DD259871A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF PRECIOUS METAL-FREE ADHESIVES FOR THE ADDITIVE PRODUCTION OF METALLIC SUPPLEMENTS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von edelmetallfreiem Haftvermittler fuer die additive Herstellung von metallischen Ueberzuegen mittels katalytischer oder chemischer (stromloser) Metallabscheidung fuer die Verwendung auf dem Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik. Ziel des Haftvermittlers ist das selektive Metallisieren nichtleitender Substratoberflaechen auf moeglichst einfache, schnelle und preiswerte Art, wobei gute Haftfestigkeit und gleichmaessige Dicke der abgeschiedenen Metallschicht sowie die universelle Einsatzmoeglichkeit herausragende Eigenschaften sind. Der beschriebene Haftvermittler besteht aus einem polymeren Bindemittelsystem, in welches Russ und/oder Graphitteilchen und/oder Metallteilchen eindispergiert sind. Nach dem Haerten des Systems und einer kurzen Vorbehandlung laesst sich die aufgetragene Struktur katalytisch oder vorzugsweise chemisch (stromlos) metallisieren.The invention relates to a process for the preparation of non-noble metal adhesion promoter for the additive production of metallic coatings by means of catalytic or chemical (electroless) metal deposition for use in the field of electrical engineering / electronics. The aim of the adhesion promoter is the selective metallization of non-conductive substrate surfaces in the simplest possible, quick and inexpensive manner, with good adhesion and even thickness of the deposited metal layer as well as the universal applicability are outstanding properties. The adhesion promoter described consists of a polymeric binder system in which carbon black and / or graphite particles and / or metal particles are dispersed. After hardening the system and a short pretreatment, the applied structure can be metallized catalytically or preferably chemically (electrolessly).

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz eines Haftvermittlers für die additive Erzeugung von Leitbahnen, Kontaktflächen, einseitigen und durchkontaktierten Leiterplatten und Mehrebenenleiterplatten oder elektrischen Abschirmungen in der Elektrotechnik/Elektronik. Der Haftvermittler kann darüber hinaus überall dort Verwendung finden, wo ein metallisches Muster oder selektive Metallabscheidung auf isolierenden Materialien erforderlich ist.The invention relates to a method for producing and using a bonding agent for the additive production of interconnects, contact surfaces, single-sided and plated-through printed circuit boards and multi-level printed circuit boards or electrical shields in electrical engineering / electronics. In addition, the primer can be used wherever a metallic pattern or selective metal deposition on insulating materials is required.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Haftvermittler herzustellen, der nur einen geringen Anteil an unedlen Metallteilchen enthält, eine hohe Haftfestigkeit der abgeschiedenen Metallschicht gewährleistet, selbst eine hohe Haftfestigkeit auf verschiedenen Substraten besitzt und sich gleichmäßig und auch zuverlässig chemisch (stromlos) metallisieren läßt.The object of the invention is to produce an adhesion promoter which contains only a small amount of base metal particles, ensures a high adhesive strength of the deposited metal layer, even has high adhesion to various substrates and can be uniformly and reliably metallized chemically (electrolessly).

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind mehrere verschiedene Haftvermittler bekannt, die für eine strukturierte chemische Metal !abscheidung auf nichtleitenden Oberflächen, beispielsweise zur Herstellung von Leiterzügen, geeignet sind.Several different adhesion promoters are known, which are suitable for structured chemical metal deposition on nonconducting surfaces, for example for the production of conductor tracks.

So wird in DE-OS-27570.29 eine Schreibflüssigkeit beschrieben, die mit Palladium-, Kupfer- oder Silberkeimen angereichert ist und zusätzlich noch einen Katalysator in Form von Palladiumverbindungen zur Auslösung der chemischen Kupferabscheidung enthält. Diese Flüssigkeit wird auf einen Träger aufgebracht, getrocknet und anschließend chemisch verkupfert.Thus, DE-OS-27570.29 describes a writing fluid which is enriched with palladium, copper or silver nuclei and additionally contains a catalyst in the form of palladium compounds for triggering the chemical copper deposition. This liquid is applied to a support, dried and then chemically coppered.

Die DE-PS 2635457 verwendet einen katalytischen Lack, der ein Bindemittel auf der Basis von Kunst- oder Naturstoffen, z. B. in Wasserlöslich oder dispergierbareAcrylverbindungen, Stärke oder Cellulose, verschiedene Kupfersalze, einen Komplexbildner und ein Reduktionsmittel enthält. Nach dem Auftragen des Lackes und beim Trocknen wird das Kupfersalz zu Metall reduziert, und die entstandene Keimschicht kann chemisch mit einer Metallschicht verstärkt werden.DE-PS 2635457 uses a catalytic paint, which is a binder based on artificial or natural materials, eg. In water-soluble or dispersible acrylic compounds, starch or cellulose, various copper salts, a complexing agent and a reducing agent. After applying the paint and drying, the copper salt is reduced to metal, and the resulting seed layer can be chemically reinforced with a metal layer.

