WO2022053298A1 - Verfahren zum stromlosen aufbringen einer metallschicht auf ein substrat - Google Patents
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- C23C18/31—Coating with metals
- C23C18/38—Coating with copper
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- C23C18/38—Coating with copper
- C23C18/40—Coating with copper using reducing agents
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- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
Definitions
- the present invention relates to a method of electrolessly depositing a metal layer on a substrate to provide an economical method of depositing a very thin metal layer on a substrate without vacuum.
- a surface to be coated is generally first subjected to a cleaning pretreatment.
- the surface to be coated is then often activated with tin or palladium particles.
- Palladium-based activation has been used in industry since the 1950s.
- the surface is treated with a metal salt solution, which is reduced on the surface.
- Electroplating is used when thicker layers of metal are desired.
- electroless plating used in particular in the field of semiconductor technology in order to obtain very thin metal coatings with relatively little effort.
- One of the challenges with the methods mentioned is and remains to create a sufficiently strong adhesion of the so-called metal seed layer.
- the most common way to achieve this is to subject the surface to an etching process. This is carried out in particular with surfaces made of glass in order to achieve a mechanical connection of the activating reagents on the substrate surface.
- roughening a glass surface by means of an etching process is not ideal, particularly for high-frequency applications.
- Polymers are also often subjected to a swelling and etching process before metallization, since these are usually used in repassivation processes and redistribution processes.
- the object of the present invention is to provide a method for electroless application of a metal layer to a substrate, with which an ultra-thin and smooth metal layer can be applied to a substrate as cost-effectively as possible, the metal layer should adhere as firmly as possible to the substrate.
- this object is achieved by a method having the features of claim 1 .
- the substrate surface to be coated is first treated with a polyelectrolyte or an organosilane compound.
- a treatment with metal particles, in particular with gold, silver, copper and/or platinum particles, is then carried out to activate the substrate surface. These metal particles are immobilized on the substrate by the previously applied polyelectrolyte or the organosilane compound. This significantly increases the adhesion of the activating metal particles to the substrate surface.
- the subsequent treatment of the to be coated Surface With a solution containing a salt of the metal to be applied to the substrate, an ultra-thin and smooth metal layer with a thickness of 50 to 1000 nm can be inexpensively applied to a substrate.
- the solution in step d) contains copper ions, for example copper sulphate. It has been found that particularly thin and smooth copper layers can be applied to substrates using the method according to the invention.
- the substrate surface to be coated is preferably treated with a polyelectrolyte selected from the group consisting of polydiallyldimethylammonium (PDDA), polyethyleneimine (PEI), polyacrylic acid (PAA), polystyrene sulfonate (PS S), polyethylene oxide PEO and polylysine.
- PDDA polydiallyldimethylammonium
- PEI polyethyleneimine
- PAA polyacrylic acid
- PS S polystyrene sulfonate
- PEO polyethylene oxide PEO
- polylysine polyelectrolytes
- the solution in step d) contains at least one polysaccharide, preferably in a concentration of 0.05% or less. It has been found that polysaccharides in the coating solution can modulate ionic interactions and the size of the particles applied, thereby improving the adhesion of the metal layer to be applied. In addition, it was observed that a uniform layer growth is achieved with polysaccharides when applying the metal layer without current. In addition, it has been found that polysaccharides serve as stabilizers for the coating solution. It is believed that the particle size of the metal to be applied, particularly the size of copper particles, is reduced by polysaccharides. The use of polysaccharides in the coating solution also made it possible to reduce etching of glass substrates. Agar agar, for example, can be used as a polysaccharide source.
- charged functional groups there are particularly advantageous electrostatic ionic interactions between the nanoparticles and the previously applied polyelectrolyte or the previously applied organosilane compound, as a result of which the nanoparticles are immobilized particularly stably on the surface of the substrate to be coated.
- Step c) advantageously contains gold nanoparticles, in particular nanoparticles with gold chloride and citric acid, and preferably at least one surfactant, for example Triton-X®.
