DE3134507A1

DE3134507A1 - "verfahren zur selektiven chemischen metallabscheidung"

Info

Publication number: DE3134507A1
Application number: DE19813134507
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 7902 Blaubeuren Gemmler; Josef Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 7900 Ulm Jostan
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-09-01
Filing date: 1981-09-01
Publication date: 1983-03-17
Also published as: DE3134507C2

Description

Beschreibung
"Verfahren zur selektiven chemischen Metallabscheidunggg Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven chemischen Metallabscheidung nach dem Oberbegriff des Patentenspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der PCT-Anmeldung Nr. WO 80/02222 bekannt und wird insbesondere in der Elektrotechnik verwendet zur Herstellung von Leiterplatten und/ oder gedruckten elektronischen Schaltungen auf elektrisch isolierenden Substraten. Dabei wird mit Hilfe eines elektro photographischen Prozesses (Xerographie) z. B. ein Leiter- Bahnennuster auf das Substrat übertragen. Das dafür benötigte dielektrische Pulver (Toner) enthält Metallverbindungen, die eine selektive Sensibilisierung des Substrates ermöglichen. Zur Sensibilisierung wird eine Sn2+-Verbindung, insbesondere SnC12 e 2H20, benutzt, die an der Oberfläche bzw, in den Tonerteilchen verteilt wird. Auf einer derart sensibilisierten Substratoberfläche wird das beispielhaft genannte Leiterbahnenmuster mit naßchemischen Verfahren erzeugt.
Ein erster Nachteil eines derartigen Verfahrens besteht darin , daß die verwendeten SnC12-Teilchen sich von den Tonerteilchen lösen können, auf unerwünschten Stellen des Photoleiters des xerographischen Systems abgelagert werden und letztendlich an unerwünschten Stellen der Substratoberfläche eine Metallisierung, auch Wildwuchs genannt, bewirken. Besonders gravierend wird dieser Nachteil bei längerem Betrieb eines xerographischen Systems mit einer halogenhaltigen Metallverbindung wie insbesondere SnC12, da diese eine hohe chemische Affinität und Reaktionsneigung mit den anorganischen Photoleitern (z.B. ZnO, CdS-, oder As2Se3-Schichten) besitzt. Der SnC12-Abrieb verschmutzt 23 den Photoleiter, so daß die Bildübertragungsqualität sich stetig verschlechtert, Auflösung und Kontrast leiden und - insbesondere bei Steigerung der elektrischen Verstärkung -der Wildwuchs auf dem Substrat überhandnimmt. Ein derartiger unvorhersehbarer Wildwuchs führt z.B. zu elektrischen Kurzschlüssen der Leiterbahnen oder beschränkt die Leiterbahndichte (Anzahl der elektrischen Leiterbahnen pro Millimeter) und somit die Ausnutzbarkeit der Substratoberfläche.
Ein zweiter Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß der Sensibilisierung der Substratoberfläche noch eine Vielzahl naßchemischer Verfahrensschritte folgen muß; um die endgültige Metallisierung herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der ge° nannten Art anzugeben, bei dem Wiidwuchs vermieden wird, das mit möglichst wenigen naßchemischen Verfahrensschritten auskommt und das zuverlässig sowie wirtschaftlich zur beitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch dia im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Jorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Verringerung von naßchemischen Verfahrensschritten insbesondere eine Verringerung von Spülvorgängen bewirkt, die im allgemeinen eine starke chemische Belastung des Abwassers darstellen.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß es möglich ist, dielektrische Tonerteilchen mit chemischen Bestandteilen zu versehen, die eine vernachlässigbare chemische Affinität zum anorganischen Photoleiter, z. B. ZnO-, CdS- oder As2Se3-Schichten, des xerographischen Systems besitzen und die zumindest eine Vorstufe des Eatalysators darstellen, der eine selektive Metallabscheidung aus nachfolgend angewandten Metallisierungabädern bewirkt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1 Katalysatorkeime, beispielsweise Pd-Keime, werden für die selektive stromlose Metallabscheidung auf den Tonerteilchen aufgezogen und/oder in den Tonerteilchen verteilt.
Dieses erfolgt mit Hilfe der gelösten Metallverbindungen Sna2 und PdC12 nach folgender schematischer Reaktionsglei chung: Sn2+ + Pd2+ = Sn4+ + Pd° Die hinsichtlich ihrer chemischen Affinität zum Photoleiter kritischen Metallchloride sind dadurch abgeschirmt, nämlich durch-die Pd-Keime.
Eine Polyimid-Folie, die durch kurzes Eintauchen in eine verdünnte NaOH-Lösung oberflächlich angeätzt wurde, wird mit diesem Toner-Pulver in einem abgeänderten handelsüblichen Photokopierautomaten dem elektrophotographischen Prozeß unterzogen, der nach dem Prinzip der tbertragungsxerographie arbeitet.
Ein von einer beispielhaften Vorlage übertragenes (elektrisches) Leitungsmuster befindet sich nun als Kopie auf der Polyimid-Folie. Das kopierte Leitungamuster wird nach dem Aufbringen einer dünnen stromlos abgeschiedenen Nickel-Zwischenschicht in einem außenstromlos arbeitenden Rupferbad verstärkt, z. B. auf eine Schichtdicke von 20 um Beispiel 2 Dieses Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel 1 ledigo lich dadurch, daß anstelle der kritischen Netallverbindung eine Nichtmetallverbindung oder nichtmetallische funktionelle Gruppen verwendet werden, die keine oder eine vernachlässigbare chemische Affinität zum Photoleiter besitzen. Derartig wirken beispielsweise reduzierende Ver bindungen oder Gruppen wie Hydrochinon; Aldehyde 9 Borhydridreste oder auch ionenaustauschende Gruppen oder Verbindungen. Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispieles liegt darin begründet, daß ein Ablösen der beispielsweise reduzierenden funktionellen Gruppen von den onerteilchen im elektrophotographischen Prozeß vermieden wird, insbesondere wenn die Tonerteilchen sowie das für die Keimbildung verantwortliche Reduktionsmittel eine Einheit bildend Möglich wird dieses, wenn chemische Stoffe mit reduzierenden Eigenschaften auf den Tonerteilchen adsorbiert und/oder in die Tonerteilchen eingebaut werden. Besonders vorteilhaft ist eine chemische Bindung des Reduktionsmittels an die Tonerteilchen. Toner und Reduktionsmittel stellen dann eine Substanz dar, z. B. R Sn2+R oder R-CH2-BH2, wobei R einen polymeren organischen Rest bedeutet. Diese wasserunlöslichen Stoffe ermöglichen dann, ohne daß es zu Verwischungen des kopierten Musters kommt, in einer wäßrigen Aktivierungslösung aus Palladiumchlorld Pd2+ zu Pd zu reduzieren und damit Metallkeime zu bilden, die die nachfolgende stromlose Metallabscheidung katalysieren.
Beispiel 3 Gemäß diesem Ausführungsbeispiel läßt sich ein Aktivierungsschritt einsparen: Metallatome von zur Keimbildung fähigen Metallen wie Pd, Ag, Au, Ni, Cu werden als Katalysatorvorstufe in die Tonerteilchen eingebrscht und, nachdem die Substratoberfläche in einem elektrophotographischen Prozeß selektiv damit beschichtet wurde, als Metallkeime freigesetzt.
Dieses geschieht dadurch, daß Komplexverbindungen verwendet werden, in denen das Zentralatom in der Koordinationszahl O vorliegt. Derartige Verbindungen sind beispielsweise Pd-Eomplexe ungesättigter organischer Polymere. Nach dem selektiven Beschichten mittels eines elektrophptographischen Prozesses werden diese Tonerteilchen durch Hitze, IR-Strahlung oder Einwirkung anderer elektromagnetischer Wellen zu Metallkeimen und organischen Nebenprodukten zersetzt. Diese Produkte wirken zusammen mit dem thermoplastischen- Toner als Schmelzkleber, so daß ein guter Verbund zum Basismaterial (Substrat) erfolgt.
Das Mischungsverhältnis von Toner zu Pd-Komplex ist in weiten Grenzen frei wählbar und hängt von der Art der Eomplexliganden ab. Im Grenzfall kann der thermoplastische Toner völlig durch den Pd-Eomplex ersetzt werden, wenn der nach der thermischen Dissoziation entstandene Restthermoplastische Eigenschaften besitzt. Alternativ zur thermischen Dissoziation kann der Katalysator auch durch hydrolytische Dissoziation im stromlosen Metallisìerungsbad oder - im Falle von Komplexen mit höherwertigem Pd - durch Reduktion mit dem im Bad enthaltenen Reduktionsmittel freigesetzt werden. Beispielsweise zersetzt sich die Verbindung (C2H4PdCl2)n mit na2 in wäßriger Lösung rasch zu metallischem Palladium, Salzsäure und Acetaldehyd bzw höherein Aldehyden.
Beispiel 4 Alternativ zu Beispiel 3 wird ein thermoplastisches Toner-Pulver verwendet, in dessen Teilchen ein metallischer Eataa lysator feindispers eingelagert ist. Als solcher eignet sich insbesondere Pd, Ag, Cu, Au oder Ni. Nach dem elektrophotographischen Prozeß wird das Tonerbild für die stromlose Metallisierung durch kurzes. Quellen des aufgeschmolzenen und erstarrten Toners in einem wäßrig-organischen Lösungsmitteigemisch vorbereitet, so daß Katalysatorteilchen oberflächlich freigelegt und wirksamwerden. Anstelle der Einlagerung von Katalysatorteilchen in das Tonermaterial können diese mit Hilfe eines Klebers auch lediglich oberflächlich gebunden sein

