DE3928434A1 - Verfahren zur direkten metallisierung eines nicht leitenden substrats - Google Patents
Verfahren zur direkten metallisierung eines nicht leitenden substratsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die elektrolytische Metallisierung
nichtmetallischer Substrate zum Zwecke der Herstellung gedruckter Schaltungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vereinfachung des Produktionsablaufs und
die Erhöhung der Endqualität der Schaltung.
Üblicherweise wird die Durchkontaktierung solcher Leiterplatten dadurch
erzielt, daß das Basismaterial im Sinne der späteren Schaltung gebohrt, und die
durch die Bohrung verursachten Rückstände durch einen Reiniger entfernt werden.
Diese Reiniger enthalten üblicherweise Zusätze, die die Oberfläche des
Substrates konditionieren und damit die spätere Aktivierung zu erleichtern.
Eine Ätzreinigung säubert im nächsten Verfahrensschritt die Kupferflächen.
Darauf erfolgt die Aktivierung in einer Lösung, die auf einer Mischung aus
Zinnchlorid, Palladiumchlorid und Salzsäure basiert, oder aus ionogen Metall
verbindungen. Üblicherweise wird nunmehr in einem Folgeschritt das
überschüssige Zinn komplex gebunden und von der Oberfläche entfernt, die im
wesentlichen nur noch von inzwischen zu metallischem Palladium reduzierten Me
tallkeimen belegt ist.
Diese Keime dienen nunmehr in einem chemischen Kupferbad als
Kristallisations- und Ausgangspunkt einer homogenen, stromlos aufgetragenen
Kupferschicht, die ihrerseits elektrolytisch verstärkt werden kann. Nach dem
Auftrag und der Entwicklung des Films (Trockenresist, lösungsmittellöslich oder
löslich in wäßrigem Alkali) liegt das Schaltbild vor, dessen Aufbau
schließlich in einem schwefelsauren elektrolytischen Kupferbad erfolgt.
Nach Erreichen der gewünschten Endschichtdicke kann nach unterschiedlichen Me
thoden die Endbehandlung zur Erleichterung der Lötung erfolgen.
Vermeidung der stromlosen Metallisierung durchzuführen (US-PS 30 99 608;
DE-OS 33 04 004; DE-OS 33 23 476).
Dennoch besteht auch jetzt noch und zwar in immer stärkerem Maße ein erhebli
ches Bedürfnis in der Praxis, weitere Prozesse dieser Art mit einfacherer und
sicherer Prozeßführung zur Verfügung zu haben, um insbesondere den gesteiger
ten Anforderungen der Technik zu entsprechen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens, welches
die Nachteile der bekannten Verfahren überwindet und die Prozeßführung durch
Weglassung von Prozeßstufen verbessert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Kennzeichnungsteilen der Unter
ansprüche zu entnehmen.
Eine Isolierstoff-Oberfläche, vorzugsweise Leiterplattenmaterial wie FR3, FR4,
bestehend aus Polymeren wie Epoxid oder Phenol-Harzen oder Poly(imid) oder an
deren Polymeren oder eine Keramikoberfläche oder ein Glas oder ein daraus her
gestellter Komposit-Werkstoff wird zunächst durch Lösungsmittel vorgequollen
oder durch Tenside gereinigt und benetzbar gemacht oder durch Oxidationsmittel
oder Säuren oder ähnliche Medien aufgeschlossen. Dies ist an anderer Stelle
detailliert beschrieben und nicht Gegenstand dieser Erfindung.
Im nächsten Schritt wird dann in geeigneter Weise, jedoch vorwiegend durch
Tauchen oder Besprühen oder Beschwallen, die Oberfläche mit einer Metallver
bindung belegt. Dies kann eine wasserunlösliche, in geeigneten organischen
Lösungsmitteln gelöste Metallverbindung sein, die einerseits aus einem Edel
metall wie Palladium, Platin, Iridium, Silber, Gold besteht, jedoch in jedem
Falle aus einer Metallverbindung aus einem Metall mit einem positiven Redox
potential und andererseits aus einer organischen Säure, vorwiegend einer mono
zyklischen oder polyzyklischen aliphatischen oder aromatischen Mono- oder
Dicarbonsäure.
Bevorzugt können hier Stoffe eingesetzt werden, die als Resinate bekannt sind.