- Triton-X® is a surfactant based on polyethylene glycol. Such surfactants in particular reduce the aggregation tendency of the particles by a factor of 2. Steric hindrance stabilizes the nanoparticles, with polyethylene glycol also improving wetting. Optionally, sodium citrate can also be added to increase stability.
- the metal salt in step d) is advantageously present in the form of microparticles, in particular with a diameter of approximately 100 to 1000 nm.
- transitional layers of polyelectrolytes, nanoparticles and microparticles can be created, with the help of which ultra-thin and extremely smooth metal coatings can ultimately be created.
- the substrate can be made of polymer or based on silicon.
- the substrate is made of glass, with the substrate preferably being a recessed interposer.
- Glass interposers are used in particular in the semiconductor sector.
- glass interposers allow the thermal expansion coefficient to be adapted directly to a silicon chip.
- interposers made of glass offer better electrical properties compared to silicon.
- such interposers are available in panel size and offer a high crosslinking density.
- Metal seed layers on glass interposers also offer promising solutions for high-transmission and storage-bandwidth applications.
- the substrate is treated with acid in step a).
- a plastic substrate is before step b) with dimethyl sulfoxide (DMSO) or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) at about 25 to 60 ° C and then with a swelling agent such as DMSO, a polyethylene glycol-based surfactant, such as Triton-X, ammonium and/or sodium hydroxide and an alcohol such as methanol, isopropanol or ethanol.
- DMSO dimethyl sulfoxide
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- a glass substrate is usually treated with at least one acid, such as nitric acid, sulfuric acid, piranha solution, hydrochloric acid or aqua regia or with potassium, sodium and/or ammonium bifluoride salts.
- a galvanic coating of the coated substrate surface is carried out after step d).
- a filling of gaps in an interposer can be achieved by such a combination of electroless coating and galvanic coating. With this combination, coating thicknesses of more than 1 ⁇ m can be achieved.
- the substrate is advantageously rinsed with water, in particular distilled water, before and after each work step, the substrate preferably being treated with water and acid after work step d).
- the solution in step d) also contains a reducing agent, in particular formaldehyde, hydrazine and/or glyoxylic acid.
- a reducing agent in particular formaldehyde, hydrazine and/or glyoxylic acid.
- This reducing agent reduces the metal cations of the metal salt of Step d) to elemental metal.
- an ultra-thin metal layer with a thickness of 50 to 1,000 nm is obtained.
- an organosilane compound is used as the immobilizing agent in step b), this is preferably selected from the group of alkylene, chloropropyl, aminopropyl, thiopropyl and/or cyanoethylsilanes and/or ether, ester and/or epoxy - substituted alkylsilanes.
- the solution in step d) has a pH of approximately 10 to 12.
- the solution in step d) advantageously contains at least one complexing agent, for example EDTA, N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylenediamine (quadrol) or potassium sodium tartrate.
- at least one complexing agent for example EDTA, N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylenediamine (quadrol) or potassium sodium tartrate.
- step b) is carried out at a temperature of 25°C to 90°C.
- the method according to the invention with which a metal layer can be formed on a surface provided with noble metal particles, is also suitable for surface plasma resonance (OPR) applications and for heat-sensitive photonic and optoelectronic applications.
- OCR surface plasma resonance
- the size of the nanoparticles used, the coating rate, the pH value and the nanoparticle density influence the morphological and mechanical properties of the metal layer to be produced.
- the samples were rinsed again and placed in a coating bath containing 0.05% agar agar, 3.2 g/l copper sulfate pentahydrate, 11.3 g/l potassium sodium tartrate, 5 g sodium hydroxide (pH 10 to 12) and 32 ml/l formaldehyde.
- the agar agar was used as the polysaccharide source.
- Example 2 was made according to Example 1, except that PDDA was replaced with 1 g/l branched polyethylene (molecular weight 25,000 to 750,000, PEI).
- Example 3 was made according to Example 1 except that PDDA was replaced with 0.946 g/l (3-aminopropyl)triethoxysilane or APTES.
