereich der Fertigung elektrischer Bauteile sind zahlreiche Verfahren zur Bestückung von Trägern mit elektrischen Bauteilen bekannt. Beispielsweise kann es sich bei diesen elektrischen Bauteilen um Bauteile handeln, welche einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung benötigen, beispielsweise Transistoren, integrierte Schaltkreise (ICs) oder Fotozellen. Die Bestückungsverfahren umfassen dabei in der Regel nicht nur das reine mechanische Aufbringen der Bauelemente auf die Träger, sondern auch eine elektrische Kontaktierung entsprechender Anschlüsse sowie gegebenenfalls weitere Verfahrensschritte.
Um insbesondere für eine Serienfertigung mit hohem Durchsatz geeignet zu sein, müssen die eingesetzten Bestückungsverfahren zahlreichen Anforderungen genügen. Neben dem Grunderfordernis, dass das eingesetzte Verfahren vorzugsweise automatisierbar sein sollte, muss sich das Verfahren insbesondere durch eine hohe Zuverläs- sigkeit bezüglich der Qualität der Verbindungsstellen zwischen Träger und elektrischen Bauelementen (sowohl mechanischer als auch elektrischer Art) auszeichnen, und die nach diesem Verfahren hergestellten Träger müssen insgesamt hohen mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen genügen.
Wichtige Beispiele der aus dem Stand der Technik bekannten Bestückungs- und Kontaktierverfahren beinhalten einen oder mehrere Lötschritte. Unter einem Lötverfahren ist dabei ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Anbinden zu verstehen, bei welchem ein Lot eingesetzt wird. Zahlreiche verschiedene Verfahren des Lötens sind dem Fachmann bekannt, wobei grundsätzlich zwischen einem Weichlöten (Temperatu- ren bis ca. 4500C), einem Hartlöten (Temperaturen bis ca. 9000C) und einem Hoch- temperaturlöten (Temperaturen bis ca. 9000C) unterschieden wird. Für das Löten lassen sich insbesondere Lote oder Lötpasten einsetzen, welche insbesondere Legierungen enthalten, beispielsweise Sn/Ag, SnCu, Sn/Ag/Cu oder Sn/Pb.
Aus dem Bereich der Elektrotechnik sind zahlreiche Lötverfahren bekannt, welche sich großtechnisch einsetzen lassen. Hier sind beispielsweise das Reflow-Löten, das Löten mit Heißluft oder das Schwallbad-Löten zu nennen, sowie weitere Löttechniken, die dem Fachmann bekannt sind, sowie Kombinationen der genannten Löttechniken und gegebenenfalls anderer Verbindungstechniken. Die typischen Dimensionen, innerhalb derer Lötverfahren einsetzbar sind, reichen von einigen Zentimetern bis hinunter zu wenigen Zehntel Millimetern. Für die Erreichung hoher Integrationsdichten auf Leiterplatten bieten sich dabei insbesondere, neben herkömmlichen THT-Verfahren (THT: Through-Hole Technology, Durchkontaktierungsverfahren), so genannte Oberflächenmontage-Techniken (SMD: Surface-mounted device) an, bei welchen SMD-Bauteile, wie beispielsweise Widerstände oder Halbleiter, ohne Durchkontaktierung der Trägeroberfläche auf die Trägeroberfläche aufgebracht und dort kontaktiert werden. Auch dreidimensionale Stapelungen entsprechender Bauteile sind bekannt und werden zur Erreichung hoher Packungsdichten eingesetzt. Daneben sind jedoch auch andere Verbindungstechniken bekannt, beispielsweise Klemmtechniken oder andere Montage- und/oder Kontaktierverfahren.
Bekannte Löttechniken sind jedoch in der Praxis mit verschiedenen Herausforderungen und Nachteilen verbunden. Diese Nachteile sind beispielsweise mit den hohen Verarbeitungstemperaturen verbunden, welche je nach verwendetem Lot bzw. verwendeter Lötpaste eingesetzt werden müssen. Durch diese hohen Verarbeitungstemperaturen können viele Lötpasten nicht bei allen Arten von Trägern angewandet werden. Auch lassen sich thermisch empfindliche Bauteile oder Komponenten, wie z. B. Bauteile, die vollständig oder teilweise aus organischen leitfähigen Polymeren bestehen, bei dieser Temperatur nicht verarbeiten, da insbesondere die eingesetzten organischen Materia- lien oder auch verwendete Elektronenmaterialen nicht die erforderliche Temperaturstabilität aufweisen. Zudem besteht bei vielen Lötprozessen, die bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, die Gefahr einer Oxidation an Oberflächen der Träger und/oder elektrischen Bauteile. Insbesondere treten häufig Oxidationen an den Oberflächen auf, an welchen das elektrische Bauteil und der Träger verbunden werden sollen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein einfaches, kostengünstiges und produktives Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Bauteilen bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile bekannter Bestü- ckungs- und Kontaktierverfahren vermeidet. Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches für einen Großserieneinsatz geeignet ist und welches vorzugsweise bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen dargestellt, wobei die Merkmale dieser Ansprüche sowohl ein- zeln als auch in Kombination verwirklicht sein können.
Es wird ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente auf einem Träger vorgeschlagen. Insbesondere kann es sich bei den elektrischen Bauelementen um Bauelemente handeln, welche eine Versorgung mit elektrischem Strom und/oder elektrischer Energie benötigen und/oder welche einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Energie erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann es sich um elektrische Bauelemente handeln, welche mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden sollen, beispielsweise einer vorgegebenen oder variablen elektrischen Spannung, und/oder welche mit einer elektrischen Masse oder Erde verbunden werden sollen. Beispiele derartiger elektrischer Bauelemente sind unten aufgeführt.
Bei dem Träger kann es sich grundsätzlich um eine beliebige Art von Träger handeln, beispielsweise Träger, welche bereits heute in der Elektronikindustrie eingesetzt werden. Der Träger kann ganz oder teilweise elektrisch isolierend ausgelegt sein und kann, alternativ oder zusätzlich, elektrische Leiterbahnen oder Anschlüsse sowie, ebenfalls alternativ oder zusätzlich, bereits integrierte oder bereits aufgebrachte elektronische Bauteile beinhalten. Beispiele von Zusammensetzungen der Träger sowie verschiedener Anwendungen sind unten aufgeführt.
Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte, welche vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Auch können einzelne der im Folgenden dargestellten Schritte zeitlich parallel zu anderen Schritten durchgeführt werden, oder es können einzelne oder mehrere Schritte wiederholt durchgeführt werden.
Die Verfahrensschritte sind:
(a) in mindestens einem Bereich des Trägers wird mindestens eine Dispersion aufgebracht, wobei die Dispersion elektrisch leitfähige Partikel umfasst; (b) mindestens ein elektrisches Bauelement wird auf die Dispersion aufgebracht; und
(c) die Dispersion wird ganz oder teilweise stromlos und/oder galvanisch metallisiert.
Optional können nach oder während den einzelnen Verfahrensschritten Schritte eingefügt werden, in welchen die Dispersion ganz oder teilweise getrocknet und/oder ausgehärtet wird. Je nach eingesetzter Dispersion können beispielsweise thermische Aushärtungsverfahren eingesetzt werden, oder, alternativ oder zusätzlich, auch andere Arten von Härtungsverfahren, beispielsweise Härten mittels einer Bestrahlung durch UV-Licht. Diese vollständige oder teilweise Trocknung und/oder Aushärtung dient dem Zweck, die Dispersion jeweils auf die entsprechenden nachfolgenden Verfahrensschritte und/oder eine spätere Verwendung der Endprodukte optimal anzupassen. So kann die Dispersion, welche unten näher beschrieben wird, beispielsweise anfänglich hin- sichtlich Viskosität, Oberflächenspannung oder ähnlichen Parametern optimal auf den Aufbringschritt (a) angepasst sein. Der anschließende optionale Trocknungs- bzw. Aushärtungsschritt dient dann insbesondere dem Zweck, ein Verfließen der Dispersion auf dem Träger zu verhindern und beispielsweise eine optimale Klebkraft der elektrischen Bauelemente, welche auf die Dispersion aufgebracht werden, zu bewirken. Dementsprechend erfolgt vorteilhafterweise diese Trocknung bzw. Aushärtung in diesem Stadium nur unvollständig, um optimale Klebeeigenschaften zu ermöglichen.
So ist insbesondere der Begriff des Aufbringens der elektrischen Bauelemente auch nicht auf ein Aufbringen (Inkontaktbringen) mit der Oberfläche zu beschränken, son- dem soll insbesondere auch ein Einpressen der elektrischen Bauelemente in die Dispersion umfassen. Beispielsweise können elektrische Kontakte der elektrischen Bauelemente in die noch weiche Dispersion eingepresst werden. In diesem Fall kann der optionale Trocknungsschritt vorteilhaft eingesetzt werden, um die Einpresseigenschaften und die Adhäsionseigenschaften der Bauelemente in der Dispersion zu optimieren.
Entsprechend kann eine Trocknung nach Verfahrensschritt b) erfolgen, um die Dispersion (bzw. die durch vorangehende Trocknungs- bzw. Aushärtungsschritte modifizierte Dispersion) optimal auf den Metallisierungsschritt (c) vorzubereiten. Weiterhin kann auch nach dem Metallisieren in Schritt (c) eine zusätzliche Aushärtung bzw. Trocknung folgen.
Die Dispersion umfasst elektrisch leitfähige Partikel sowie weiterhin mindestens eine Komponente, in welcher diese elektrisch leitfähigen Partikel dispergiert sind. Insbesondere kann die Dispersion neben mindestens einer Sorte elektrisch leitfähiger Partikel weiterhin mindestens ein Bindemittel und/oder mindestens ein Lösungsmittel umfas- sen. Weiterhin kann die Dispersion mindestens eine der folgenden Komponenten umfassen: mindestens ein Dispergiermittel; mindestens einen Füllstoff; mindestens ein Additiv. Diese optionalen Komponenten werden im Folgenden beispielhaft beschrieben.
Den Kernbestandteil der Dispersion bilden die elektrisch leitfähigen Partikel. Diese e- lektrisch leitfähigen Partikel bilden bei der Metallisierung in Verfahrensschritt c) Keime, auf weichen die Metallisierung bzw. die metallische Schichtbildung aufbaut.
Der Begriff „elektrisch leitfähig" ist dabei nicht notwendigerweise derart zu verstehen, dass die Partikel als solche, beispielsweise als Pulver oder Feststoff, selbst elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweisen. Vielmehr sollen diese elektrisch leitfähigen Partikel mindestens eine elektrisch leitfähige Komponente aufweisen, welche später die Keimbildung bei der Metallisierung ermöglicht. Daneben können die elektrisch leitfähigen Partikel jedoch noch weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise elektrisch isolierende Komponenten, z. B. in Form einer Oxidschicht. Diese zusätzliche Komponente kann vor der Metallisierung in Verfahrensschritt (c) entfernt werden, beispielsweise auf chemischem Wege, was unten näher ausgeführt wird.
Die elektrisch leitfähigen Partikel können Partikel mit beliebiger Geometrie aus jedem beliebigen elektrisch leitfähigen Material, aus Mischungen verschiedener elektrisch leitfähiger Materialien oder auch aus Mischungen von elektrisch leitfähigen und nicht leitfähigen Materialien bestehen. Bevorzugte geeignete elektrisch leitfähige Materialien sind zum Beispiel Kohlenstoff (Ruß, Graphit oder Kohlenstoffnanoröhrchen), elektrisch leitfähige Metallkomplexe, leitfähige organische Verbindungen oder leitfähige Polymere oder Metalle, vorzugsweise Zink, Nickel, Kupfer, Zinn, Kobalt, 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, Zinn, Silber, Kohlenstoff sowie deren Mischungen.
Vorzugsweise besitzen die elektrisch leitfähigen Partikel, bevorzugt Metallpartikel, 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 Maxima sind jedoch auch möglich. Die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Partikels, bevorzugt des Metalls kann zumindest teilweise mit einer Beschichtung ("Coating") versehen sein. Geeignete Beschich- tungen können anorganischer (zum Beispiel SiO2, Phosphate) oder organischer Natur sein. Selbstverständlich kann das elektrisch leitfähige Partikel auch mit einem Metall oder Metalloxid (als weiterer Komponente neben der elektrisch leitfähigen Komponente) beschichtet sein. Ebenfalls kann das Metall in teilweise oxidierter Form vorliegen, in welchem Fall die Oxidschicht die weitere Komponente oder einen Teil der weiteren Komponente des elektrisch leitfähigen Partikels bildet.
Sollen zwei oder mehr unterschiedliche Metalle die elektrisch leitfähigen 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, Zink, Zinn oder Silber.
Neben der Auswahl der elektrisch leitfähigen Partikel kann auch die Form der elektrisch leitfähigen Partikel einen Einfluss auf die Eigenschaften der Dispersion nach einer Beschichtung haben. Im Hinblick auf die Form sind zahlreiche dem Fachmann bekannte Varianten möglich. Die Form der elektrisch leitfähigen Partikel kann beispielsweise 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. Vorzugsweise beträgt die Abweichung von der idealisierten Kugelform nicht mehr als 20 %. Elektrisch leitfähige Partikel mit verschiedenen Teilchenformen sind kommerziell erhältlich.