Sie sind die Metallsalze der Harzsäuren, trizyklischen, aliphatischen, unge
sättigten Monocarbonsäuren wie Lävopimarsäure, Neoabietinsäure, Palustrinsäure,
Abietinsäure, Dehydroabietinsäure, Tetrahydroabietinsäure, Pimarsäure oder
Isopimarsäure.
Es können aber auch Komplexe der Metalle wie Silber, Gold, Palladium, Platin,
Osmium, Iridium oder Rhodium eingesetzt werden, vorausgesetzt, sie sind nicht
wesentlich in Wasser löslich. Der Metallgehalt der eingesetzten Lösungen liegt
zwischen 0,1 g/l und 20 g/l, bevorzugt zwischen 0,5 g/l und 12 g/l, die Auf
tragstemperatur liegt zweckmaßigerweise zwischen dem Schmelzpunkt und dem
Siedepunkt der verwendeten Lösung, vorzugsweise jedoch zwischen 20°C und 60°C,
die Reaktionsdauer beim Einwirken kann zwischen einer Sekunde und 60 Minuten
liegen, bevorzugt wird eine Reaktionsdauer von einer Minute bis zu zehn Minu
ten.
Im letzten zu dieser Erfindung gehörigen Schritt wird dann aus der adsorbierten
Metallverbindung das freie, elektrisch leitfähige Metall durch thermische Zer
setzung oder durch Reduktion mit einem geeigneten Reduktionsmittel erzeugt.
Dieses können zum Beispiel Aminoborane oder Borhydride oder Aluminiumhydride,
Natriumhypophosphit, Hydrazin, Hydroxilammoniumchlorid oder verwandte ähnliche
Reduktionsmittel sein wie Natriumborhydrid oder Dimethylaminoboran oder
Lithiumaluminiumhydrid in geeigneten Lösungen und Konzentrationen. Die
Konzentrationen sind unkritisch, sie liegen zwischen 0,2 g/l
und 50 g/l, bevorzugt jedoch zwischen 0,5 g/l und 10 g/l des Reduktionsmittels,
die Temperaturen liegen zwischen 0°C und 120°C, bevorzugt zwischen 20°C und
60°C, die Einwirkungs- beziehungsweise Reduktionsdauer sollte zwischen 5 Se
kunden und 60 Minuten liegen, vorzugsweise zwischen einer Minute und zehn Mi
nuten. Wird die leitfähige Metallschicht durch thermische Zersetzung der
Metallverbindung erzeugt, dann betragen die verwendeten Temperaturen von 120°C
und 500°C, bevorzugt jedoch von 250°C und 350°C, die Zersetzungsdauer liegt
zwischen 5 Sekunden und 60 Minuten, beträgt jedoch vorzugsweise eine Minute
bis 20 Minuten.
Im Anschluß an die Reduktion der Metallverbindung zum Metall beziehungsweise
die thermische Zersetzung kann direkt in einem handelsüblichen galvanischen Bad
metallisiert werden.
Unter nichtleitenden Substraten versteht man zum Beispiel glasfaserverstärktes
Epoxidharz, Keramik, Polyimid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Phenolharz, Bis
maleimid-Triazin (BT), Teflon-Polysulfon und andere.
Die folgenden Beispiele dienen nur der Erläuterung der Erfindung:
Ein Stück (2 · 2 Zoll) unkaschiertes FR4-Material wurde in eine 1%ige Lösung aus
einem Palladiumresinat in 1,1,1-Trichlorethan getaucht. Nach fünf Minuten wurde
die Platte an der Luft und dann im Umlauftofen bei 200°C getrocknet. Die
Platte wurde dann in eine 1%ige Natriumhydroxidlösung mit einem Gehalt von
2 g/l Natriumborhydridlösung mit einem Gehalt von 2 g/l Natriumborhydrid ge
taucht (5 Minuten), anschließend gespült und direkt in einem handelsüblichen
sauren Kupferelektrolyten bei einer Stromdichte von 2 A/dm2 verkupfert.
Ein ebenfalls 2 · 2 Zoll großes, gebohrtes und kupferkaschiertes Leiterplatten
stück (FR4) wurde in gleicher Weise, wie sie auch in Beispiel 1 beschrieben,
ist. Bereits nach wenigen Sekunden im Kupferelektrolyten waren die Bohrloch
wandungen komplett mit Kupfer belegt.