- Example 4 was made according to Example 1, except that the glass substrates were replaced with photoreactive, cured polyimide or dry-coat epoxy substrates attached to a silicon or glass substrate. Additional swelling and etching treatments were incorporated into the process as part of the pre-treatment prior to incubation in PDDA/APTES. Swelling in an aprotic solvent such as dimethylsulfoxide (DMSO) at 25° to 60°C for one minute was performed.
- DMSO dimethylsulfoxide
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen Aufbringen einer Metallschicht auf ein Substrat, umfassend folgende chronologische Arbeitsschritte: a) Behandeln der zu beschichtenden Substratoberfläche mit einer Ätzlösung; b) Behandeln der zu beschichtenden Substratoberfläche mit einem Polyelektrolyten oder einer Organosilan- Verbindung; c) Behandeln der zu beschichtenden Oberfläche mit einer Lösung, enthaltend Metallpartikel; d) Behandeln der zu beschichtenden Oberfläche mit einer Lösung, enthaltend mindestens ein Salz des auf das Substrat aufzubringenden Metalls.
Description
Verfahren zum stromlosen Aufbringen einer Metallschicht auf ein Substrat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen Aufbringen einer Metallschicht auf ein Substrat, um eine ökonomische Methode zur Verfügung zu stellen, mit welcher ohne Vakuum eine sehr dünne Metallschicht auf einem Substrat aufgebracht werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind viele Verfahren bekannt, um Substrate mit einer Metallschicht zu versehen. So bieten sowohl stromlose Verfahren als auch Verfahren, die mit Elektrobeschichtung arbeiten, ökonomische Lösungen, während andere Verfahren, wie beispielsweise solche, welche mit Vakuum oder Dampf arbeiten, meist deutlich kostenintensiver sind.
Bei bekannten nasschemischen Verfahren wird eine zu beschichtende Oberfläche in der Regel zunächst einer Reinigungs-Vorbehandlung unterzogen. Danach wird die zu beschichtende Oberfläche oftmals mit Zinn- oder Palladiumpartikeln aktiviert. Eine palladiumbasierte Aktivierung wird seit den 1950er Jahren in der Industrie durchgeführt. Nach der Aktivierung wird die Oberfläche bei den bekannten Verfahren mit einer Metallsalzlösung behandelt, welche auf der Oberfläche reduziert wird. Ein galvanisches Beschichten wird verwendet, wenn dickere Metallschichten gewünscht werden. Dagegen wird ein stromloses Beschichten,
insbesondere im Bereich der Halbleitertechnik, eingesetzt, um mit relativ geringem Aufwand sehr dünne Metallbeschichtungen zu erhalten.
Eine der Herausforderungen bei den genannten Verfahren ist und bleibt es, eine genügend starke Adhäsion der sogenannten Metall-Keimschicht zu schaffen. Die gängigste Methode um dies zu erreichen ist es, die Oberfläche einem Ätz-Prozess zu unterziehen. Dies wird insbesondere bei Oberflächen aus Glas durchgeführt, um eine mechanische Verbindung der Aktivierungsreagenzen auf der Substratoberfläche zu erreichen. Eine Glasoberfläche durch einen Ätzprozess anzurauen ist j edoch insbesondere für Hochfrequenzanwendungen nicht ideal. Auch Polymere werden vor einer Metallisierung oft einem Quell- und Ätzprozess unterzogen, da diese in der Regel bei Repassivierungsverfahren und Umverteilungsverfahren verwendet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum stromlosen Aufbringen einer Metallschicht auf ein Substrat zur Verfügung zu stellen, mit welchem eine ultradünne und glatte Metallschicht möglichst kostengünstig auf ein Substrat aufgebracht werden kann, wobei die Metallschicht möglichst fest am Substrat haften soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Nach einem Behandeln der zu beschichtenden Substratoberfläche mit einer Ätzlösung wird die zu beschichtende Substratoberfläche zunächst mit einem Polyelektrolyten oder einer Organosilan-Verbindung behandelt. Anschließend wird eine Behandlung mit Metallpartikeln, insbesondere mit Gold-, Silber-, Kupfer- und/oder Platinpartikel, zur Aktivierung der Substratoberfläche durchgeführt. Diese Metallpartikel werden durch den vorher aufgebrachten Polyelektrolyten bzw. der Organosilan- Verbindung auf dem Substrat immobilisiert. Dadurch wird die Adhäsion der aktivierenden Metallpartikel auf der Substratoberfläche deutlich erhöht. Bei dem sich anschließenden Behandeln der zu beschichtenden
Oberfläche mit einer Lösung, welche ein Salz des auf das Substrat aufzubringenden Metalls enthält, kann eine ultradünne und glatte Metallschicht mit einer Stärke von 50 bis 1000 nm kostengünstig auf ein Substrat aufgebracht werden. In der Regel enthält die Lösung in Arbeitsschritt d) Kupfer-Ionen, zum Beispiel Kupfersulfat. Es hat sich herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders dünne und glatte Kupferschichten auf Substrate aufgebracht werden können.