Ebenso ist eine Tusche bekannt, die ausflüssigen Polymeren besteht, in die sehr feine Eisen- und Nickelteilchen dispergiert sind.Also, an ink is known which consists of liquid polymers in which very fine iron and nickel particles are dispersed.

Nach erfolgtem Aufbringen auf ein Substrat und dem Aushärten kann das strukturierte Substrat in ein chemisches Metallisierungsbad gebracht werden, wo das Eisenpulver als Eisensulfat in Lösung geht und sich dafür Kupfer auf den Strukturen abscheidet.After application to a substrate and curing, the patterned substrate may be placed in a chemical plating bath where the iron powder dissolves as iron sulfate and deposits copper on the structures.

Die beschriebenen Haftvermittler, welche Metallteilchen enthalten, haben jedoch den Nachteil, daß die Konzentration dieser Teilchen für eine gleichmäßige Schichtabscheidung relativ hoch sein muß. Da die Herstellung von Metallpulvern mit einer Korngröße unter 30^m aufwendig und damit teuer ist, steigt ebenfalls der Preis des Haftvermittlers mit dem Anteil an Metallteilchen, die enthalten sind. Bei Haftvermittlern mit Edelmetallanteil, wie z. B. Palladium oder Palladiumsalzen ist der Preis durch das verwendete Material sehr hoch. Auch sind diese Edelmetalle oft schwer verfügbar. Mit der Verwendung von Metallsalzen und Reduktionsmitteln wird die Metallisierbarkeit stark davon abhängig, inwieweit eine vollständige Reduktion der Metallsalze erfolgt. Da diese nicht immer gleichmäßig ist, kann eine sehr unterschiedliche Abscheidung von Metall die Folge sein, was bis zu Leiterzugunterbrechungen, zumindest aber stark schwankenden Flächenwiderständen führen kann.The described adhesion promoters, which contain metal particles, however, have the disadvantage that the concentration of these particles for a uniform layer deposition must be relatively high. Since the production of metal powders with a particle size below 30 ^ m consuming and therefore expensive, also increases the price of the coupling agent with the proportion of metal particles that are included. For adhesion promoters with precious metal content, such. As palladium or palladium salts, the price is very high due to the material used. Also, these precious metals are often difficult to obtain. With the use of metal salts and reducing agents, the metallizability is highly dependent on the extent to which a complete reduction of the metal salts takes place. Since this is not always uniform, a very different deposition of metal can be the result, which can lead to Leiterzugunterbrechungen, but at least greatly fluctuating surface resistances.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung eines Haftvermittlers für die additive Erzeugung metallischer Überzüge, der sich durch hohe Haftfestigkeit auf unterschiedlichen Substraten, gute Verarbeitbarkeit, wenige Verfahrensschritte, geringe Kosten und hohe Gleichmäßigkeit beim anschließenden Metallisieren auszeichnet.The object of the invention is the development of a process for the preparation of an adhesion promoter for the additive production of metallic coatings, which is characterized by high adhesion to different substrates, good processability, few process steps, low cost and high uniformity in the subsequent metallization.

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Erfrndungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die nachfolgend aufgeführten Bestandteile zugleich oder nacheinander in einer geeigneten Anlage innig vermischt werden, wobei gleichzeitig die Einstellung der erforderlichen Viskosität entsprechend der weiteren Verarbeitungsschritte erfolgtErfrndungsgemäß the object is achieved in that the ingredients listed below are intimately mixed simultaneously or successively in a suitable system, at the same time the adjustment of the required viscosity according to the further processing steps

Die Bestandteile des Haftvermittlers sind wie folgt charakterisiert: The constituents of the adhesion promoter are characterized as follows:

40...80MT Bindemittel (Harz-Härter-System) aus der Gruppe der Phenol-, Epoxid-, Alkyd-oder Melaminharze bzw. deren40 ... 80MT binder (resin hardener system) from the group of phenolic, epoxy, alkyd or melamine resins or their

Mischungen 0...40MT Ruß 0...40MT Graphit 0...20MT Metallpulver der Korngröße S30/aiti LösungsmittelMixtures 0 ... 40MT Carbon black 0 ... 40MT Graphite 0 ... 20MT Metal powder of particle size S30 / aiti Solvent

Nach dem Aufbringen des Haftvermittlers auf das Substratmaterial durch ein geeignetes Beschichtungsverfahren, z. B. Siebdruck, erfolgt die Härtung entsprechend der verwendeten Bindemittelkombination. Um die für die Metallisierung notwendigen Keime aufzuschließen (frei zu legen), ist der Haftvermittler unmittelbar vor dem Metallisierungsprozeß mit einer oxidierenden Säure zu behandeln. Anschließend kann die katalytische oder chemische (stromlose) Metallabscheidung bis zur gewünschten Schichtdicke erfolgen.After application of the primer to the substrate material by a suitable coating method, e.g. B. screen printing, the curing is carried out according to the binder combination used. In order to uncover the germs necessary for the metallization (to be exposed), the adhesion promoter is to be treated with an oxidizing acid immediately before the metallization process. Subsequently, the catalytic or chemical (electroless) metal deposition can take place up to the desired layer thickness.

