DE4418016A1

DE4418016A1 - Nichtleiter-Metallisierung

Info

Publication number: DE4418016A1
Application number: DE19944418016
Authority: DE
Inventors: Wilfried Neuschaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1995-11-30

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren von Nichtleitern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie die Verwendung dieses Verfahrens zum Herstellen von Leiterplatten und anderen Körpern gemäß den Ansprüchen 13 und 14.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Metallisierung von Nichtleitern wird deren Oberfläche durch Entfetten, Anätzen und Zwischenspülungen vorbehandelt. Danach wird in mehreren Verfahrensschritten zu nächst die Oberfläche in einem besonderen Bad aktiviert und anschließend zur sogenannten Bekeimung in eine Metallsalz-Lösung getaucht. Nach mehrfacher gründlicher Spülung erfolgt in einem Stripper-Bad die Ablösung von unerwünschten Rückständen, die erneut in einem Spülbad beseitigt werden müssen. Die nun auf der Oberfläche vorhandene Metallschicht bildet die Grundlage für eine chemische Verkupferung, die bis zu einer gewünschten Schichtstärke aufgebaut werden kann.

Für das Abscheiden der Metallschichten auf der Nichtleiter-Oberfläche sind eine Vielzahl an Verfahrensschritten notwendig, so daß das Verfahren sehr aufwendig und teuer ist. Insbesondere eine umweltgerechte Entsorgung der verbrauchten Chemikalienbäder führt zu nicht unerheblichen Kosten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich durch die zahlreichen Wasserspülungen oft ein dünner Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche befindet, der, ebenso wie Verunreinigungen in den chemischen Bädern, die Haftfähigkeit der Metallschichten stark herabgesetzt. Anschließend auf dem Nichtleiter abgeschiedene chemische Schichten sind daher nicht immer beständig und können sich leicht ablösen.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, die Metallisierung von Nichtleitern zu vereinfachen und beschleunigen. Insbesondere bezweckt die Erfindung eine zuverlässige Nichtleiter-Metallisierung in einem gegenüber der herkömmlichen Technik abgekürzten, wirtschaftlichen Verfahren. Die Erfindung ist ferner auf bevorzugte Verwendungen gerichtet.

Der Grundgedanke der Erfindung ist in Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen gehen aus den Ansprüchen 2 bis 12 hervor. Wichtige Anwendungen sind Gegenstand der Ansprüche 13 und 14.

Bei einem Verfahren zum Metallisieren von Nichtleitern, wobei man ein zu beschichtendes Material, z. B. Papier, Kunststoff, glasfaserverstärkte Platten o. dgl., durch Entfetten, Anätzen und Zwischenwässern vorbehandelt, wird das vorbehandelte Material erfindungsgemäß einer eine Metallverbindung enthaltenden Lösung und anschließend einem Vakuum ausgesetzt. Die Metallabscheidung auf dem Nichtleiter erfolgt damit unmittelbar nach der Vorbehandlung, so daß herkömmlich notwendige material- und zeitaufwendige Zwischenschritte wie z. B. Aktivieren, Bekeimen, Strippen und zahlreiche Zwischenspülungen vermieden werden. Neben der aufwendigen Badführung entfällt zudem das Entsorgen der chemischen Bäder, wenn diese verbraucht sind. Das Verfahren verursacht somit erheblich geringere Kosten und entlastet die Umwelt durch weniger Abfallprodukte. Im Vakuum verdampfen die auf der Oberfläche und zwischen den Metallsalzen angelagerten Feuchtigkeits- Bestandteile, z. B. Wasserdampf und/oder Lösemittel, sehr rasch und nahezu vollständig, so daß sich das reine Metallsalz mit einer außerordentlich hohen Haftfestigkeit auf der Oberfläche anlagert.

Bevorzugt enthält die Lösung nach Anspruch 2 wenigstens ein Metall aus der VIII. Nebengruppe des Periodensystems, beispielsweise eines der leichten Platinmetalle. Diese Metalle sind gut bindefähig und leicht zu beschaffen.

In vorteilhafter Weise wird das vorbehandelte Material laut Anspruch 3 unmittelbar in eine Palladiumsalz-Lösung getaucht, die gemäß Anspruch 4 Palladiumacetat und Chloroform enthalten kann. Palladiumacetat als Palladiumsalz ist besonders gut für das Abscheiden von Kupfer geeignet und besitzt besonders gute Hafteigenschaften. Chloroform hat eine hohe Verdampfungsgeschwindigkeit, so daß Lösemittelreste schnell entfernt sind.