Wenn Mischungen von elektrisch leitfähigen Partikeln, bevorzugt Metallpartikel, verwendet werden, können die einzelnen Mischungspartner auch unterschiedliche Teilchenformen und/oder Teilchengrößen besitzen. Es können auch Mischungen von nur einer Sorte elektrisch leitfähiger Partikel mit unterschiedlichen Teilchengrößen und/oder Teilchenformen eingesetzt werden. Im Falle unterschiedlicher Teilchenformen und/oder Teilchengrößen sind ebenfalls die Metalle Aluminium, Eisen, Kupfer, Nickel, Zink, Silber sowie Kohlenstoff bevorzugt.
Wenn Mischungen von Teilchenformen eingesetzt werden, sind Mischungen von kugelförmigen Partikeln mit plättchenförmige Partikel bevorzugt. In einer Ausführungsform werden zum Beispiel kugelförmige Carbonyleisen- oder Carbonylnickelpulverpar- tikel mit plättchenförmigen Eisen- und/oder Kupferpartikel und/oder Kohlenstoffpartikel anderer Geometrien, z.B. Kohlenstoffnanoröhren, eingesetzt. Diese Mischung bietet insbesondere den Vorteil einer homogeneren und durchgängigeren Metallisierung, da beispielsweise eine Kugel/Plättchen-Mischung ein verbessertes Perkolationsnetzwerk bildet.
Wie bereits oben ausgeführt, können die elektrisch leitfähigen Partikel, bevorzugt Me- tallpartikel, in Form von Pulver der Dispersion zugefügt werden. Derartige Pulver, bevorzugt Metallpulver, sind gängige Handelswaren oder können mittels bekannter Verfahren leicht hergestellt 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 Carbonyleisen- Pulver Prozess zur Herstellung von Carbonyleisen-Pulver bevorzugt. Dieser erfolgt durch thermische Zersetzung von Eisenpentacarbonyl. Dies wird beispielsweise in UII- man's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A14, Seite 599, beschrieben. Die Zersetzung des Eisenpentacarbonyls kann beispielsweise bei erhöhten Tem- peraturen und erhöhten Drücken in einem beheizbaren Zersetzer erfolgen, der ein Rohr aus einem hitzebeständigen Material wie Quarzglas oder V2A-Stahl in vorzugsweise vertikaler Position umfasst, das von einer Heizeinrichtung, beispielsweise bestehend aus Heizbädern, Heizdrähten oder aus einem von einem Heizmedium durchströmten Heizmantel, umgeben ist. In einem ähnlichen Verfahren kann auch Carbonyl- nickel hergestellt werden.
Der mittlere Teilchendurchmesser von Carbonyleisenpulver kann durch die Verfahrensparameter und Reaktionsführung bei der Zersetzung in weiten Bereichen gesteuert werden und liegt (Zahlenmittel) in der Regel bei 0,01 bis 100 μm, bevorzugt von 0,1 bis 50 μm, besonders bevorzugt von 1 bis 10 μm.
Plättchenförmige elektrisch leitfähige Partikel, bevorzugt Metallpulver, können durch optimierte Bedingungen im H erstell prozess kontrolliert werden oder im Nachhinein durch mechanische Behandlung, beispielsweise durch Behandlung in einer Rühr- werkskugelmühle, erhalten werden.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der getrockneten Beschichtung liegt der Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln im Bereich von 20 bis 98 Gewichtsprozent Ein bevorzugter Bereich des Anteils der elektrisch leitfähigen Partikel liegt bei 30 bis 95 Gewichts- prozent und besonders bevorzugt zwischen 50 und 85 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der zumindest teilweise getrockneten und/oder ausgehärteten Be- schichtung.
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; Epoxyac- rylate; 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, Ethylenacrylsäurecopolymere; Kohlenwasserstoffharze; MABS (transparentes ABS mit Acrylat-Einheiten enthaltend); Melaminharze, Maleinsäureanhydridcopo- lymerisate; Methacrylate; Naturkautschuk; synthetischer Kautschuk; Chlorkautschuk; Naturharze; Kollophoniumharze; Phenolharze; Polyester; Polyesterharze, wie Phenyl- esterharze; Polysulfone; Polyethersulfone; Polyamide; Polyimide; Polyaniline; Polypyr- role; Polybutylenterephthalat (PBT); Polyesteracrylate; Polyetheracrylate; Polyethylen; Polyethylenthiophene; Polypropylen; Polymethylmethacrylat (PMMA); Polyphenyleno- xid (PPO); Polystyrole (PS), Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen (PTFE), PoIy- tetrahydrofuran; Polyether (zum Beispiel Polyethylenglykol, Polypropylenglykol), PoIy- vinylverbindungen, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), PVC-Copolymere, PVdC, Polyvinylacetat sowie deren Copolymere, gegebenenfalls teilhydrolysierter Polyvinylal- kohol, Polyvinylacetale, Polyvinylacetate, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Polyviny- lacrylate und -methacrylate in Lösung und als Dispersion sowie deren Copolymere, Polyacrylsäureester und Polystyrolcopolymere; Polystyrol (schlagfest oder nicht schlagfest modifiziert); Polyurethane, unvernetzte 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, Kollophoniumharze und Phenolharze, Polyurethane, Polyester, Polyvinyla- cetale, Polyvinylacetate, 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 be- vorzugt 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; aliphatische Epoxidharze, Glycidether, Cyanatester, Vinylether, Phenolharze, Polyimide, MeI- aminharze und Aminoharze, Polyurethane, Polyester sowie Cellulosederivate einge- setzt.
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 Applikationsverfahren 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- Methylbutanol), Alkoxyalkohole (zum Beispiel Methoxypropanol, Methoxybutanol, Ethoxypropanol), Alkylbenzole (zum Beispiel Ethylbenzol, Isopropylbenzol), Butylgly- kol, Butyldiglykol, Alkylglykolacetate (zum Beispiel Butylglykolacetat, Butyldiglykolace- tat), Diacetonalkohol, Diglykoldialkylether, Diglykolmonoalkylether, Dipropylenglykoldi- alkylether, Dipropylenglykolmonoalkylether, Diglykolalkyletheracetate, Dipropylenglyko- lalkyletheracetate, Dioxan, Dipropylenglykol und -ether , Diethylenglykol und -ether, DBE (dibasic Ester), Ether (zum Beispiel Diethylether, Tetrahydrofuran), Ethylenchlo- rid, Ethylenglykol, Ethylenglykolacetat, Ethylenglykoldimethylester, Kresol, Lactone (zum Beispiel Butyrolacton), Ketone (zum Beispiel Aceton, 2-Butanon, Cyclohexanon, Methylethylketon (MEK), Methylisobutylketon (MIBK)), Methyldiglykol, Methylenchlorid, Methylenglykol, Methylglykolacetat, Methylphenol (ortho-, meta-, para-Kresol), Pyrroli- done (zum Beispiel N-Methyl-2-pyrrolidon), Propylenglykol, Propylencarbonat, Tetrachlorkohlenstoff, Toluol, Trimethylolpropan (TMP), aromatische Kohlenwasserstoffe und Gemische, aliphatische Kohlenwasserstoffe und Gemische, alkoholische Monoter- pene (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, Dipropy- lenglykoldialkylether, 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), Kohlenwas- serstoffe (zum Beispiel Cyclohexan, Ethylbenzol, Toluol, XyIoI), N-Methyl-2-pyrrolidon, Wasser sowie Mischungen davon.
Bei flüssigen Matrixmaterialien (z.B. flüssige Epoxidharze, Acrylatester) kann die jeweilige Viskosität alternativ auch über die Temperatur bei der Applikation eingestellt wer- den, 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. Kationische und anionische Tenside sind beispielsweise in "Encyclopedia of Polymer Science and Technology", J. Wiley & Sons (1966), Band 5, Seiten 816 bis 818, und in "Emulsion Polymerisation and Emulsion Polymers", Herausgeber P. Lovell und M. El-Asser, Verlag Wiley & Sons (1997), Seiten 224-226, beschrieben.
Es ist aber auch die Verwendung von, dem Fachmann bekannten Polymeren mit pig- mentaffinen Ankergruppen als Dispergiermittel möglich. 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 5 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 Füllstoffkomponente der metallisierbaren Masse faser-, schicht- oder teilchenförmige Füllstoffe o- der deren Mischungen enthalten. Dabei handelt es sich vorzugsweise um kommerziell erhältliche Produkte, wie beispielsweise 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, Silikate, wie zum Beispiel Aerosile oder Bentonite oder organische Thixotropiemittel und Verdicker, wie zum Beispiel Polyacrylsäure, Polyurethane, hydriertes Rizinusöl, Farb- Stoffe, Fettsäuren, Fettsäureamide, Weichmacher, Netzmittel, Entschäumer, Gleitmittel, Trockenstoffe, Vernetzer, Photoinitiatoren, Komplexbildner, Wachse, Pigmente, leitfähige Polymerpartikel, einsetzbar.
Der Anteil der Füllstoffkomponente und Additive 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.-%.
Auch für den Träger lassen sich verschiedene Werkstoffe und Kombinationen sowie Trägergeometrien und Träger mit verschiedenen Trägereigenschaften einsetzen. So lassen sich insbesondere starre oder auch flexible Träger verwenden, beispielsweise Leiterplatten oder dreidimensionale Kunststoffbauteile, oder flexible Träger wie beispielsweise Folienträger oder Flexverbindungen. Bevorzugt ist das Trägermaterial dabei zumindest teilweise (d. h. in mindestens einem Bereich) elektrisch nicht leitend. Dies bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der spezifische Widerstand mehr als 109 Ohm x cm betragen sollte.
Geeignete Trägermaterialien sind z. B. verstärkte oder unverstärkte Polymere, wie sie üblicherweise für Leiterplatten und/oder Transponder eingesetzt werden. Geeignete Polymere sind Epoxidharze, oder modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, aramidverstärkte oder glasfaserverstärkte oder papierverstärkte Epoxidharze (zum Beispiel FR4), glasfaserverstärkte Kunststoffe, Liquid Cristal- Polymere (LCP), Polyphenylensulfide (PPS), Polyoxymethylene (POM), Polyarylether- ketone (PAEK), Polyetheretherketone (PEEK), Polyamide (PA), Polycarbonate (PC), Polybutylenterephthalate (PBT), Polyethylenterephthalate (PET), Polyimide (PI), PoIy- imidharze, Cyanatester, Bismaleimid-Triazin-Harze, Nylon, Vinylesterharze, Polyester, Polyesterharze, Polyamide, Polyaniline, Phenolharze, Polypyrrole, Polyethylen- naphthalat (PEN) , Polymethylmethacrylat, Polyethylendioxythiophene, phenolharzbe- schichtetes Aramidpapier, Polytetrafluorethylen (PTFE), Melaminharze, Silikonharze, Fluorharze, Alliierter Polyphenylen-ether (APPE), Polyetherimide (PEI), Polyphenyle- noxide (PPO), Polypropylene (PP), Polyethylene (PE), Polysulfone (PSU), Polyether- sulfone (PES), Polyarylamide (PAA), Polyvinylchloride (PVC), Polystyrole (PS), Acryl- nitrilbutadienstyrole (ABS), Acrylnitrilstyrolacrylate (ASA), Styrolacrylnitrile (SAN) sowie Mischungen (Blends) zweier oder mehrerer der oben genannten Polymere, welche in verschiedensten Formen vorliegen können. Die Träger können für den Fachmann bekannte Additive wie beispielsweise Flammschutzmittel aufweisen.
Prinzipiell können auch alle nachfolgend unter dem Matrixmaterial aufgeführten Polymere eingesetzt werden. Geeignet sind auch andere ebenso in der Leiterplattenindustrie übliche Träger.
Weiterhin sind geeignete Träger Verbundwerkstoffe, schaumartige Polymere, Styro- por®, Styrodur®, Polyurethane (PU), keramische Oberflächen, Textilien, Pappe, Karton, Papier, polymerbeschichtetes Papier, Holz, mineralische Materialien, Silizium, Glas, Pflanzengewebe sowie Tiergewebe.
Damit die Dispersion in Verfahrensschritt (a) nach dem Auftragen auf den Träger aus- reichend auf diesem Träger haftet, wird vorzugsweise dieser Träger vor dem Auftragen entsprechend vorbehandelt. Hierfür kann ein geeignetes, dem Fachmann bekanntes Verfahren verwendet werden, beispielsweise ein Reinigungs- oder Aufrauungsverfah- ren. Dabei können insbesondere trockene, nasschemische und/oder mechanische Verfahren eingesetzt werden. Als nasschemisches Verfahren eignet sich z. B. das Spülen des Trägers mit sauren oder alkalischen Reagenzien oder mit geeigneten Lösungsmitteln oder Oxidationsmitteln, wie beispielsweise Kaliumpermanganat. Zum Entfernen von Staub und anderen Partikeln, die die Haftung der Dispersion auf dem Träger beeinflussen können, sowie zur Aufrauung der Oberfläche, eignen sich insbesondere trockene Reinigungsverfahren.
Diese sind zum Beispiel die Entstaubung mittels Bürsten und/oder deionisierter Luft, Corona-Entladung oder Niederdruck-Plasma sowie die Partikelentfernung mittels Rollen und/oder Walzen, die mit einer Klebeschicht versehen sind. Durch Corona- Entladung und Niederdruck-Plasma wird die Oberflächenspannung des Trägers wählbar erhöht, die Trägeroberfläche von organischen Resten gereinigt und damit sowohl die Benetzung mit der Dispersion als auch die Haftung der Dispersion verbessert.