Eine Keramikplatte (2 · 2 Zoll, Aluminiumoxidkeramik) wurde eine Minute lang in
eine 1%ige Lösung aus Palladiumresinat in Toluol getaucht. Die Platte wurde
dann getrocknet und anschließend zehn Minuten lang auf 350°C gehalten. Auf der
so erzeugten Palladiumschicht wurde anschließend nach dem Abkühlen galvanisch
aus einem konventionellen sauren Elektrolyten Kupfer abgeschieden.
Wie Beispiel 3. Hier wurde jedoch die Palladiumschicht nicht durch Erwärmung
sondern durch Reduktion in einer 0,2%igen Lösung aus Natriumborhydrid erzeugt.
Claims (8)
1. Verfahren zur direkten Metallisierung eines nicht leitenden Substrats ins
besondere zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
- - Vorreinigen, gegebenenfalls Anätzen oder Anquellen der zu metallisierenden Oberfläche
- - Belegen der Oberfläche mit einer Metallverbindung
- - Reduktion oder thermische Zersetzung der Metallverbindung zum Metall
- - Galvanische Metallisierung.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Belegungsmittel
eine wasserunlösliche Metallverbindung mit einem positiven Redoxpotential
verwendet wird, die aus einem Edelmetall, wie Palladium, Platin, Iridium,
Silber oder Gold, und einer organischen Säure, vorzugsweise einer monozykli
schen oder polyzyklischen aliphatischen oder aromatischen Mono- oder Di
carbonsäure, besteht.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverbin
dungen Resinate, vorzugsweise Metallsalze der Harzsäuren, trizyklischen,
aliphatischen, ungesättigten Monocarbonsäuren, wie Lävopimarsäure, Neoabie
tinsäure, Palustrinsäure, Abietinsäure, Dehydroabietinsäure, Tetrahydro
abietinsäure, Pimarsäure oder isopimarsäure, verwendet werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Belegungsmittel
Komplexe der Metalle, vorzugsweise Silber, Gold, Palladium, Platin, Osmium,
Iridium oder Rhodium, eingesetzt werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion zum
Metall mittels Aminoboranen, Borhydriden oder Aluminiumhydriden vorzugs
weise Natriumborhydrid, Dimethylaminoboran oder Lithiumaluminiumhydrid,
Natriumhypophosphit, Hydrazin, Hydroxilammoniumchlorid in geeigneten Lö
sungen und Konzentrationen vorgenommen wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Zer
setzung bei Temperaturen von 120 bis 500°C, vorzugsweise von 250 bis 350°C,
vorgenommen wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur galvanischen
Metallabscheidung galvanische Metallisierungsbäder, wie Kupfer- oder Nickel
bäder, verwendet werden.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 ohne Verwendung stromloser Metallisierungsbäder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3928434A DE3928434A1 (de) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | Verfahren zur direkten metallisierung eines nicht leitenden substrats |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3928434A DE3928434A1 (de) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | Verfahren zur direkten metallisierung eines nicht leitenden substrats |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3928434A1 true DE3928434A1 (de) | 1991-02-28 |
Family
ID=6388050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3928434A Withdrawn DE3928434A1 (de) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | Verfahren zur direkten metallisierung eines nicht leitenden substrats |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3928434A1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4138214A1 (de) * | 1991-11-21 | 1993-05-27 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur metallisierung von aluminiumnitridkeramik |
| WO1993015594A1 (en) * | 1992-01-30 | 1993-08-05 | Motorola, Inc. | Method of forming a printed circuit device and apparatus resulting therefrom |
| EP0715000A1 (de) * | 1994-12-01 | 1996-06-05 | Research Institute of Innovative Technology for the Earth | Bad für das stromlose Abscheiden von Iridium |
-
1989
- 1989-08-24 DE DE3928434A patent/DE3928434A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4138214A1 (de) * | 1991-11-21 | 1993-05-27 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur metallisierung von aluminiumnitridkeramik |
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| US5865881A (en) * | 1994-12-01 | 1999-02-02 | Research Institute Of Innovative Technology | Electroless plating bath of iridium |
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