Nach Anspruch 5 und 6 wird ein netzmittel-ähnliches, hoch oberflächenaktives Lösemittel wie z. B. aliphatische Halogenverbindungen verwendet, welches eine geringe Viskosität besitzt. Dadurch kann selbst in sehr kleinen Bohrungen des zu beschichtenden Materials eine ausreichende Menge Metall abgeschieden werden. Die einfache und wirksame Realisierung selbst kleinster Durchkontaktierungen ist dadurch gewährleistet.

Von besonderem Vorteil ist die Maßnahme von Anspruch 7, indem das mit der Palladiumsalz-Lösung benetzte Material unmittelbar einem Vakuum ausgesetzt wird. Im Vakuum verdampfen die auf der Oberfläche adsorbierten Rückstände bzw. Trennschichten schnell und vollständig, so daß die Haftfähigkeit der Palladiumschicht stark erhöht wird. Gemäß Anspruch 8 findet die Verdampfung von Feuchtigkeitselementen an der Oberfläche des Nichtleiters statt. Eventuell im zu beschichtenden Material eingeschlossene (absorbierte) Feuchtigkeit und Lösemittelreste dampfen somit nicht aus, nur die an der Oberfläche befindlichen Flüssigkeitsreste werden entfernt, so daß das aufgebrachte Metallsalz nicht in das Material eindringen kann und keine unerwünschten Oberflächen-Veränderungen entstehen. Das Metallsalz verbleibt auf der Oberfläche.

Der Vakuum-Druckbereich liegt laut Anspruch 9 zwischen 10 Pa und 0,01 Pa, vorzugsweise bei etwa 1 Pa. Derartige Drücke lassen sich schnell und reproduzierbar erreichen. Der apparative Aufwand ist relativ gering, da z. B. die Verwendung einer einfachen Drehschieberpumpe bereits ausreicht. Der in der Vakuumkammer herrschende Druck kann leicht messend beobachtet werden.

Gemäß Anspruch 10 bleibt auf der zu beschichtenden Oberfläche ein reines Metallsalz, z. B. Palladiumacetat, zurück. Da keine störenden Trennmedien mehr vorhanden sind, ist die Haftfestigkeit des Palladiums sehr hoch. Eine anschließend chemisch abgeschiedene Schicht ist in der Lage hohen Belastungen stand zu halten.

Anspruch 11 sieht vor, das zu beschichtende Material nach der Vakuumbehandlung einer Stickstoffatmosphäre auszusetzen, so daß sich kein Wasserdampf aus der Umgebungsluft auf dem Material ablagern bzw. in das Material eindringen kann. Gemäß Anspruch 12 wird das vorbehandelte und mit einem Metallsalz beschichtete Material in vorteilhafter Weise aus einer Vakuumkammer direkt in ein chemisches Kupferbad geführt.

Die Verwendung eines Verfahrens zum Metallisieren von Nichtleitern, insbesondere glasfaserverstärkten Platten, gemäß Anspruch 12 ermöglicht eine kostengünstige Fertigung von Leiterplatten. Ebenso gestattet die Anwendung des Verfahrens zum Metallisieren von nicht-leitenden Körpern, insbesondere aus Pappe, Papier oder Kunststoff, eine schnelle und einfache Herstellung von Gebrauchsgegenständen wie Haushaltsartikeln, Schreibgeräten, zu verchromenden Armaturen, Griffen und dergleichen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:

Fig. 1 einen Querschnitt einer zu beschichtenden Platte mit auf der Oberfläche abgeschiedenem Palladiumsalz,

Fig. 2 einen Querschnitt der Platte von Fig. 1 nach Verdampfen der Flüssigkeitselemente,

Fig. 3 einen Querschnitt der Platte von Fig. 1 nach der chemischen Aufkupferung,

Fig. 4a ein Verfahren nach dem Stand der Technik und

Fig. 4b ein Verfahren nach der Erfindung.

Eine zu beschichtende Platte 10 aus einem nichtleitenden Material wird zunächst im Rahmen einer Vorbehandlung entfettet, gespült, angeätzt und nochmals in einem Wasserbad gespült. Die auf diese Weise vorbehandelte Platte 10 wird in eine Metallsalz-Lösung gebracht, die vorzugsweise in Chloroform gelöstes Palladiumacetat 20 enthält (Fig. 1).

Anschließend wird die Platte 10 in einer Vakuumkammer getrocknet. Die auf der Oberfläche adsorbierten Flüssigkeitsbestandteile 21 der Lösung verdampfen rasch durch den herrschenden Unterdruck und das Palladiumacetat 20 lagert sich, wie in Fig. 2 dargestellt, auf der Plattenoberfläche 11 ab. Die Trocknung der Platte 10 unter Vakuum hat den Vorteil, daß nicht nur die Flüssigkeitsbestandteile 21 der Lösung verdampfen, sondern auch andere auf der Oberfläche 11 adsorbierte Feuchtigkeitselemente 22 wie z. B. Wasserdampf vollständig entfernt werden. Es entsteht eine in Fig. 3 schematisch angedeutete reine Palladiumacetatschicht 23. Die mit dem Palladiumacetat 20 beschichtete Platte 10 kann nun in einem chemischen Kupferbad mit einer Kupferschicht 24 versehen werden.