Zur Durchführung des Verfahrens wird in Verfahrensschritt (a) an zumindestens einer Stelle des Trägers die Dispersion aufgetragen. Bei dieser einen Stelle kann es sich beispielsweise um eine Oberfläche des Trägers handeln, welche leitfähige Eigenschaf- ten aufweist. Beispielsweise kann der Träger an dieser Stelle eine oder mehrere Leiterbahnen, Kontaktbahnen, Kontaktpads oder andere leitfähige Elemente aufweisen, auf welche die Dispersion zumindest teilweise aufgebracht wird. In diesem Fall kann bei einer anschließenden optionalen galvanischen Metallisierung (in Verfahrensschritt (c)) diese mindestens eine Leiterbahn elektrisch mit einer externen Spannungsquelle kontaktiert werden.
Das Aufbringen der Dispersion in Verfahrensschritt (a) kann grundsätzlich durch beliebige, dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen und kann insbesondere auf die Gegebenheiten der erforderlichen Schichtdicke oder Strukturierung angepasst werden. Als Beispiele sind hier Dispensierverfahren zu nennen, bei welchen mittels einer Dosiervorrichtung, beispielsweise einer Dosiernadel, gezielt Strukturen der Dispersion auf den Träger aufgebracht werden. Weiterhin lassen sich auch Verfahren einsetzen, beispielsweise um großflächig eine Dispersion auf eine Oberfläche des Trägers aufzubringen. Alternativ oder zusätzlich lassen sich vorteilhafterweise Druckverfahren ein- setzen. Das Druckverfahren 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, Sieb- oder Schablonendruck, sowie magnetografische Druckverfahren (sofern die elektrisch leitfähigen Partikel der Dispersion auch magnetisch sind). Es ist jedoch auch jedes weitere, dem Fachmann bekannte Druckverfahren einsetzbar. Auch ist es möglich, die Dispersion durch ein anderes übliches und allgemein bekanntes Beschichtungsverfahren auf den Träger aufzutragen.
Die durch das Aufdrucken oder das Beschichtungsverfahren erzeugte Schichtdicke der aufgetragenen Dispersion variiert vorzugsweise zwischen 0,01 und 200 μm, weiterhin bevorzugt zwischen 0,05 und 100 μm und insbesondere bevorzugt zwischen 0,1 und 50 μm. Abhängig vom Druckverfahren lassen sich unterschiedlich feine Strukturen erzeugen. Zur Erreichung der gewünschten Schichtdicke an der zumindest einen Stelle kann das Aufbringen auch in zwei oder mehreren Schritten an der zumindest einen Stelle nacheinander durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens in einer seiner Varianten vorgeschlagen, welche mindestens eine Vorrichtung zum Aufbringen der Dispersion auf den Träger, mindestens eine Vorrichtung zum Aufbringen des elektrischen Bauelements und mindestens eine Vorrichtung zur stromlosen und/oder galvanischen Metallisierung der Dispersion umfasst. Beispielsweise kann diese Vorrichtung zum Zweck des Aufbringens der Dispersion eine Druckmaschine umfassen, um beispielsweise eines der oben beschriebenen Druckverfahren durchzuführen. Dabei wird vorzugsweise die Dispersion in einem Vorlagebehälter vor dem Auftragen auf den Träger gerührt oder umgepumpt. Durch das Rühren und/oder Um- pumpen wird eine mögliche Sedimentation der in der Dispersion enthaltenen Partikel verhindert. Weiterhin ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Dispersion im Vorlagebehälter temperiert wird. Hierdurch lässt sich ein verbessertes Druckbild auf dem Träger erzielen, da durch das Temperieren eine konstante Viskosität eingestellt werden kann. Die Temperierung ist insbesondere dann erforderlich, wenn sich die Dispersion zum Beispiel durch das Rühren und/oder das Umpumpen aufgrund des Energieeintrages des Rührers oder der Pumpe erwärmt und sich dadurch deren Viskosität ändert.
Der Träger kann mittels des beschriebenen Verfahrens beispielsweise einseitig be- schichtet bzw. bestückt werden. Weiterhin kann der Träger jedoch auch mehrere zu bestückende Oberflächen beinhalten, beispielsweise indem der Träger als Leiterplatte mit zwei gegenüberliegenden zu bestückenden Oberflächen ausgestaltet ist oder als Kunststoffbauteil (und/oder auch Metall- und/oder Keramikbauteil) mit einer komplexeren (beispielsweise dreidimensionalen) Bauteilgeometrie. In diesem Fall können meh- rere oder alle Oberflächen des Trägers beschichtet bzw. bestückt werden. Die Be- schichtung und/oder das Trocknen/Aushärten und/oder die Bestückung kann optional auch ganz oder teilweise auf mehreren Seiten gleichzeitig erfolgen. Dabei kann nach einem einseitigen Auftragen der Dispersion auf eine Oberfläche und dem Aufbringen des mindestens einen elektrischen Bauteils auf die Dispersion bzw. den Träger das Verfahren fortgesetzt werden, indem weitere Oberflächen, beispielsweise eine Unterseite des Trägers, mit Dispersion beaufschlagt werden und indem auch dort elektrische Bauteile aufgebracht werden. In diesem Fall macht es sich, insbesondere gegenüber herkömmlichen Verfahren, vorteilhaft bemerkbar, wenn die Dispersion, wie oben bereits ansatzweise beschrieben, derart ausgestaltet ist, dass das mindestens eine elekt- rische Bauelement an dieser Dispersion haftet bzw. klebt. Diese Haftung bzw. Klebung erfolgt vorteilhafterweise derart, dass das elektrische Bauelement sich auch unter Ein- fluss seiner eigenen Gewichtskraft nicht von dem Träger ablöst bzw. seine zugeordnete Position auf dem Träger auch bei einer Bewegung des Trägers (beispielsweise durch einen entsprechenden Automaten) nicht verändert.
Mithilfe von dem Fachmann bekannten Verfahren zur Durchkontaktierung von Ober- und Unterseite eines Trägers lassen sich elektrisch leitfähige Oberflächen, auf denen elektrische Bauteile aufgebracht sind, auf der Oberseite und der Unterseite des Trägers miteinander elektrisch verbinden. Diese Durchkontaktierung kann vor und/oder gleichzeitig und/oder zeitlich nach der Bestückung des Trägers mit elektrischen Bauteilen erfolgen. Für die Durchkontaktierung wird zum Beispiel eine Wandung eines Loches oder einer Bohrung im Träger mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche versehen. Bei einem ausreichend dünnen Träger, zum Beispiel einer dünnen PET-Folie, wachsen dann vorteilhafterweise in Verfahrensschritt (c) die von der Ober- und Unter- seite des Trägers in das Loch hinein wachsenden Metallschichten zusammen, wodurch die elektrische Verbindung der elektrisch leitfähigen strukturierten oder vollflächigen Oberflächen der Ober- und Unterseite des Trägers entsteht. Im Falle von dünnen Trägern kann die Bohrung bzw. das Loch zum Beispiel durch Schlitzen, Stanzen oder durch Laserbohren hergestellt werden. Neben den oben genannten Verfahren können noch andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Metallisierung von Löchern und Bohrungen eingesetzt werden. Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen mit weiteren Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente auf dem Träger kombinieren, beispielsweise mit Lötverfahren oder Drahtbondverfahren. Auf diese Weise können bei- spielsweise, je nach zu kontaktierendem Bauelement, optimale Kontaktierungsverfah- ren verwendet werden.
Wie oben beschrieben, kann das erfindungsgemäße Verfahren durch einen oder mehrere Trocknungs- und/oder Aushärtungsschritte ergänzt werden. So ist es insbesonde- re bevorzugt, Aushärtungs- bzw. Trocknungsschritte einzusetzen, um mechanisch stabile, gut haftende Metallisierungen zu erreichen. So kann beispielsweise, um eine mechanisch stabile Stelle mit Dispersion in Schritt (a) sowie gegebenenfalls stabile aufgetragene strukturierte oder vollflächige Strukturen mit elektrisch leitfähigen Partikeln auf dem Träger zu erhalten, die Dispersion nach dem Auftragen in den nachfolgenden Schritten zumindest teilweise getrocknet und/oder zumindest teilweise ausgehärtet werden. In Abhängigkeit vom Matrixmaterial erfolgt das Trocknen und/oder Aushärten wie oben beschrieben zum Beispiel durch die Einwirkung von Wärme, Licht (z. B. im sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich), oder auch Mikrowellen. Auch Kombinationen der genannten Trocknungs- bzw. Aushärtverfahren sind denkbar. Zum Auslösen einer Härtungsreaktion muss gegebenenfalls ein geeigneter Aktivator zugesetzt werden. Auch kann die Aushärtung durch eine Kombination verschiedener Verfahren erreicht werden, z. B. durch eine Kombination von UV-Strahlung und Wärme. Die Kombination der Härtungsverfahren kann gleichzeitig oder nacheinander ausgeführt werden. So kann z. B. durch UV-Strahlung die Schicht zunächst nur angehärtet werden, so dass die gebildeten Strukturen nicht mehr auseinander fließen. Danach kann durch Wärmeeinwirkung die Schicht weiter ausgehärtet werden. Die Wärmeeinwirkung kann dabei direkt nach der UV-Härtung und/oder nach der stromlosen und/oder galvanischen Metallisierung erfolgen.
Wie oben beschrieben, können die elektrisch leitfähigen Partikel in der Dispersion insbesondere eine elektrisch leitfähige Komponente aufweisen, sowie daneben auch weitere, beispielsweise nicht leitfähige Komponenten bzw. können die elektrisch leitfähigen Partikel zum Beispiel auch zumindest zum Teil im Matrixmaterial eingebettet sein. In diesem Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die elektrisch leitfähige Kom- ponente in mindestens einem Verfahrensschritt durch ein chemisches, physikalisches oder mechanisches Verfahren ganz oder teilweise freigelegt wird. Dieses Freilegen kann beispielsweise vor und/oder nach Durchführung des Verfahrensschritts (b) erfolgen. Dabei kann beispielsweise eine elektrisch isolierende Komponente, beispielsweise eine Oxidschicht, ganz oder teilweise von der elektrisch leitfähigen Komponente entfernt werden.
Dabei können die elektrisch leitfähigen Partikel, insbesondere Metallpartikel und/oder Kohlenstoff, zumindest teilweise freigelegt werden, wobei zusätzliche Keime für eine Metallisierung in dem Verfahrensschritt (c) erzeugt werden. Dadurch entsteht eine ho- mogenere und durchgängigere Metallbeschichtung.
Das Freilegen der elektrisch leitfähigen Partikel kann dabei sehr unterschiedlich ausgestaltet sein und auf die Art der Partikel und sonstigen Bestandteile der Dispersion angepasst werden. Dementsprechend weit ist dieser Begriff zu fassen und kann insbe- sondere die folgenden Arten des Freilegens (einzeln oder in Kombination) umfassen:
Die elektrisch leitfähigen Partikel können freigelegt werden, indem ein Matrixmaterial chemisch (z.B. mit einer Kaliumpermanganat-Lösung und/oder einem Lösungsmittel), physikalisch (z.B. durch thermische Behandlung) oder mechanisch (z.B. durch Bürsten o.a.) abgetragen wird und dadurch mehr „Metallisierungskeime" entstehen. Dadurch ergibt sich eine bessere, durchgängigere und homogenere Metallisierung. Diese Art des Freilegens kann auch als „Aktivierung" bezeichnet werden.
Weiterhin kann auch eine elektrisch leitfähige Komponente der elektrisch leitfähigen Partikel unmittelbar freigelegt werden, und dabei beispielsweise von anderen Kompo- nenten (z.B. Oxidschichten, SiC>2-Schichten oder ähnlichen Beschichtungen) ganz oder teilweise befreit werden. Wird beispielsweise als elektrisch leitfähige Komponente Eisen verwendet, so kann insbesondere eine Oxidschicht automatisch entfernt werden, indem der Träger in ein chemisch/galvanisches Metallisierungsbad eingetaucht wird. Alternativ oder zusätzlich kann für dieses Freilegen jedoch auch ein separater Freile- gungsschritt eingeplant werden.
Im Falle der Verwendung von Carbonyleisenpulver, bei welchem es sich um hochreines Eisen mit einer dünnen Oxidschicht handelt, kann beispielsweise nach dem Auf- bringen der Dispersion ein Trocknungs-/Aushärtungsschritt erfolgen. Anschließend kann als erster Teil des Freilegens eine chemische „Aktivierung" durch Kaliumperman- ganat-Lösung erfolgen, wobei das Matrixmaterial der Dispersion aufgebrochen wird und dadurch das Carbonyleisenpulver freigelegt wird. Die Oxidschicht ist nach diesem ersten Freilegungsschritt jedoch noch vorhanden. Anschließend kann ein zweiter Frei- legungsschritt in Form einer Behandlung (beispielsweise mittels eines Eintauchens) mit einem sauren Kupfersulfatbad erfolgen. Bei diesem Schritt wird die Oxidschicht automatisch entfernt (also die elektrisch leitfähige Komponente Eisen freigelegt), und parallel findet eine chemische Metallisierung statt. Anschließend kann optional eine galvanische Verstärkung der Metallisierung erfolgen.