Ausführungsbeispielembodiment

In 60MT einer thermisch härtbaren Harzkombination, z.B. einem Phenol-Epoxidharz-Härter-Gemisch, werden 20 MT Ruß und 20MT Graphitpulver dispergiert sowie 5MT Eisenpulver mit einer Korngröße unter 30/xm zugefügt. Mit Hilfe eines Dreiwalzenwerkes wird eine innige Durchmischung der Komponenten erreicht, wobei durch Zugabe von geeigneten Lösungsmitteln die erforderliche Viskosität eingestellt wird, z.B. pastös.In 60MT of a thermosetting resin combination, e.g. a phenol-epoxy resin-hardener mixture, 20 MT carbon black and 20MT graphite powder are dispersed and 5MT iron powder with a particle size below 30 / xm added. By means of a three-roll mill, intimate mixing of the components is achieved, the required viscosity being adjusted by addition of suitable solvents, e.g. pasty.

Mittels Siebdruck wird der Haftvermittler selektiv auf ein isolierendes Substrat, beispielsweise Hartpapier, aufgebracht und bei 180⁰C über 3 Stunden gehärtet. Daraufhin erfolgt eine kurze Vorbehandlung durch Tauchen in Chromschwefelsäure für ein bis zwei Minuten und anschließendem Abspülen mit Wasser. Unmittelbardanach bringt man das so vorbehandelte beschichtete Substrat in ein chemisches Abscheidungsbad, wobei sich an dem Haftvermittler eine gleichmäßige Metallschicht ablagert. Die Dicke und somit die elektrische Leitfähigkeit der so erzeugten Strukturen ist abhängig von der Abscheidungsgeschwindigkeit des Bades und der Verweilzeit in der Reaktionsflüssigkeit.By means of screen printing, the adhesion promoter is selectively applied to an insulating substrate, such as hard paper, and cured at 180 ⁰ C for 3 hours. This is followed by a short pre-treatment by immersion in chromic acid for one to two minutes and subsequent rinsing with water. Immediately afterwards, the pretreated coated substrate is placed in a chemical deposition bath, wherein a uniform metal layer is deposited on the adhesion promoter. The thickness and thus the electrical conductivity of the structures thus produced is dependent on the deposition rate of the bath and the residence time in the reaction liquid.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von edelmetallfreiem Haftvermittler für die additive Erzeugung metallischer Überzüge auf nichtleitenden Substratoberflächen, gekennzeichnet dadurch, daß ein polymeres Bindemittelsystem mit Rußteilchen und/oder Graphitteilchen und/oder Metallteilchen vermischt und die Einstellung der erforderlichen Viskosität mit geeigneten Lösungsmitteln durchgeführt wird.1. A process for the preparation of non-precious metal adhesion promoter for the additive production of metallic coatings on non-conductive substrate surfaces, characterized in that a polymeric binder system with carbon black particles and / or graphite particles and / or metal particles mixed and the adjustment of the required viscosity is carried out with suitable solvents. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die innige Vermischung der einzelnen Komponenten gleichzeitig oder nacheinander mit einem geeigneten Dispergierverfahren erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the intimate mixing of the individual components takes place simultaneously or successively with a suitable dispersing process. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das polymere Bindemittelsystem aus der Gruppe der Phenol-, Epoxid-, Alkyd-, Acrylat- oder Melamin-Harze bzw. deren Mischungen besteht.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the polymeric binder system consists of the group of phenolic, epoxy, alkyd, acrylate or melamine resins or mixtures thereof. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß Rußteilchen und Graphitteilchen und Metallteilchen mit einem Phenol-Epoxid-Härter-Harzgemisch mittels eines Dreiwalzenwerkes dispergiert und zu einer siebdruckfähigen Paste verarbeitet werden.4. The method according to claim 1,2 and 3, characterized in that the carbon black particles and graphite particles and metal particles are dispersed with a phenol-epoxy-hardener resin mixture by means of a three-roll mill and processed into a screen-printable paste. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß daseingesetzte Metallpulver Eisen- und/oder Nickelteilchen sind mit einer Korngröße SSO^im.5. The method of claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that the metal powder used iron and / or nickel particles are having a particle size SSO ^ im.