Wie man aus Fig. 4a und 4b erkennt, benötigt die herkömmliche Technologie deutlich mehr Verfahrensschritte als die erfindungsgemäße Nichtleiter- Metallisierung. Insbesondere faßt der Verfahrensschritt 6 nach der Erfindung die Schritte 6, 7, 8 und 9 nach dem herkömmlichen Verfahren zusammen, so daß insgesamt 3 Verfahrensschritte eingespart werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Geschwindigkeit und die Kosten des Verfahrens aus, insbesondere bei einem industriellen Einsatz des Verfahrens. Zudem wird eine beachtliche Qualitätsverbesserung erreicht. Neben der aufwendigen Badführung der herkömmlichen chemischen Bäder entfällt auch eine notwendige Entsorgung der eingesparten Bäder, wenn sie verbraucht sind.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Man erkennt jedoch, daß bei einem Verfahren zum Metallisieren von Nichtleitern, bei dem ein zu beschichtendes Material 10, z. B. Papier, Kunststoff, glasfaserverstärkte Platten o. dgl., durch Entfetten, Anätzen und Zwischenwässern vorbehandelt wird, das Material 10 einer eine Metallverbindung enthaltenden Lösung und anschließend einem Vakuum ausgesetzt wird. Die Lösung enthält wenigstens ein Metall aus der VIII. Nebengruppe des Periodensystems, beispielsweise Palladium als einem der leichten Platinmetalle. Vorzugsweise benutzt man ein netzmittel-ähnliches, hoch oberflächenaktives Lösemittel mit geringer Viskosität, z. B. Chloroform. Unmittelbar nach dem Eintauchen des Materials 10 in eine Palladiumsalz-Lösung wird es einem Vakuum von etwa 1 Pa ausgesetzt, so daß auf der zu beschichtenden Oberfläche 11 ein reines Metallsalz, z. B. Palladiumacetat, zurückbleibt. Das derart behandelte Material 10 wird aus einer Vakuumkammer direkt in ein chemisches Kupferbad geführt. Der Einsatz von aufwendigen Chemikalien wird durch ein physikalisches Vakuumverfahren ersetzt.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Platte
11 Plattenoberfläche
20 Palladiumacetat
21 Flüssigkeitsbestandteile
22 Feuchtigkeitselemente
23 Palladiumschicht
24 Kupferschicht

Claims

1. Verfahren zum Metallisieren von Nichtleitern, bei dem ein zu beschichtendes Material (10), z. B. Papier, Kunststoff, glasfaserverstärkte Platten o. dgl. durch Entfetten, Anätzen und Zwischenwässern vorbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbehandelte Material (10) einer eine Metallverbindung enthaltenden Lösung und anschließend einem Vakuum ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung wenigstens ein Metall aus der VIII. Nebengruppe des Periodensystems enthält, beispielsweise eines der leichten Platinmetalle.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbehandelte Material unmittelbar in eine Palladiumsalz-Lösung getaucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Palladiumsalz- Lösung Palladiumacetat und Chloroform enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines netzmittel-ähnlichen, hoch oberflächenaktiven Lösemittels, z. B. aliphatische Halogenverbindungen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemittel eine geringe Viskosität besitzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Palladiumsalz-Lösung benetzte Material (10) unmittelbar einem Vakuum ausgesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Vakuum- Druckbereich, in dem die Verdampfung von Feuchtigkeitselementen (20, 21) an der Oberfläche des Nichtleiters stattfindet.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuum-Druckbereich zwischen 10 Pa und 0,01 Pa, vorzugsweise bei etwa 1 Pa liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zu beschichtenden Oberfläche (11) ein reines Metallsalz, z. B. Palladiumacetat (20), zurückbleibt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vakuumbehandlung das zu beschichtende Material (10) einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbehandelte und mit einem Metallsalz (20) beschichtete Material (10) aus einer Vakuumkammer direkt in ein chemisches Kupferbad geführt wird.

13. Verwendung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Metallisieren von Nichtleitern, insbesondere glasfaserverstärkten Platten für die Herstellung von Leiterplatten.

14. Verwendung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Metallisieren von nicht-leitenden Körpern, insbesondere aus Pappe, Papier oder Kunststoff, für die Herstellung von Gebrauchsgegenständen wie Haushaltsartikeln, Schreibgeräten, zu verchromenden Armaturen, Griffen und dergleichen.