Das Freilegen der elektrisch leitfähigen Partikel kann, wie oben bereits teilweise beschrieben, auf verschiedene Arten erfolgen, welche allein oder in Kombination eingesetzt werden können. So können mechanische und/oder physikalische und/oder chemische Freilegungsschritte eingesetzt werden. Beispielsweise können mechanische Freilegungsschritte ein Abbürsten, Schleifen, Fräsen, Sandstrahlen oder Bestrahlen mit überkritischem Kohlendioxid umfassen. Physikalische Schritte können ein Erwärmen, eine Laserbehandlung, eine Bestrahlung mit UV-Licht, eine Bearbeitung mit einer Corona- oder Plasmaentladung umfassen. Im Falle eines chemischen Freilegens wird bevorzugt eine zum Matrixmaterial passende Chemikalie bzw. 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 bzw. kann mittels geeigneten Reagenzien die chemische Struktur des Matrixmaterials zumindest zum Teil zerstört werden, wodurch die elektrisch leitfähigen Partikel freigelegt werden. Auch Reagenzien, die das Matrixmaterial aufquellen lassen, sind für das Freilegen der elektrisch leitfähigen Partikel geeignet. Durch das Aufquellen entstehen Hohlräume, in die die abzuscheidenden Metallionen aus der Elektrolytlösung eindringen können, wodurch eine größere Anzahl an elektrisch leitfähigen Partikeln metallisiert werden können. Die Haftung, die Homogenität und die Durchgängigkeit der in Verfahrensschritt (c) stromlos und/oder galvanisch abgeschiedenen Metallschicht bzw. Metallschichten hat sich in der Praxis als in ihren Eigenschaften erheblich verbessert gegenüber dem Stand der Technik erwiesen, wenn der beschriebene Freilegungsschritt eingesetzt wird. Durch die höhere Anzahl an freiliegenden elektrisch leitfähigen Partikeln ist ebenfalls die Prozessgeschwindigkeit bei der Metallisierung stark erhöht, wodurch zusätzlich 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 elektrisch leitfähigen Partikel vorzugsweise mit einem Oxidationsmittel. Durch das Oxidationsmittel werden Bindungen des Matrixmaterials aufgebrochen, wodurch das Matrixmaterial abgelöst werden kann und dadurch die Partikel freigelegt werden. Geeignete Oxidationsmittel sind zum Beispiel Ka- liumpermanganat, Kaliummanganat, Natriumpermanganat, Natriummanganat, Wasserstoffperoxid und seine Addukte, Perborate, Percarbonate, Persulfate, Peroxodisulfa- te, Natriumhypochlorid und Perchlorate.
Zum Freilegen der elektrisch leitfähigen Partikel in einem Matrixmaterial, welches zum Beispiel Esterstrukturen, wie Polyesterharze, Polyesteracrylate, Polyesteracrylate, Po- lyesterurethane, 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 organi- sehe 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 Carbonate, zum Beispiel Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat.
Auch Lösungsmittel können zur Freilegung der elektrisch leitfähigen Partikel im Matrixmaterial eingesetzt werden. Das Lösungsmittel muss auf das Matrixmaterial abgestimmt 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 Kon- takt 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. Optional kann zur Verbesserung des Freilegungsprozesses die Temperatur während des Prozesses erhöht werden.
Weiterhin ist es auch möglich, die elektrisch leitfähigen Partikel durch ein mechani- sches 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 elektrisch leitfähigen Partikel freigelegt.
Wenn die elektrisch leitfähigen Partikel ein Material enthalten, welches leicht oxidieren kann, wird in einer Verfahrensvariante vor dem Ausbilden der Metallschicht auf der strukturierten Basisschicht die Oxidschicht zumindest teilweise entfernt. Das Entfernen der Oxidschicht kann dabei zum Beispiel chemisch und/oder mechanisch erfolgen. Geeignete Substanzen, mit denen die Basisschicht behandelt werden kann, um eine Oxidschicht von den elektrisch leitfähigen Partikeln chemisch zu entfernen, sind zum Beispiel Säuren, wie konzentrierte oder verdünnte Schwefelsäure oder konzentrierte oder verdünnte Salzsäure, Zitronensäure, Phosphorsäure, Amidosulfonsäure, Amei- sensäure, Essigsäure. Das Entfernen der Oxidschicht kann auch ohne zusätzlichen Schritt erfolgen, wenn zum Beispiel in Schritt (c) ein saures Kupfersulfat-Bad eingesetzt wird. Beim Kontakt zwischen der Elektrolytlösung und oxidierten Partikel löst sich dabei die Oxidschicht auf, wodurch die elektrisch leitfähigen Partikel freigelegt werden.
Geeignete mechanische Verfahren zur Entfernung der Oxidschicht von den elektrisch leitfähigen Partikeln sind im Allgemeinen die gleichen wie die mechanischen Verfahren zum Freilegen der Partikel.
In dem Metallisierungsschritt (c) kann insbesondere eine durchgängige, elektrisch leit- fähige Oberfläche erzeugt werden, welche gegebenenfalls strukturiert sein kann. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise nach einem zumindest teilweisen Trocknen und/oder Aushärten der Dispersion und gegebenenfalls nach dem oben beschriebenen Freilegen der elektrisch leitfähigen Partikel in Verfahrensschritt (c) mindestens eine Metallisierung aufgebracht. Diese Metallisierung bzw. Metallschicht auf den Stellen, auf wel- chen die Dispersion aufgebracht ist, und gegebenenfalls zusätzlich auf weiteren Bereichen des Trägers kann über eine stromlose und/oder eine galvanische Metallisierung ausgebildet werden. Mittels dieses Verfahrens kann nahezu jede übliche Metallbe- schichtung aufgebracht werden, insbesondere Metallbeschichtungen, welche in der Leiterplattenherstellung verwendet werden. Die Zusammensetzung der Metallisierung wird bei einer stromlosen Metallisierung im Wesentlichen bestimmt durch eine Zusammensetzung eines chemischen Bades bzw. einer Elektrolytlösung, welche zur Beschichtung verwendet wird. Im chemischen Bad scheiden sich Metalle insbesondere an den elektrisch leitfähigen Stellen auf der Ober- fläche des Trägers ab, also vorzugsweise auf den Stellen, an welchen die Dispersion aufgebracht ist. Prinzipiell können dabei für die stromlose Beschichtung alle Sorten von Metallen, welche edler als oder gleich edel wie das unedelste Metall der Dispersion sind, für die Beschichtung eingesetzt werden.
Übliche Metalle, die durch eine galvanische Beschichtung auf elektrisch leitfähigen Oberflächen abgeschieden werden können, sind z. B. Gold, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Zinn, Kupfer oder Chrom. Dabei können auch mehrschichtige Metallisierungen abgeschieden werden, beispielsweise eine erste Haftschicht, beispielsweise aus Kupfer, gefolgt von einer Grundschicht, beispielsweise aus Nickel, sowie weiter gefolgt von einer Veredelungsschicht, beispielsweise Gold. Die Dicken der einen oder mehreren abgeschiedenen Schichten liegen vorzugsweise im üblichen, dem Fachmann bekannten Bereich.
Geeignete Elektrolyt-Lösungen, welche in chemischen Bädern zur Beschichtung von elektrisch leitfähigen Stellen eingesetzt werden können, sind dem Fachmann beispielsweise aus Werner Jillek, Gustl Keller, Handbuch der Leiterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, 2003, Band 4, Seiten 332-352, bekannt.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden zunächst in ei- nem stromlosen Metallisierungsverfahren eine oder mehrere erste Metallschichten aufgebracht. Diese Metallschicht, welche beispielsweise als Haftschicht ausgebildet sein kann und welche wesentlich die Haftung der Metallschicht auf dem Träger bestimmt, kann anschließend als Teil der Kontaktierung für eine weitere, galvanische Metallisierung genutzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst ohne externe Spannungsquelle stromlos eine Metallschicht abgeschieden und dabei wird vorzugsweise ein Metall verwendet, welches in der elektrochemischen Spannungsreihe der Elemente, in alkalischer oder vorzugsweise in saurer Lösung, ein stärker positives Normalpotenzial aufweist als die elektrisch leitfähigen Partikel der Dispersion bzw. eine elektrisch leitfähige Komponente dieser Partikel, beispielsweise ein Metall. Das abgeschiedene Metall in stromloser Prozessführung sollte somit edler sein als das unedelste Metall der Dispersion. Bei der stromlosen Metallisierung kann beispielsweise mittels eines chemischen Bades oder mittels eines Sprühverfahrens gearbeitet werden. Dabei kann insbesondere der Träger mit einer basischen, neutralen oder vorzugsweise sauren, vorzugsweise wäss- rigen Lösung eines Salzes des abzuscheidenden Metalls und gegebenenfalls einem oder mehreren Reduktionsmitteln behandelt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Träger in das chemische Bad eingelegt oder eingehängt wird oder, was großtechnisch bereits vielfach umgesetzt wird, kontinuierlich durch die Lösung fährt.
Dem chemischen Bad können bei Bedarf ein oder mehrere Reduktionsmittel zugesetzt sein. Wird beispielsweise Kupfer als abzuscheidendes Metall eingesetzt, so können als Reduktionsmittel beispielsweise Aldehyde eingesetzt werden, insbesondere reduzierende Zucker oder Formaldehyd. Soll Nickel als Metallschicht abgeschieden werden, so kann beispielsweise Alkalihypophosphit, insbesondere NaH2PO2 x 2H2O oder Bora- nate, insbesondere NaBH4, als Reduktionsmittel zugesetzt werden. Auch andere Ausgestaltungen des Reduktionsmittels, insbesondere Mischungen der genannten Stoffe, sind denkbar.
Wie oben beschrieben, kann vorzugsweise nach der stromlosen Abscheidung einer oder mehrerer Metallschichten auf diese Schicht zusätzlich galvanisch mindestens eine weitere Schicht aufgebracht werden. In diesem Fall wird eine externe Spannungsquelle eingesetzt, sowie ein galvanisches Bad. In dem galvanischen Bad kann mindestens ein weiteres Metall enthalten sein, welches in der elektrochemischen Spannungsreihe der Elemente in saurer oder alkalischer Lösung ein stärker oder schwächer positives Nor- malpotenzial aufweisen kann als die elektrisch leitfähigen Partikel bzw. die elektrisch leitfähige Komponente dieser Partikel. Beispielsweise können, wie oben beschrieben, die elektrisch leitfähigen Partikel auf der Basis von Metallpulver, insbesondere Nickel-, und/oder Eisenpulver und/oder Kupferpulver und/oder Kohlenstoff aufgebaut sein. Eisen und Nickel können dabei in Form von Carbonyleisenpulver oder Carbonylnickel- pulver eingesetzt werden. Auch Mischungen dieser Pulver sind möglich, beispielsweise Mischungen aus Carbonyleisenpulver mit Carbonylnickelpulver und/oder Mischungen zumindest einer dieser Pulver mit anderen Pulvern, beispielsweise Kupferpulver (insbesondere in Plättchenform) und/oder Kohlenstoff pulver. Als weiteres Metall, welches galvanisch abgeschieden werden kann, können beispielsweise Nickel, Zink, Gold, SiI- ber, Platin, Palladium oder insbesondere Kupfer sowie Mehrschichtsysteme dieser und anderer Metalle oder Legierungen gewählt werden.
Wie oben beschrieben, lassen sich bevorzugt stromlose und anschließende galvanische Metallisierungen kombinieren. Insgesamt werden vorzugsweise Metallisierungs- schichtdicken im Bereich zwischen 100 nm und 500 μm, bevorzugt zwischen 1 μm und 200 μm und besonders bevorzugt zwischen 5 μm und 50 μm erzeugt.
Bei der Durchführung des Metallisierungsschrittes (c), in einer der oben beschriebenen Varianten, kann insbesondere ein Metallpulver der elektrisch leitfähigen Partikel partiell oder vollständig durch ein anderes Metall ersetzt werden. In der Regel ändert sich bei dieser Ersetzung die Morphologie, und die in Verfahrensschritt (c) aufgebrachte Metallschicht ist nicht identisch mit der Morphologie des Metallpulvers der Dispersion.
Nach der Beendigung des Metallisierungsschrittes (c) erhält man erfindungsgemäß Träger bzw. elektrische Komponenten mit Trägern, auf welchen das mindestens eine elektrische Bauelement aufgebracht und kontaktiert ist. An die beschriebenen Verfahrensschritte können sich dann weitere Verfahrensschritte anschließen, beispielsweise Verfahrensschritte, bei welchen die Träger noch ein- oder mehrmals gespült werden, beispielsweise mit Wasser, und gegebenenfalls mit weiteren dem Fachmann bekannten Verfahren nachbehandelt werden.
Bei einer galvanischen Beschichtung, d. h. einer Beschichtung mit einer externen elektrischen Spannungsquelle, werden elektrisch leitfähige Stellen auf dem Träger (bei- spielsweise Stellen, auf welchen zuvor eine stromlose Metallisierung durchgeführt wurde) zunächst dem Bad mit der Elektrolyt-Lösung zugeführt. Der Träger wird dann z. B. durch das Bad befördert, wobei elektrisch leitfähige Stellen mit mindestens einer Kathode kontaktiert werden. Hierbei ist jede übliche, dem Fachmann bekannte geeignete Kathode einsetzbar. So lange die Kathode die leitfähige Oberfläche des Trägers elekt- risch kontaktiert, werden Metallionen aus der Elektrolyt-Lösung unter Ausbildung einer Metallschicht auf der Oberfläche abgeschieden. Im Falle einer stromlosen Abscheidung können ebenfalls alle dem Fachmann bekannten Verfahren eingesetzt werden.