Die zu beschichtende Substratoberfläche wird in Arbeitsschritt b) vorzugsweise mit einem Polyelektrolyten, ausgewählt aus der Gruppe von Polydiallyldimetylammonium (PDDA), Polyethylenimin (PEI), Polyacrylsäure (PAA), Polystyrolsulfonat (PS S), Polyethylenoxid PEO und Polylysin behandelt. Diese Polyelektrolyten haben sich als besonders effektiv für eine Immobilisierung von Metallpartikeln, insbesondere von Gold-, Silber-, Kupfer- und/oder Platinpartikeln, erwiesen.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Lösung in Arbeitsschritt d) mindestens ein Polysacharid, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,05 % oder weniger. Es hat sich herausgestellt, dass Polysacharide in der Beschichtungslösung ionische Interaktionen sowie die Größe der aufgebrachten Partikel modulieren können, wodurch eine Verbesserung der Adhäsion der aufzubringenden Metallschicht erreicht wird. Zudem wurde beobachtet, dass mit Polysachariden ein gleichmäßiges Schichtwachstum beim stromlosen Aufbringen der Metallschicht erreicht wird. Zudem hat sich herausgestellt, dass Polysacharide als Stabilisatoren für die Beschichtungslösung dienen. Es wird angenommen, dass die Partikelgröße des aufzubringenden Metalls, insbesondere die Größe von Kupferpartikeln durch Polysacharide reduziert wird. Durch die Verwendung von Polysachariden in der Beschichtungslösung wurde ferner erreicht, dass ein Ätzen von Glassubstraten reduziert werden konnte. Als Polysaccharidquelle kann zum Beispiel Agar Agar verwendet werden.
Mit Vorteil liegen die oben genannten Gold-, Silber-, Kupfer- und/oder
Platinpartikel in Arbeitsschritt c) als Gold-, Silber-, Kupfer - und/oder Platin-Nanopartikel vor, wobei die Nanopartikel vorzugsweise einen Durchmesser von circa 5 bis 100 nm aufweisen und vorzugsweise geladene funktionelle Gruppen aufweisen. Mit geladenen funktionellen Gruppen kommt es zu besonders vorteilhaften elektrostatischen ionischen Interaktionen zwischen den Nanopartikeln und dem vorher aufgebrachten Polyelektrolyten bzw. der vorher aufgebrachten Organosilan- Verbindung, wodurch die Nanopartikel besonders stabil auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrats immobilisiert werden. Mit Vorteil enthält der Arbeitsschritt c) Gold-Nanopartikel, insbesondere Nanopartikel mit Goldchlorid und Zitronensäure, und vorzugsweise mindestens ein Tensid, zum Beispiel Triton-X®. Bei Triton-X® handelt es sich um ein Tensid auf Polyethylenglykol-Basis. Insbesondere solche Tenside reduzieren die Aggregationsneigung der Partikel um den Faktor 2. Eine Sterische Hinderung stabilisiert die Nanopartikel, wobei Polyethylenglykol zusätzlich die Benetzung verbessert. Optional kann auch Natriumcitrat zur Erhöhung der Stabilität zugesetzt werden.