Claims

Patentansprüche Verfahren zur selektiven chemischen Metallabscheidung, insbesondere auf elektrisch isolierenden Substraten, unter Verwendung eines elektrophotographischen Prozesses soesie eines Toners, gekennzeichnet durch folgende merkmales a) dielektrische Tonerteilchen werden mit Bestandteilen versehen, die im wesentlichen eine vernachlässigbare chemische Affinität zu dem Photoleitermaterial besitzen9 das im elektrophotographischen Prozeß verwendet ird9 b) die Bestandteile werden derart gewählt, daß auf dem Sub° strat nach einer Fixierung und/oder Aktivierung der Tonerteilchen Katalysatorkeitne entstehen, die eine im wesentlichen selektive Metallabscheidung bewirken aus einem nachfolgend angewandten MetallisierungsbadO 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile mechanisch, adsorptiv, chemisorptiv oder chemisch an und/oder in den onerteilchen gebunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bestandteile metallische Katalysatorkeime verwendet werden, die insbesondere Palladium, Silber, Gold, Kupfer oder Nickel enthalten.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bestandteile Nichtmetallverbindungen und/oder nichtmetallische funktionelle Gruppen verwendet werden, die reduzierend wirken auf nachfolgend angewandte metallische Aktivierungslösungen, die eine Bildung von Katalysatorkeimen bewirken.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat eine Fixierung und/oder Aktivierung der Tonerteilchen bewirkt wird, insbesondere durch Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung, durch Lösungsmittel und/oder durch chemische Reaktionen.