Eine geeignete Vorrichtung, in der die elektrisch leitfähige Stelle galvanisch beschichtet wird, umfasst im Allgemeinen mindestens ein Bad, eine Anode und eine Kathode, wobei das Bad eine mindestens ein Metallsalz enthaltende Elektrolytlösung enthält. Aus der Elektrolytlösung werden Metallionen an elektrisch leitenden Partikel/Stellen des Trägers unter Bildung einer Metallschicht abgeschieden. Die mindestens eine Kathode wird hierzu mit der zu beschichtenden Stelle des Trägers in Kontakt gebracht, während der Träger durch das Bad gefördert wird.
Zur galvanischen Beschichtung sind hierbei alle dem Fachmann bekannten Galvanikverfahren geeignet. Derartige Galvanikverfahren sind zum Beispiel solche, bei denen die Kathode durch eine oder mehrere Walzen gebildet wird, die das zu beschichtende Material kontaktieren. Auch können die Kathoden in Form segmentierter Walzen aus- gebildet sein, bei denen jeweils zumindest das Segment der Walze, das mit den zu beschichtenden Stellen des Trägers in Verbindung steht, kathodisch geschaltet ist. Um auf der Walze abgeschiedenes Metall wieder zu entfernen, ist es bei segmentierten Walzen möglich, die Segmente, die nicht die zu beschichtenden Stellen des Trägers kontaktieren, anodisch zu schalten, wodurch das darauf abgeschiedene Metall wieder in die Elektrolytlösung abgeschieden wird. Die Kontaktierung kann auch über Kontak- tierungsklemmen stattfinden. Mittels geeigneten Anlagen können auch isolierte Strukturen kontaktiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden auf dem Träger Kontaktie- rungshilfslinien verwendet, um den Metallisierungsschritt (c) zu unterstützen. Diese Kontaktierungshilfslinien können bereits als beispielsweise Leiterbahnen auf dem Träger vorhanden sein, bevor in Verfahrensschritt (a) die Dispersion aufgebracht wird. Alternativ oder zusätzlich können die Kontaktierungshilfslinien auch erst durch das Aufbringen der Dispersion erzeugt werden. Die Kontaktierungshilfslinien werden dann in den nachfolgenden Metallisierungsschritten analog zu der gewünschten Struktur weiter verarbeitet, das heißt es findet in diesem Fall vorzugsweise wiederum eine teilweise Trocknung und/oder Aushärtung statt, sowie eine sich anschließende stromlose und/oder galvanische Metallisierung. Diese Kontaktierungshilfslinien dienen insbeson- dere dazu, dass auch kurze, isoliert voneinander liegende elektrisch leitfähige Oberflächen auf dem Träger während eines nachfolgenden galvanischen Metallisierungsschritts in Verfahrensschritt (c) einfacher und homogener kontaktiert werden können. Die Kontaktierungshilfslinien können bei Bedarf nach dem Metallisierungsschritt (c) zumindest teilweise wieder entfernt werden, beispielsweise durch Laserablation, me- chanische Ablation oder durch ein teilweises Brechen des Trägers, beispielsweise entlang einer Sollbruchstelle.
Um ein gleichzeitiges Metallisieren der Ober- und Unterseite des Trägers zu ermöglichen, können z. B. jeweils zwei Kontaktierungswalzen als Elektrodenkontakte verwen- det werden. Diese können derart angeordnet sein, dass der zu metallisierende Träger, bei welchem es sich in diesem Fall vorzugsweise um einen leiterplattenförmigen Träger handelt, zwischen diesen Kontaktierungswalzen hindurchgeführt werden kann. Dadurch wird der Träger gleichzeitig von oben und von unten kontaktiert, wodurch sich an beiden Seiten Metall abscheiden kann.
Wenn Träger beschichtet werden sollen, deren Länge die Länge des Bades übersteigt - so genannte Endlosträger, die zunächst von einer Rolle abgewickelt, durch die Vorrichtung zur stromlosen und/oder galvanischen Beschichtung geführt und danach wieder aufgewickelt werden - kann diese zum Beispiel auch zick-zack-förmig oder in Form einer Mäander um mehrere Vorrichtungen zur galvanischen Beschichtung, die dann zum Beispiel auch übereinander oder nebeneinander angeordnet sein können, durch das Bad geleitet werden. Diese Ausführungsform ist zum Beispiel für die Herstellung von RFID-Transponder, Flachkabeln oder flexiblen Leiterplatten vorteilhaft.
Die Vorrichtung zur stromlosen und/oder galvanischen Beschichtung kann je nach Bedarf mit jeder dem Fachmann bekannten Zusatzvorrichtung ausgerüstet werden. Solche Zusatzvorrichtungen sind zum Beispiel Pumpen, Filter, Zufuhreinrichtungen für Chemikalien, Auf- und Abrolleinrichtungen usw.
Zur Verkürzung der Wartungsintervalle können alle dem Fachmann bekannten Pflegemethoden der Elektrolytlösung eingesetzt werden. Solche Pflegemethoden sind zum Beispiel auch Systeme, bei denen sich die Elektrolytlösung selbst regeneriert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Beispiel auch in dem aus Werner Jillek, Gustl Keller, Handbuch der Leiterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, Band 4, Seiten 192, 260, 349, 351 , 352, 359 bekannten Pulsverfahren betrieben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontaktierung von Bauteilen/Komponenten, die elektrischen Strom benötigen oder erzeugen, lässt sich in kontinuierlicher, teilkontinu- ierlicher oder diskontinuierlicher Fahrweise betreiben. Auch ist es möglich, dass nur einzelne Schritte des Verfahrens kontinuierlich durchgeführt werden, während andere Schritte diskontinuierlich durchgeführt werden.
Weiterhin wird erfindungsgemäß auch eine Dispersion vorgeschlagen, welche eine Zusammensetzung gemäß der obigen Beschreibung in einer der auf die Zusammensetzung bezogenen Variationen aufweist. Zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen Dispersion kann insbesondere derart vorgegangen werden, dass
die mindestens eine Sorte elektrisch leitfähiger Partikel, - das mindestens eine Matrixmaterial, das mindestens eine Lösungsmittel gegebenenfalls das mindestens eine Dispergiermittel und gegebenenfalls der mindestens eine Füllstoff und/oder das mindestens eine Additiv
in beliebiger Reihenfolge miteinander vermischt werden.
Elektrisch leitfähige Oberflächen auf elektrisch nicht-leitfähigen Trägern können zum
Beispiel durch dem Fachmann bekannte Verfahren aus der Leiterplattenfertigung her- gestellt werden, wodurch sich insbesondere Leiterbahnenstrukturen erzeugen lassen. Dabei kann zum Beispiel ein kupferkaschierter Träger durch die dem Fachmann bekannten Resist- und Ätzverfahren bearbeitet werden, wodurch eine strukturierte, elektrisch leitfähige Oberfläche, wie zum Beispiel eine Außenlage einer Leiterplatte, erzeugt wird. Elektrisch leitfähige Oberflächen auf elektrisch nicht-leitfähigen Trägern können auch hergestellt werden, indem
I. mit einer Dispersion, die vorzugsweise der oben beschriebenen Dispersion gleich bzw. ähnlich ist, strukturiert oder vollständig eine Basisschicht aufgetragen, bevorzugt aufgedruckt, wird, II. die aufgetragene Dispersion in einem oder mehreren Schritten zumindest teilweise trocknet und/oder zumindest teilweise ausgehärtet wird, III. gegebenenfalls die elektrisch leitfähigen Partikel an der Oberfläche der verbleibenden Basisschicht freilegt werden durch zumindest teilweises chemisches, physikalisches oder mechanisches Abtragen der Matrix, IV. zumindest eine Metallschicht auf der verbleibenden Basisschicht durch stromlose und/oder galvanische Beschichtung ausgebildet wird.
Auf diese Weise lässt sich die beschriebene und vorgeschlagene Dispersion nicht nur zur Kontaktierung der elektrischen Bauelemente einsetzen, sondern es können durch diese Dispersion auch Leiterbahnenstrukturen auf dem Träger erzeugt werden, ohne dass notwendigerweise elektrische Bauelemente aufgebracht werden.
Bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrischen Kontaktierung des mindestens einen elektrischen Bauelements auf dem Träger und dem vo- rangehend beschriebenen Verfahren zur Erzeugung von Leiterbahnenstrukturen mit den Schritten I. bis IV. können, wie beschrieben, vorzugsweise gleiche Dispersionen (im Folgenden als Dispersion (1 ) bzw. Dispersion (2) bezeichnet) eingesetzt werden. Alternativ können die in Verfahrensschritt I. eingesetzten Dispersionen auch andere und/oder weitere Komponenten aufweisen. Auf diese Weise können vor und/oder nach dem Aufbringen der elektrischen Bauteile sowie nach optionaler Trocknung und/oder Aushärtung der Dispersion(en) die jeweiligen Schritte des optionalen Freilegens der elektrisch leitfähigen Partikel der Dispersion bzw. Dispersionen sowie die anschließende stromlose und/oder galvanische Metallisierung jeweils in einem Schritt durchgeführt werden. Es werden somit in einem Schritt elektrisch leitfähige Partikel der beiden Dis- persionen gegebenenfalls freigelegt sowie anschließend in einem Schritt die stromlose und/oder galvanische Metallisierung durchgeführt. Auch zusätzliche Freilegungsschritte und/oder Freilegungsschritte mit der oben beschriebenen „Aktivierungsfunktion" können eingesetzt werden, wobei auf die obige Beschreibung und die genannten Beispiele verwiesen werden kann. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören jeweils zwei der in Schritt (a) mit Dispersionen beschichteten (z. B. gedruckten) Stellen des Trägers zu unterschiedlichen Teilen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche des Trägers.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die elektrisch leitfähigen Partikel bzw. Mischungen von mindestens zwei elektrisch leitfähigen Partikeln der Dispersionen in den Schritten (a) und (I.) gleich.
Im Verfahrensschritt b) wird das mindestens eine elektrische Bauelement auf den Trä- ger bzw. die auf der Träger aufgebrachte Dispersion aufgebracht. Dieser Vorgang, welcher auch als Bestückung bezeichnet werden kann, kann unter Einsatz vielfältiger Bestückungstechnologien und Bestückungsanlagen durchgeführt werden, welche dem Fachmann bekannt sind. Bekannte Bestückungsverfahren sind aus der Leiterplattenfertigung bekannt und beinhalten z. B. Verfahren für die so genannte Oberflächenmon- tage (Surface Mount Technology, SMT) oder andere Montageverfahren, wie beispielsweise Steckverfahren (Through-Hole technology, THT), Klemmtechniken, Kneipp- Klemmtechniken oder ähnliches. Dabei können beispielsweise Bestückungsautomaten eingesetzt werden, beispielsweise Bestückungsautomaten, um SMD-Bauelemente (SMD: Surface-Mounted Device) auf bestimmte Stellen des Trägers aufzubringen. Die- se Bestückungsautomaten platzieren z. B. die Bauteile/Komponenten an der jeweils gewünschten Stelle des Trägers.
Kleinere Bauteile können zum Beispiel in Gurten aus Karton oder Kunststoff verpackt sein. In den Gurten befinden sich Taschen, in welchen die Bauteile/Komponenten Ne- gen. Die Oberseite der Tasche ist zum Beispiel durch eine Folie verschlossen, welche abgezogen werden kann, um das Bauteil/Komponente zu entnehmen. Die Gurte selbst werden auf einer Rolle aufgewickelt. Auf zumindest einer Seite hat die Rolle in regelmäßigen Abständen Löcher, über die der Gurt vom Bestückungsautomaten bewegt werden kann. Diese Rollen werden mit Hilfe von Zufuhrmodulen, so genannten Fee- dem, dem Bestückungsautomaten zugeführt. Die Bauteile werden zum Beispiel mit Vakuumpinzetten oder Greifern entnommen und dann auf der Sollposition des Trägers aufgesetzt. Dieser Vorgang wird vorzugsweise für alle Bauteile wiederholt.
Die elektrischen Bauelemente, welche in Verfahrensschritt (b) auf den Träger aufge- bracht bzw. bestückt werden, können zahlreiche dem Fachmann bekannte Bauelemente aktiver, passiver oder sonstiger Natur umfassen. So können diese elektrischen Bauteile beispielsweise Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Sensoren, Transistoren, Spannungsregler, integrierte Schaltungen, Chips, wie zum Beispiel Chips auf Basis von Silizium oder auf Basis von leitfähigen Polymeren, Dioden, Leuchtdioden wie LED's (Licht-emittierende Dioden, englisch: light emitting diodes) oder OLED's (organi- sehe Leuchtdioden, Taster, Potentiometer, Optokoppler, Solarmodule, Solarzellen und Peltier-Elemente, resistive Elemente, kapazitive Elemente, induktive Elemente, Aktua- toren, optische Bauelemente, Empfänger/Sendeeinrichtungen, flüssigkristalline Anzeigeelemente, elektrochrome Farbstoffe, eletromechanische Elemente, Solarmodule, Solarzellen oder andere Bauteile/Komponenten, die in der Leiterplattenfertigung eingesetzt werden, umfassen.