Mit Vorteil liegt das Metallsalz in Arbeitsschritt d) in Form von Mikropartikeln, insbesondere mit einem Durchmesser von circa 100 bis 1.000 nm, vor. Auf diese Art und Weise können Übergangsschichten aus Polyelektrolyten, Nanopartikeln und Mikropartikeln erzeugt werden, mit deren Hilfe letztlich ultradünne und äußerst glatte Metallbeschichtungen erzeugt werden können.
Das Substrat kann aus Polymer oder auf Siliziumbasis gefertigt sein. Vorzugsweise ist das Substrat jedoch aus Glas gefertigt, wobei das Substrat vorzugsweise ein Interposer mit Aussparungen ist. Glas- Interposer finden insbesondere im Halbleitersektor Anwendung. So erlauben Glas-Interposer ein direktes Anpassen des thermischen Expansionskoeffizienten an einen Siliziumchip. Des Weiteren bieten Interposer aus Glas bessere elektrische Eigenschaften im Vergleich zu Silizium. Zudem sind derartige Interposer in Panelgröße erhältlich und bieten eine
hohe Vernetzungsdichte. Metallkeimschichten auf Glas-Interposern bieten zudem vielversprechende Lösungen für Hochtransmissions- und Speicherbandbreitenanwendungen.
In der Regel wird das Substrat in Arbeitsschritt a) mit Säure behandelt.
Vorzugsweise wird ein Kunststoffsubstrat vor dem Arbeitsschritt b) mit Dimetylsulfoxid (DMSO) oder N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) bei circa 25 bis 60° C und anschließend mit einem Quellmittel, wie beispielsweise DMSO, einem Polyethylenglykol-basierendem Tensid, wie beispielsweise Triton-X, Ammonium- und/oder Natriumhydroxid sowie einem Alkohol, wie beispielsweise Methanol, Isopropanol oder Ethanol behandelt. Ein Glassubstrat wird in der Regel mit mindestens einer Säure, wie beispielweise Salpetersäure, Schwefelsäure, Piranha-Lösung, Salzsäure oder Aqua regia oder mit Kalium-, Natrium- und/oder Ammoniumbifloridsal- zen behandelt.
Bei einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Arbeitsschritt d) ein galvanisches Beschichten der beschichteten Substratoberfläche durchgeführt. Durch eine derartige Kombination aus stromlosem Beschichten und galvanischem Beschichten kann ein Auffüllen von Aussparungen in einem Interposer erreicht werden. Durch diese Kombination können Beschichtungsdicken von größer als 1 pm erzielt werden.
Mit Vorteil wird das Substrat vor und nach j edem Arbeitsschritt mit Wasser, insbesondere destilliertem Wasser, gespült, wobei das Substrat nach Arbeitsschritt d) vorzugsweise mit Wasser und Säure behandelt wird.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Lösung in Arbeitsschritt d) ferner ein Reduktionsmittel, insbesondere Formaldehyd, Hydrazin und/oder Glyoxylsäure. Dieses Reduktionsmittel reduziert die Metallkationen des Metallsalzes des
Arbeitsschritts d) zu elementarem Metall. Dadurch wird eine ultradünne Metallschicht mit einer Dicke von 50 bis 1.000 nm erhalten.
Sollte als Immobilisierungsreagenz in Arbeitsschritt b) eine Organosilan- Verbindung zum Einsatz kommen, ist diese vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von Alkylen-, Chloropropyl-, Amminopropyl-, Thiopropyl- und/oder Cyanoethylsilanen und/oder Ether-, Ester- und/oder Epoxy- substituierte Alkylsilanen.
In der Regel weist die Lösung in Arbeitsschritt d) einen pH-Wert von circa 10 bis 12 auf.
Mit Vorteil enthält die Lösung in Arbeitsschritt d) mindestens einen Komplexbildner, zum Beispiel EDTA, N, N, N', N'-Tetrakis(2- hydroxypropyl) ethylendiamin (Quadrol) oder Kalium- Natrium- Tartrat.