Weiterhin werden erfindungsgemäß elektrische Komponenten vorgeschlagen, welche mindestens einen Träger und mindestens ein elektrisches Bauelement umfassen, wo- bei das elektrische Bauelement mit einem Verfahren gemäß der obigen Beschreibung in einer der dargestellten Ausführungsformen elektrisch auf dem Träger kontaktiert ist. Insbesondere kann das beschriebene Verfahren eingesetzt werden bei der Herstellung von bestückten Leiterplatten, Transpondern (z. B. RFID-Transpondern), Antennen, z. B. Transponder-Antennen, welche z. B in RFI D-Etiketten eingebaut sind, Chipkarten, Flachkabeln, Sitzheizungen, Folienleitern, Anzeigeelementen wie beispielsweise LCD- bzw. Plasmabildschirmen, Anzeigetafeln, Fotovoltaik-Anlagen, Fußboden-, Wand- oder Deckenbeleuchtungen oder für dekorative Anwendungen aller Art, z. B. im Verpackungsbereich.
Ausführungsbeispiele:
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.
Im Einzelnen zeigen:
Figuren 1A bis 1 G ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktieren eines elektrischen Bauelements; und
Figuren 2A bis 2H ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren 1A bis 1 G ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt, welches das erfindungsgemäße Verfahren umsetzt. Dabei sind die einzelnen Verfahrensschritte des Verfahrens schematisch aufgezeigt, wobei die einzelnen Elemente schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt sind. In Figur 1A ist ein Träger 110 dargestellt, welcher in diesem Fall das Ausgangsprodukt des im Weiteren beschriebenen Verfahrens darstellt. Der Träger 110 ist in diesem wie auch im folgenden Ausführungsbeispiel ohne Beschränkung weiterer Trägerformen als Leiterplatte ausgestaltet, mit einem isolierenden Trägermaterial 112 und auf dieses Trägermaterial 1 12 aufgebrachten Kontaktpads bzw. Leiterbahnen 1 14. Beispielsweise kann es sich dabei, wie oben beschrieben, um Kupfer-Leiterbahnen handeln, welche zum Beispiel auf einem glasfaserverstärkten Epoxidharzträger, oder einer Polyimid- bzw. Polyesterfolie aufgebracht sind. Die Leiterbahnen 114 können dabei beliebige in der Elektronikindustrie eingesetzte Geometrien einnehmen und auch zumindest teil- weise funktionelle Elemente umfassen, wie beispielsweise großflächige elektrische Massen und/oder beispielsweise Antennen (z. B. Antennenspulen), welche zum Beispiel in RFID-Transpondern eingesetzt werden. Für weitere Details und Möglichkeiten sei auf die obige Beschreibung verwiesen.
In Figur 1 B wird eine Dispersion 1 16 auf Teilbereiche der Leiterbahnen 1 14, insbesondere Kontaktpads, aufgebracht. Dabei ist in Figur 1 B symbolisch ein Dispenser 1 18 dargestellt, welcher die Dispersionspaste bzw. Dispersionsflüssigkeit auf die Leiterbahnen bzw. Kontaktpads 1 14 aufbringt. Wie oben beschrieben, lassen sich jedoch auch andere Verfahren einsetzen. Für diese Verfahren und mögliche Zusammenset- zungen der Dispersion sei ebenfalls auf die obige Beschreibung und die dort dargestellten Ausführungsvarianten verwiesen.
In Figur 1 C wird die Dispersion 116 einem ersten optionalen Trocknungs- und/oder Aushärtungsschritt unterzogen, wobei die zumindest teilweise Trocknung und/oder Aushärtung in Figur 1 C symbolisch mit der Bezugsziffer 120 gezeichnet ist. Wie oben beschrieben, können anstelle einer Trocknung auch andere Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise eine Härtung. Dabei können nicht nur, wie in Figur 1 D dargestellt, Trocknungen bzw. Härtungen durch Bestrahlung von der Oberseite des Trägers 1 10 eingesetzt werden, sondern der Träger 110 kann beispielsweise auch von unten durch eine Heizplatte oder einen Ofen aufgewärmt werden. Auch andere Trocknungstechniken sind dem Fachmann bekannt.
In Figur 1 D wird das aus dem in Figur 1 C dargestellten Teilschritt erhaltene Zwischenprodukt mit elektrischen Bauelementen 122 bestückt. Dabei ist in Figur 1 D symbolisch ein SMD-Bauelement als elektrisches Bauelement 122 dargestellt. Wie oben beschrieben, lassen sich jedoch auch andere Sparten elektrischer Bauelemente einsetzen, wobei auch verschiedene Bestückungstechnologien gemischt werden könnten. So können beispielsweise neben der dargestellten SMD-Technologie Durchsteck- Technologien (THT) oder andere Technologien verwendet werden. Bei der dargestell- ten SMD-Technologie ist nach Durchführung von Verfahrensschritt 1 C die Dispersion 1 16 noch klebrig genug, um ein Anhaften des elektrischen Bauelements 122 auf der Dispersion 116 zu gewährleisten. Insbesondere wird dadurch gewährleistet, dass das elektrische Bauelement 122 unter Erschütterungen bzw. unter Einfluss seiner eigenen Gewichtskraft seinen Ort nicht verändert.
Für die Bestückung des Trägers 110 mit dem elektrischen Bauelement 122 können, wie oben beschrieben, verschiedene Bestückungstechnologien vorgesehen werden. In Figur 1 D ist dabei symbolisch ein Bestückungsautomat mit der Bezugsziffer 124 bezeichnet.
In Figur 1 E wird das Zwischenprodukt, welches in Figur 1 D erhalten wurde, einem weiteren Trocknungs- bzw. Aushärtungsschritt unterzogen, welcher symbolisch mit der Bezugsziffer 126 bezeichnet ist. Wie oben bezüglich Figur 1 C ausgeführt, lassen sich dabei verschiedene Trocknungs- bzw. Aushärtungstechniken einsetzen.
Nach dem zweiten Trocknungsschritt 126 gemäß Figur 1 E wird schließlich der Träger 1 10 gemäß Figur 1 F mit aufmontierten elektrischen Bauelementen 122 in einem chemischen Bad 128 stromlos metallisiert. Dabei wird eine Lösung 130 eingesetzt, welche Metallionen enthält, wobei für die Zusammensetzung auf die obige Beschreibung ver- wiesen werden kann. Weiterhin kann, wie ebenfalls oben dargestellt, diese Lösung 130 auch Bestandteile enthalten, welche der chemischen Freilegung der in der Dispersion 1 16 enthaltenen leitfähigen Partikel bzw. der leitfähigen Komponente dieser Partikel dient. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die Lösung 130 eine saure Lösung sein, welche beispielsweise eine Oxidschicht von Metallpartikeln entfernt und die Metallpar- tikel auf diese Weise ganz oder teilweise chemisch freilegt.
Wie oben beschrieben, kann optional vor dem in Figur 1 F dargestellten Schritt, bei welchem eine (zweite) chemische Freilegung gleichzeitig mit der Metallisierung erfolgt, ein erster Freilegungsschritt erfolgen, bei welchem eine „Aktivierung" durchgeführt wird. Im Rahmen dieser Aktivierung kann dann eine zumindest teilweise Entfernung bzw. ein Aufbrechen des Matrixmaterials der Dispersion 1 16 erfolgen, insbesondere an den freiliegenden Oberflächen. In diesem Fall würde vorzugsweise ein erstes chemisches Bad 128 verwendet, in welchem beispielsweise eines der oben beschriebenen Oxidati- onsmittel (z.B. Kaliumpermanganat) in einer ersten Lösung 130 vorliegt. Beim Eintau- chen des Trägers 1 10 in diese Lösung 130 erfolgt dann die oben beschriebene Aktivierung als erster Freilegungsschritt. Auch mehrere derartige Aktivierungsschritte (beispielsweise im Rahmen einer Abfolge von chemischen Bädern 128) können durchgeführt werden, und es kann sich auch mindestens ein Spülbad, zum Beispiel mit Wasser oder Wasserstoffperoxidlösung, anschließen. Anschließend kann dann, wie oben an- hand von Figur 1 F beschrieben, in einem zweiten chemischen Bad 128 mit einer ent- sprechenden Elektrolytlösung 130 gleichzeitig mit der Metallisierung ein zweiter Freile- gungsschritt (beispielsweise zum Entfernen einer Oxidschicht, siehe oben) durchgeführt werden. Wie oben beschrieben, können hierfür jedoch auch von der Metallisierung getrennte Freilegungsschritte (beispielsweise wiederum in chemischen Bädern 128) durchgeführt werden. Verschiedene Kombinationen sind denkbar und für den Fachmann aufgrund der obigen Beschreibung realisierbar.
Aufgrund unterschiedlicher elektrochemischer Eigenschaften, insbesondere aufgrund unterschiedlicher Stellung in der elektrochemischen Reihe, scheidet sich in dem che- mischen Bad 128 auf den metallischen Oberflächen, insbesondere auf den Oberflächen der Leiterbahnen 1 14, den Oberflächen der Dispersion 1 16 sowie (zumindest teilweise) auf den elektrischen Kontakten 132 des elektrischen Bauelements 122, eine Metallschicht entsprechend der in der Lösung 130 enthaltenen Metallionen ab. Durch die Metallabscheidung werden die elektrische Bauelemente mit den jeweiligen Leiter- bahnen 1 14 und/oder Kontaktpads elektrisch verbunden. Die Dicke dieser Metallschicht kann durch die Bedingungen des chemischen Bades 128 beeinflusst werden, insbesondere durch die Temperatur des chemischen Bades 128, die Konzentration der Lösung 130 sowie die Verweildauer des Trägers 1 10 in der Lösung 130. Diese Parameter sowie weitere maßgebliche Parameter können vorzugsweise ganz oder teilweise entsprechend erfasst und gesteuert bzw. geregelt werden.
Bei dem in Figur 1 F dargestellten stromlosen Metallisierungsschritt im chemischen Bad 128 ist in dieser Darstellung das elektrische Bauelement 122 ebenfalls vollständig der Lösung 130 ausgesetzt. Sollten elektrische Bauelemente 122 verwendet werden, wel- che in dieser Lösung 130 Schaden nehmen, so kann zusätzlich eine Verkapselung dieser elektrischen Bauelemente 122 eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallisierung im chemischen Bad 128 auch derart durchgeführt werden, dass die elektrischen Bauelemente 122 nicht vollständig der Lösung 130 ausgesetzt werden, beispielsweise indem der Träger 1 10 nur unvollständig in die Lösung 130 eingetaucht wird. Beispielsweise kann dieses Eintauchen derart erfolgen, dass lediglich die elektrischen Kontakte 132 (zumindest teilweise) in der Lösung 130 untergetaucht sind, nicht hingegen ein Körper der elektrischen Bauelemente 122.
An die in Figur 1 F gezeigte chemische Metallisierung können sich optional weitere Me- tallisierungsschritte anschließen, beispielsweise ein oder mehrere galvanische Metallisierungsschritte zur Nachverstärkung der Metallisierung. Diesbezüglich kann auf die unten angeführten Ausführungen zu Figur 2G verwiesen werden. Auch weitere Nachbehandlungsschritte sind möglich. In Figur 1 G ist schließlich eine elektrische Komponente 134 dargestellt, welche das Verfahrensprodukt der in den Figuren 1A bis 1 F gezeigten Teilschritte ist. Beispielsweise kann es sich bei dieser elektrischen Komponente um eine fertig bestückte Leiterplatte, beispielsweise für den Einsatz in einem elektronischen Gerät (z. B. einem Computer, einem Mobiltelefon oder einem ähnlichen Gerät - siehe auch die obigen Beispiele) oder um einem RFID-Transponder handeln.
Die elektrische Komponente 134 weist somit auf dem Träger 1 10 das elektrische Bauelement 122 auf, dessen elektrische Kontakte 132 über eine im chemischen Bad 128 gemäß Figur 1 F aufgebrachte Metallisierung 136 und die Dispersion 1 16 (welche selbst zumindest teilweise elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweisen kann) mit den Kontaktpads bzw. Leiterbahnen 114 verbunden sind. Auf diese Weise lassen sich e- lektrische Komponenten 134 mit nahezu beliebigen elektrischen Schaltkreisen und Funktionen erstellen.
In den Figuren 2A bis 2H ist ein zu den Figuren 1A bis 1 G alternatives Verfahren dargestellt, welches sich auch mit dem in den Figuren 1A bis 1 G dargestellten Verfahren kombinieren lässt. Im Unterschied zum Verfahren gemäß den Figuren 1A bis 1 G ist Ausgangsprodukt des Verfahrens gemäß den Figuren 2A bis 2H ein Träger 110, wel- eher jedoch nicht mit Kontaktpads bzw. Leiterbahnen 114 (vgl. die Figuren 1A bis 1 G) versehen ist. Diese Kontaktpads bzw. Leiterbahnen 1 14 werden in diesem Ausführungsbeispiel vollständig durch das Aufbringen der Dispersion 116 und die anschließende Metallisierung erzeugt. Es sind auch Ausführungsbeispiele denkbar, bei welchen lediglich einige der Leiterbahnen 1 14 ersetzt werden.
In Figur 2A ist dabei wiederum dargestellt, wie mittels eines Dispensers 118 die Dispersion 1 16 auf das (vorzugsweise isolierende) Trägermaterial 112 aufgebracht wird. Dieses Aufbringen erfolgt wiederum strukturiert, wobei beispielsweise gleich eine Leiterbahnenstruktur durch die Dispersion 116 auf dem Trägermaterial 1 12 aufgedruckt wird. Zur Verbesserung der Haftung der aufgetragenen Dispersion 1 16 auf dem Trägermaterial 1 12, kann optional vor der Auftragung der Dispersion 116 das Trägermaterial 1 12 nach dem Fachmann bekannten Verfahren vorbehandelt und/oder mit einer zusätzlichen HafWKIeberschicht versehen werden.
In Figur 2B ist, analog zu dem in Figur 1 C dargestellten Verfahrensschritt, eine optionale erste zumindest teilweise Trocknung und/oder Aushärtung 120 vorgesehen. Hierzu kann weitgehend auf die obige Beschreibung dieser Figur 1 C verwiesen werden.
Anschließend wird gemäß Figur 2C der Träger 1 10 mit elektrischen Bauelementen 122 bestückt. Wiederum kann diese Bestückung, analog zu Figur 1 D, beispielsweise mittels eines Bestückungsautomaten 124 erfolgen, welcher elektrische Kontakte 132 der elektrischen Bauelemente 122 in die noch klebrige Dispersion 116 einpresst.
Anschließend ist in Figur 2D, analog zu Figur 1 E, eine optionale zweite, zumindest teilweise Trocknung 126 bzw. Aushärtung vorgesehen.
In Figur 2E ist, analog zum in Figur 1 F dargestellten Verfahrensschritt, eine erste, stromlose Metallisierung in einem chemischen Bad 128 mit einer Lösung 130 dargestellt. Wiederum kann dabei gleichzeitig eine Freilegung der elektrisch leitfähigen Komponente der Dispersion 1 16 erfolgen, beispielsweise wiederum indem die Lösung 130 eine Säure aufweist. Anschließend erfolgt auf der Dispersion 1 16 (und in der Regel auch zumindest teilweise auf den elektrischen Kontakten 132) eine Abscheidung einer entsprechenden Metallschicht 136. Durch die Metallabscheidung werden in dieser Ausführungsform nicht nur die Leiterbahnen und/oder Kontaktpads erzeugt, son- dem es werden gleichzeitig die elektrische Bauelemente mit den jeweiligen erzeugten Leiterbahnen und/oder Kontaktpads elektrisch verbunden. Für die Details kann wiederum auf die obige Beschreibung der Figur 1 F verwiesen werden.
Optional können auch, wie oben anhand von Figur 1 F beschrieben, vor dem Schritt der chemischen Metallisierung, bei welchem vorzugsweise gleichzeitig zumindest teilweise eine Freilegung der elektrisch leitfähigen Partikel der Dispersion 116 erfolgt, ein oder mehrere weitere Freilegungsschritte eingefügt werden, beispielsweise ein oder mehrere „Aktivierungsschritte", bei denen zumindest im Oberflächenbereich das Matrixmaterial aufgebrochen wird. Für Details dieser Aktivierung kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden.
In Figur 2F ist ein Zwischenprodukt dargestellt, wie es nach Durchführung des Teilschritts gemäß Figur 2E erhalten wird. Dabei ist zu erkennen, dass dieses Zwischenprodukt grundsätzlich der elektrischen Komponente 134 gemäß Figur 1 G entspricht, wobei jedoch zwischen der Dispersion 1 16 und dem Trägermaterial 112 keine zusätzlichen Kontaktpads bzw. Leiterbahnen 1 14 liegen. Die Metallschicht 136 ersetzt in diesem Fall die Leiterbahnen 1 14 ganz oder teilweise.
In vielen Fällen führt bei technisch realisierbaren Prozessdauern eine stromlose Metal- lisierung in einem chemischen Bad 128 lediglich zu Schichtdicken der Metallisierung 136, welche für bestimmte Anwendungen nicht ausreichend sind, um geforderte Ströme und Stromdichten zu führen und/oder die elektrische Bauelemente elektrisch zu kontaktieren bzw. dauert die entsprechende stromlose Metallisierung zu lange. Dementsprechend ist in Figur 2G ein weiterer optionaler Metallisierungsschritt dargestellt, bei welchem die Metallisierung 136 durch Aufbringen einer zweiten Metallisierung 138 (siehe Figur 2H) noch verstärkt wird. Zu diesem Zweck wird das Zwischenprodukt gemäß Figur 1 G in ein galvanisches Bad 140 eingebracht. Wiederum enthält dieses galvanische Bad 140 eine Elektrolytlösung 142, beispielsweise wiederum eine saure Lösung.
Dabei wird in dem galvanischen Bad 140 der Träger 1 10 mit einer externen Stromquelle 144 verbunden. Diese Kontaktierung erfolgt auf eine Weise, dass die Metallisierung 136 eine Kathode der galvanischen Anordnung darstellt, wohingegen eine Galvanikanode 146 die elektrische Gegenelektrode darstellt. Je nach abzuscheidender zweiter Metallisierung 138 wird diese Galvanikanode 146 gewählt, beispielsweise als Kupferanode.
Auf diese Weise lassen sich durch Einstellung entsprechender Temperaturen, Wahl der Geometrie der Galvanikanordnung, Wahl des Anodenmaterials, Konzentration der Elektrolytlösung 142 sowie Temperatur dieser Elektrolytlösung, Spannungen und Stromdichten und Verweildauern im galvanischen Bad 140 sowie andere Betriebsparameter die Eigenschaften der zweiten Metallisierung 138 gezielt einstellen. Diese Betriebsparameter lassen sich insbesondere durch eine entsprechende Vorrichtung steuern bzw. regeln und/oder überwachen.
Analog zur Beschreibung der Figur 1 F ist auch bei dem Verfahrensschritt gemäß Figur 2H das elektrische Bauelement 122 der Elektrolytlösung 142 ausgesetzt. Auch dies lässt sich wiederum durch eine entsprechende Verkapselung der elektrischen Bauelemente 122 und/oder durch eine entsprechende Wahl des galvanischen Bades 122 ganz oder teilweise vermeiden, beispielsweise indem die elektrischen Bauelemente 122 nicht vollständig in die Elektrolytlösung 142 eingetaucht werden.
Nach dieser Nachverstärkung der Metallisierung 136 durch Aufbringen der zweiten Metallisierung 138 wird schließlich die elektrische Komponente 134 erhalten, welche in Figur 2H dargestellt ist. Grundsätzlich sei bezüglich der Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften dieser elektrischen Komponente 134 auf die Beschreibung zu Figur 1 G und die obigen Ausführungsbeispiele verwiesen. Die Schichtdicken der einzelnen in Figur 2H dargestellten Schichtdicken sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Mittels der dargestellten Nachverstärkung der Metallisierung 136, 138 lassen sich mit- tels des in den Figuren 2A bis 2H dargestellten Verfahrens auch elektrische Komponenten 134 fertigen, bei welchen der Träger 1 10 ohne jegliche zuvor aufgebrachte Kontaktpads bzw. Leiterbahnen 1 14 gearbeitet werden kann. Dies beinhaltet unter anderem den Vorteil, dass eine Leiterbahnenstruktur auf dem Träger 110 schnell geändert werden kann, da für eine derartige Layout-Änderung lediglich beispielsweise eine Programmierung des Dispensers 1 18 für den Verfahrensschritt gemäß Figur 2A geän- dert werden muss. Somit lässt sich das in den Figuren 2A bis 2H dargestellte Verfahren auch für ein so genanntes Rapid Prototyping einsetzen, bei welchem schnell kleine Stückzahlen elektrischer Komponenten 134 mit einem vorgegebenen Leiterbahnlayout entsprechend einer CAD-Zeichnung hergestellt werden können. Gleichwohl ist das beschriebene Verfahren jedoch auch für großvolumige Produktionsprozesse mit hohem Durchsatz einsetzbar.
Bezugszeichen
110 Träger
112 Trägermaterial
114 Kontaktpads/Leiterbahnen 116 Dispersion
118 Dispenser
120 erste Trocknung/Aushärtung
122 elektrische Bauelemente
124 Bestückungsautomaten 126 zweite Trocknung/Aushärtung
128 chemisches Bad
130 Lösung mit Elektrolyt und/oder Oxidationsmittel
132 elektrische Kontakte
134 elektrische Komponente 136 Metallisierung/Metallschicht
138 zweite Metallisierung
140 galvanisches Bad
142 Elektrolytlösung
144 externe Stromquelle 146 Galvanikanode

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente (122) auf einem Träger (1 10), mit folgenden Schritten:
(a) in mindestens einem Bereich des Trägers (1 10) wird mindestens eine Dispersion (1 16) aufgebracht, wobei die Dispersion (1 16) elektrisch leitfähige Partikel umfasst; (b) mindestens ein elektrisches Bauelement (122) wird auf die Dispersion (1 16) aufgebracht; und
(a) die Dispersion (1 16) wird ganz oder teilweise stromlos und/oder galvanisch metallisiert.
2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt (a) die Dispersion (1 16) ganz oder teilweise getrocknet und/oder ausgehärtet wird, wobei die Trocknung und/oder Aushärtung derart erfolgt, dass die Dispersion (1 16) nach dem Trocknen und/oder Aushärten Adhäsions- oder Kohäsionseigenschaften für die elektrischen Bauelemente (122) aufweist.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt (b) die Dispersion (116) ganz oder teilweise getrocknet und/oder ausgehärtet wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dispersion (1 16) folgende Komponenten umfasst: mindestens eine Sorte elektrisch leitfähiger Partikel; mindestens ein Matrixmaterial; und - mindestens ein Bindemittel und/oder mindestens ein Lösungsmittel.
5. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion (116) weiterhin mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: mindestens ein Dispergiermittel; mindestens einen Füllstoff; mindes- tens ein Additiv.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel mindestens eines der folgenden Materialien oder eine Mischung der folgenden Materialien aufweisen: Eisen; Nickel; Zink; Zinn; Silber; Kupfer; Kohlenstoff.
7. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel Carbonyleisenpulver oder Carbonylnickel- pulver aufweisen.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel eine elektrisch leitfähige Komponente und eine elektrisch isolierende Komponente, insbesondere eine Oxidschicht, aufweisen.
9. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Komponente in mindestens einem Verfahrensschritt durch ein chemisches, physikalisches oder mechanisches Verfahren ganz oder teilweise freigelegt wird.
10. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Freilegen vor oder nach Durchführen von Verfahrensschritt (b) erfolgt.
1 1. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Freilegen die elektrisch isolierende Komponente von der elektrisch leitfähigen Komponente entfernt wird.
12. Verfahren gemäß einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Freilegen eine Säure verwendet wird, insbesondere ein saures Metallisierungsbad (128; 140).
13. Verfahren gemäß einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin in einem Freilegungsschritt, insbesondere in einem Aktivierungsschritt, ein Matrixmaterial der Dispersion ganz oder teilweise entfernt wird.
14. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrixmaterial mindestens eines der folgenden Materialien verwendet wird: ein Epoxidharz, ein modifiziertes Epoxidharz, ein Epoxy-Novolak, ein Phenolharz, ein Polyacrylsäureester, ABS, ein Styrol-Butadien-Copolymer, ein PoIy- ether, ein Polyvinylacetal; wobei ein vollständiges oder teilweises Freilegen der elektrisch leitfähigen Partikel unter Verwendung eines Oxidationsmittels erfolgt.
15. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel mindestens eines der folgenden Oxidationsmittel um- fasst: Kaliumpermanganat, Kaliummanganat, Natriumpermanganat, Natrium- manganat, Wasserstoffperoxid und/oder Addukte des Wasserstoffperoxids, Per- borate, Percarbonate, Persulfate, Peroxodisulfate, Natriumhypochlorid, Perchlorate.
16. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die elektrisch leitfähigen Partikel mindestens eine der folgenden Partikelgeometrien aufweisen: eine Nadelgeometrie; eine Zylindergeometrie; eine Kugelgeometrie; eine Plättchengeometrie; eine Röhrchengeometrie.
17. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel Partikel mit verschiedenen Teilchengeometrien aufweisen.
18. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel kugelförmige, insbesondere Carbonylei- sen- oder Carbonylnickel-Partikel und plättchenförmige metallische Partikel, insbesondere Kupferpartikel, bzw. Kohlenstoffnanoröhrchen aufweisen.
19. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel eine Partikelgröße und/oder einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,001 bis 100 Mikrometern, vorzugsweise von 0,005 bis 50 Mikrometern und besonders bevorzugt von 0,01 bis 10 Mikrometern aufweisen.
20. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass der Anteil der elektrisch leitfähigen Partikel an der Dispersion (1 16) nach Durchführung aller Verfahrensschritte, insbesondere nach Durchführung eines Trocknungs- und/oder Aushärtungsschrittes, zwischen 20 und 98 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 30 und 95 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt zwischen 50 und 85 Gewichtsprozent liegt.
21. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (122) mindestens ein SMD-Bauelement umfasst.
22. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (122) mindestens eines der folgenden E- lemente umfasst: einen Widerstand; einen Kondensator; ein induktives Element, insbesondere eine Spule; einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, einen Lichtsensor, eine Fotozelle, einen Drucksensor oder einen Magnetsensor; einen Transistor, insbesondere einen bipolaren Transistor oder einen Feldeffekttransistor; einen integrierten Schaltkreis, insbesondere einen IC auf Siliziumbasis oder auf Basis leitfähiger Polymere; eine Diode; eine Leuchtdiode, insbesondere eine anorganische Leuchtdiode oder eine organische Leuchtdiode; einen Schalter; einen Taster; ein Potentiometer; einen Optokoppler; eine Solarzelle; ein PeI- tier-Element; einen Aktuator, insbesondere einen elektromechanischen Aktuator; eine Sendeeinrichtung, insbesondere eine Sendeeinrichtung zur Emission elektromagnetischer Strahlung im infraroten Spektralbereich oder im Hochfrequenzbereich; eine Empfangseinrichtung, insbesondere eine Empfangseinrichtung zum Empfang elektromagnetischer Strahlung im infraroten Spektralbereich oder im Hochfrequenzbereich.
23. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (b) ein Bestückungsautomat (124) verwendet wird.
24. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das elektrische Bauelement (122) mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt (132) umfasst, wobei in Verfahrensschritt (b) der elektrische Anschlusskontakt (132) in die Dispersion (1 16) eingepresst und/oder auf die Dispersion (1 16) aufgebracht wird.
25. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (c) mindestens ein stromloser nasschemischer Metallisierungsschritt ohne Verwendung einer externen Spannungsquelle durchgeführt wird.
26. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in dem stromlosen chemischen Metallisierungsschritt mindestens ein Metall (136) abgeschieden wird, welches in der elektrochemischen Spannungsreihe der Elemente ein stärker positives Normalpotenzial aufweist als die elektrisch leitfähigen Partikel der Dispersion (1 16), insbesondere als eine metallische Kompo- nente der elektrisch leitfähigen Partikel.
27. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abscheidung einer oder mehrerer Metallschichten (136) in dem stromlosen Metallisierungsschritt mindestens ein galvanischer Metallisierungs- schritt mit einer externen Spannungsquelle (144) durchgeführt wird, wobei mindestens eine weitere Metallschicht (138) abgeschieden wird, die in der elektrochemischen Spannungsreihe der Elemente ein stärker oder schwächer positives Normalpotenzial aufweist als die elektrisch leitfähigen Partikel der Dispersion, (1 16) insbesondere als eine metallische Komponente der elektrisch leitfähigen Partikel.
28. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (110) verwendet wird, welcher zumindest teilweise elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
29. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (112) verwendet wird, welcher mindestens einen der folgenden Werkstoffe aufweist: ein flexibles oder starres Polymer; ein verstärktes oder unverstärktes Harz; ein Glas; eine Keramik; ein textiles Material, insbesondere ein Gewebe oder ein Fließmaterial; ein Halbleitermaterial, insbesondere Silizium; ein beschichtetes oder unbeschichtetes Papier.
30. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (1 10) verwendet wird, welcher mindestens einen der folgenden Werkstoffe aufweist: ein verstärktes oder unverstärktes Epoxy- oder Phenolharz, insbesondere ein glasfaser- oder aramidfaserverstärktes Epoxy- oder Phenolharz; ein Polyimid; ein Polyethylenterephthalat; ein Polyetheretherketon; ein Polyamid; ein polymerbeschichtetes Papier; ein Glas; Silizium.
31. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass in Verfahrensschritt (a) mindestens eines der folgenden Verfahren zum
Aufbringen der Dispersion (1 16) verwendet wird: ein Druckverfahren, insbesondere ein Siebdruckverfahren, ein Tiefdruckverfahren, ein Flexodruckverfahren, ein Tampondruckverfahren, ein Tintenstrahldruckverfahren, ein Lasersonic- Verfahren, ein Offset-Druckverfahren, oder ein Schablonendruckverfahren; ein magnetografisches Druckverfahren; ein Tauchverfahren; ein Dispensierverfahren.
32. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (a) ein Leiterbahnenmuster auf den Träger (1 10) aufgebracht wird.
33. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1 10) mindestens eine Leiterbahn aufweist, wobei in Verfahrensschritt (a) die Dispersion (116) zumindest teilweise auf eine Leiterbahn (1 14) aufgebracht wird.
34. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (c) mindestens ein galvanischer Metallisierungsschritt durchgeführt wird, wobei die mindestens eine Leiterbahn (114) elektrisch mit ei- ner externen Spannungsquelle (144) kontaktiert wird.
35. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen (1 14) direkt und/oder mit Hilfe zusätzlicher Kontaktierungshilfslinien durchgeführt wird.
36. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mindestens ein zweites Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines elektrischen Bauelementes (122) auf dem Träger (110) verwendet wird, insbesondere ein Lötverfahren oder ein Drahtbondverfahren.
37. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1 10) einen plattenförmigen Träger (1 10), insbesondere eine Leiterplatte oder ein Folienmaterial, umfasst, wobei zumindest die Verfahrensschritte (a) und (c), vorzugsweise auch Verfahrensschritt (b), auf beiden Seiten des plattenförmigen Trägers (1 10) durchgeführt werden.
38. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion (1 16) derart ausgestaltet ist, dass das elektrische Bauelement (122) nach dem Aufbringen in Schritt (b) auf dem Träger (1 10) haftet.
39. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftung derart ausgestaltet ist, dass sich das elektrische Bauelement (122) unter Einfluss seiner eigenen Gewichtskraft nicht von dem Träger (110) ablöst.
40. Elektrische Komponente (134), umfassend mindestens einen Träger (110) und mindestens ein elektrisches Bauelement (122), wobei das elektrische Bauelement (122) mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche auf dem Träger (1 10) kontaktiert ist.
41. Elektrische Komponente (134) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die elektrische Komponente mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: eine Leiterplatte, einen Transponder, insbesondere einen RFID-Transponder, eine Antenne, insbesondere eine Antenne zum Einsatz in einem Transponder; eine Chipkarte; ein Flachkabel; eine Sitzheizung; einen Folienleiter; ein Anzeigeele- ment, insbesondere einen Flüssigkristallbildschirm, einen Plasmabildschirm; eine
Photovoltaik-Anlage; oder als dekorative Anwendungen.
42. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, umfassend mindestens eine Vorrichtung (1 18) zum Aufbringen der Dispersion (1 16) auf den Träger (110), mindestens eine Vorrichtung (124) zum Aufbringen des elektrischen Bauelements (122) und mindestens eine Vorrichtung (128; 140) zur stromlosen und/oder galvanischen Metallisierung der Dispersion (1 16).
43. Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend min- destens eines der folgenden Elemente: eine Vorrichtung zum Trocknen und/oder Aushärten der Dispersion (1 16); eine Vorrichtung zum Freilegen der elektrisch leitfähigen Partikel.
44. Dispersion (116) zur Verwendung zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente (122) auf einem Träger (1 10), dadurch gekennzeichnet, dass die
Dispersion (1 16) Komponenten gemäß der Merkmale nach einem der Ansprüche 4 bis 17 umfasst.
45. Verwendung einer Dispersion (116) gemäß dem vorhergehenden Anspruch zur Erzeugung einer Leiterbahnstruktur auf einem Träger (1 10), wobei in mindestens einem Bereich des Trägers (110) die Dispersion (116) aufgebracht wird und wobei die Dispersion (1 16) ganz oder teilweise stromlos und/oder galvanisch metallisiert wird.
PCT/EP2008/051909 2007-02-20 2008-02-18 Verfahren zur kontaktierung elektrischer bauelemente WO2008101884A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07102696.7 2007-02-20
EP07102696 2007-02-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008101884A2 true WO2008101884A2 (de) 2008-08-28
WO2008101884A3 WO2008101884A3 (de) 2008-11-13

Family

ID=39339905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/051909 WO2008101884A2 (de) 2007-02-20 2008-02-18 Verfahren zur kontaktierung elektrischer bauelemente

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW200843588A (de)
WO (1) WO2008101884A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008027558A1 (de) * 2008-06-10 2009-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Kontaktierung, Zusammensetzung für die Chipkontaktierung sowie deren Verwendung
US8637789B2 (en) 2007-02-20 2014-01-28 Basf Se Method for producing metallised textile surfaces using electricity-generating or electricity-consuming elements
DE102012213572A1 (de) * 2012-08-01 2014-02-06 Ifm Electronic Gmbh Kapazitiver Drucksensor
CN112868014A (zh) * 2018-10-11 2021-05-28 新技术Amt股份有限公司 一种用于自动制造电子部件的准备方法，一种用于自动制造和/或自动后处理电子部件的准备方法，一种计算装置，一种计算机程序和一种电子可读的数据载体

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI417525B (zh) * 2009-11-12 2013-12-01 具有無線射頻系統標籤之溫度感測貼片
CN109797485A (zh) * 2019-02-26 2019-05-24 安徽丹凤电子材料股份有限公司 一种耐高温耐腐蚀玻璃纤维电子布
CN111144533A (zh) * 2019-12-20 2020-05-12 四川华大恒芯科技有限公司 一种芯片防转移方法、防转移芯片及射频标签

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5839190A (en) * 1989-06-09 1998-11-24 Sullivan; Kenneth W. Methods for fabricating solderless printed wiring devices
US20050191511A1 (en) * 2003-12-26 2005-09-01 Hideo Aoki Metal-containing resin particle, metal-containing resin layer, method of forming metal-containing resin layer, and substrate for electronic circuit
WO2007144322A1 (de) * 2006-06-14 2007-12-21 Basf Se Verfahren zur herstellung von elektrisch leitfähigen oberflächen auf einem träger

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5839190A (en) * 1989-06-09 1998-11-24 Sullivan; Kenneth W. Methods for fabricating solderless printed wiring devices
US20050191511A1 (en) * 2003-12-26 2005-09-01 Hideo Aoki Metal-containing resin particle, metal-containing resin layer, method of forming metal-containing resin layer, and substrate for electronic circuit
WO2007144322A1 (de) * 2006-06-14 2007-12-21 Basf Se Verfahren zur herstellung von elektrisch leitfähigen oberflächen auf einem träger

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8637789B2 (en) 2007-02-20 2014-01-28 Basf Se Method for producing metallised textile surfaces using electricity-generating or electricity-consuming elements
DE102008027558A1 (de) * 2008-06-10 2009-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Kontaktierung, Zusammensetzung für die Chipkontaktierung sowie deren Verwendung
DE102012213572A1 (de) * 2012-08-01 2014-02-06 Ifm Electronic Gmbh Kapazitiver Drucksensor
CN112868014A (zh) * 2018-10-11 2021-05-28 新技术Amt股份有限公司 一种用于自动制造电子部件的准备方法，一种用于自动制造和/或自动后处理电子部件的准备方法，一种计算装置，一种计算机程序和一种电子可读的数据载体

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008101884A3 (de) 2008-11-13
TW200843588A (en) 2008-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008015201A1 (de) Verfahren zur herstellung von strukturierten, elektrisch leitfähigen oberflächen
EP2033501A1 (de) Verfahren zur herstellung von elektrisch leitfähigen oberflächen auf einem träger
EP2108239A1 (de) Verfahren zur herstellung von elektrisch leitfähigen oberflächen
EP2163146A2 (de) Verfahren zur herstellung von polymerbeschichteten metallfolien sowie verwendung davon
WO2008101884A2 (de) Verfahren zur kontaktierung elektrischer bauelemente
WO2008087172A1 (de) Verfahren zur herstellung strukturierter, elektrisch leitfähiger oberflächen
EP2153708A1 (de) Verfahren zur herstellung von metallbeschichteten basislaminaten
US8999204B2 (en) Conductive ink composition, method for manufacturing the same, and method for manufacturing conductive thin layer using the same
EP2099954A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur galvanischen beschichtung
US10660217B2 (en) Methods of fast fabrication of single and multilayer circuit with highly conductive interconnections without drilling
DE102006059159A1 (de) Mehrschichtige Leiterplatte und Verfahren zum Herstellen derselben
DE10297325T5 (de) Spannungsveränderliches Trägermaterial
DE112013001780T5 (de) Schichtpressstoff, Leiterbild, Stromkreis und Verfahren zur Schichtpressstoffherstellung
CN105792510A (zh) 导线结构及其制造方法
EP2056656B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnstruktur
WO2008055867A1 (de) Verfahren zur herstellung von strukturierten, elektrisch leitfähigen oberflächen
DE102007030414A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Struktur
DE1665314C2 (de) Basismaterial zur Herstellung gedruckter Schaltungen
DE102016006813A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte mit Kontaktierung von Innenlagen sowie Mehrlagenleiterplatte und Anlage zur Herstellung
DE10254927B4 (de) Verfahren zur Herstellung von leitfähigen Strukturen auf einem Träger und Verwendung des Verfahrens
EP0404891B1 (de) Verfahren zur herstellung elektrisch leitfähiger strukturen
DE10203803C1 (de) Antenne mit intrinsisch leitendem Kunststoff und Verfahren zur Herstellung einer Antenne
EP0268781A1 (de) Additiv metallisierte elektrisch leitfähige Struktur
DE102013019272A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen Schichtbereichs mit vorbestimmbaren Geometrien und Kontaktstelle sowie Bauteil
DE102009045061A1 (de) Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen, strukturierten oder vollflächigen Oberflächen auf einem Träger

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08709052

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08709052

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2