In der Regel wird Arbeitsschritt b) bei einer Temperatur von 25 ° C bis 90° C durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren, mit welchem eine Metallschicht auf einer mit Edelmetallpartikeln versehenen Oberfläche gebildet werden kann, ist auch für Oberflächenplasmaresonanz- Anwendungen (OPR) sowie für wärmesensitive photonische und optoelektronische Anwendungen geeignet. Die Größe der verwendeten Nanopartikel, die Beschichtungsrate, der pH-Wert sowie die Nanopartikeldichte beeinflussen die morphologischen und mechanischen Eigenschaften der zu erzeugenden Metallschicht.
Beispiele
Beispiel 1 :
Glassubstrate wurden mit Aceton und Piranha-Lösung eine Stunde lang gereinigt und dann für zwei Stunden in 10 - 20 %iger PDDA-Lösung inkubiert. Anschließend wurden die Proben mit destilliertem Wasser gespült und in eine Lösung mit Gold-Nanopartikeln gegeben, welche
gemäß dem Turkevich-Verfahren hergestellt wurde, wobei die Partikelgröße < 100 nm betrug. Die Lösung enthielt 1 % Goldchlorid, 0,01 % Triton-X und 0,3 g/1 Trinatriumcitrat. Nachdem die Nanopartikel mindestens zwei Stunden auf dem Substrat immobilisiert wurden, wurden die Proben erneut gespült und in ein Beschichtungsbad mit 0,05 % Agar Agar, 3 ,2 g/1 Kupfersulfat-Pentahydrat, 1 1 ,3 g/1 Kalium-Natrium-Tartrat, 5 g Natriumhydroxid (pH-Wert 10 bis 12) und 32 ml/1 Formaldehyd gegeben. In diesem Fall wurde das Agar Agar als Polysacharid-Quelle verwendet. Durch Variieren der Beschichtungszeiten von 2 bis 20 Minuten bei Raumtemperatur wurden Keimschichten mit einer Dicke von 30 pm bis 150 pm erhalten. Ein Tape-Test gemäß ASTM ergab einen 5B- Grad, was eine starke Adhäsion zeigte.
Beispiel 2
Beispiel 2 wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass PDDA durch 1 g/1 verzweigtes Polyethylen (Molekulargewicht 25.000 bis 750.000, PEI) ersetzt wurde.
Bespiel 3
Bespiel 3 wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass PDDA durch 0,946 g/1 (3 -Aminopropyl)triethoxysilan oder APTES ersetzt wurde.
Beispiel 4
Beispiel 4 wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Glassubstrate durch photoreaktive, gehärtete Polyimid- oder Tro- ckenschicht-Epoxy-Substrate, aufgebracht auf ein Silicium- oder Glassubstrat, ersetzt wurden. Zusätzliche Quell- und Ätzbehandlungen wurden als Teil der Vorbehandlung in das Verfahren integriert, bevor eine Inkubation in PDDA/ APTES durchgeführt wurde. Ein Quellen in einem aprotischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Dimethylsulfoxid (DMSO), bei 25 ° bis 60° C für eine Minute wurde durchgeführt. Danach
folgte ein Mikroätzen in einer Lösung, enthaltend 0, 5 bis 1 % eines wasserlöslichen Quellmittels, wie beispielsweise DMSO, 0, 5 bis 1 % polyethylenglykol-basierte Tenside, wie beispielsweise Triton-X®, 1 bis 3 % Ammonium- und Natriumhydroxid- Verbindungen und 10 bis 30 % alkoholische Verbindungen, wie beispielsweise Methanol, Isopropanol und Ethanol, für 20 Minuten bis 1 Stunde. Danach wurden die Substrate mit 10 %iger Schwefelsäure behandelt, bevor diese gespült und in eine Polyelektrolyt-Lösung getaucht wurden.
Claims
9
Patentansprüche erfahren zum stromlosen Aufbringen einer Metallschicht auf ein
Substrat, umfassend folgende chronologische Arbeitsschritte: a) Behandeln der zu beschichtenden Substratoberfläche mit einer Ätzlösung; b) Behandeln der zu beschichtenden Substratoberfläche mit einem Polyelektrolyten oder einer Organosilan- Verbindung; c) Behandeln der zu beschichtenden Oberfläche mit einer Lösung, enthaltend Metallpartikel; d) Behandeln der zu beschichtenden Oberfläche mit einer Lösung, enthaltend mindestens ein Salz des auf das Substrat aufzubringenden Metalls. erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in Arbeitsschritt c) Gold-, Silber-, Kupfer- und/oder Platinpartikel, insbesondere kolloidales Gold, enthält. erfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in Arbeitsschritt d) Kupfer-Ionen, zum Beispiel Kupfersulfat, enthält.
erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Substratoberfläche in Arbeitsschritt b) mit einem Polyelektrolyten, ausgewählt aus der Gruppe von Polydial- lyldimetylammonium (PDDA), Polyethylenimin (PEI), Polyacrylsäure (PAA), Polystyrolsulfonat (PSS), Polyethylenoxid PEO und Polylysin, behandelt wird. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in Arbeitsschritt d) mindestens ein Polysacharid enthält, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,05 % oder weniger. erfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gold-, Silber-, Kupfer- und/oder Platin-Partikel in Arbeitsschritt c) als Gold-, Silber-, Kupfer- und/oder Platin-Nanopartikel vorliegen, wobei die Nanopartikel vorzugsweise einen Durchmesser von circa 5 bis 100 nm aufweisen und vorzugsweise geladene funktionelle Gruppen aufweisen. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in Arbeitsschritt c) Gold-Nanopartikel, insbesondere Nanopartikel mit Goldchlorid und Zitronensäure, und vorzugsweise mindestens ein Tensid, z.B. Triton-X®, enthält. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz in Arbeitsschritt d) in Form von Mikropartikeln, insbesondere mit einem Durchmesser von circa 100 bis 1.000 nm, vorliegt.
11 erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Glas, Polymer oder auf Siliziumbasis gefertigt ist, wobei das Substrat vorzugsweise ein Interposer mit Aussparungen ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in Arbeitsschritt a) mit Säure behandelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffsubstrat vor dem Arbeitsschritt b) mit Dimetylsul- foxid (DMSO) oder N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) bei circa 25 bis 60° C und anschließend mit einem Quellmittel, wie beispielsweise DMSO, einem Polyethylenglykol-basierendem Tensid, wie beispielsweise Triton-X®, Ammonium- und/oder Natriumhydroxid sowie einem Alkohol, wie beispielsweise Methanol, Isopropanol oder Ethanol behandelt wird; oder wobei ein Glassubstrat mit mindestens einer Säure, wie beispielsweise Salpetersäure, Schwefelsäure, Piranha- Lösung, Salzsäure oder Aqua regia oder mit Kalium-, Natrium- und/oder Ammoniumbifloridsalzen behandelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Arbeitsschritt d) ein galvanisches Beschichten der beschichteten Substratoberfläche durchgeführt wird.
12 Verfahren nach einem der vorgehergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vor und nach jedem Arbeitsschritt mit Wasser, insbesondere destilliertem Wasser, behandelt wird, wobei das Substrat nach Arbeitsschritt d) vorzugsweise mit Wasser und Säure behandelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in Arbeitsschritt d) ferner ein Reduktionsmittel, insbesondere Formaldehyd, Hydrazin und/oder Glyoxylsäure, enthält. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Organosilan-Verbindung Alkylen-, Chloropropyl-, Amminop- ropyl-, Thiopropyl- und/oder Cyanoethylsilane und/oder Ether-, Ester- und/oder Epoxy-substituierte Alkylsilane verwendet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in Arbeitsschritt d) einen pH-Wert von circa 10 bis 12 aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in Arbeitsschritt d) mindestens einen Komplexbildner, zum Beispiel EDTA, N, N, N', N'-Tetrakis(2-hydroxypropyl) ethylendiamin (Quadrol) oder Kalium- Natrium- Tartrat, enthält.
13 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Arbeitsschritt b) bei einer Temperatur von 25° C bis 90° C durchgeführt wird.
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