EP3601642A1 - Verfahren zur herstellung von elektrisch leitenden strukturen auf einem trägermaterial - Google Patents

Verfahren zur herstellung von elektrisch leitenden strukturen auf einem trägermaterial

Info

Publication number
EP3601642A1
EP3601642A1 EP18714226.0A EP18714226A EP3601642A1 EP 3601642 A1 EP3601642 A1 EP 3601642A1 EP 18714226 A EP18714226 A EP 18714226A EP 3601642 A1 EP3601642 A1 EP 3601642A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acid
phosphate
metal
support material
acids
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18714226.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven FÜNDERICH
David Garcia Martinez
Thomas Futterer
Christian LITTERSCHEID
Rüdiger WISSEMBORSKI
Jorge Flores
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chemische Fabrik Budenhiem KG
Original Assignee
Chemische Fabrik Budenhiem KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chemische Fabrik Budenhiem KG filed Critical Chemische Fabrik Budenhiem KG
Publication of EP3601642A1 publication Critical patent/EP3601642A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/30—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601—Process or apparatus
    • C23C18/1603—Process or apparatus coating on selected surface areas
    • C23C18/1607—Process or apparatus coating on selected surface areas by direct patterning
    • C23C18/1612—Process or apparatus coating on selected surface areas by direct patterning through irradiation means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601—Process or apparatus
    • C23C18/1633—Process of electroless plating
    • C23C18/1635—Composition of the substrate
    • C23C18/1639—Substrates other than metallic, e.g. inorganic or organic or non-conductive
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601—Process or apparatus
    • C23C18/1633—Process of electroless plating
    • C23C18/1635—Composition of the substrate
    • C23C18/1639—Substrates other than metallic, e.g. inorganic or organic or non-conductive
    • C23C18/1641—Organic substrates, e.g. resin, plastic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/18—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/1851—Pretreatment of the material to be coated of surfaces of non-metallic or semiconducting in organic material
    • C23C18/1862—Pretreatment of the material to be coated of surfaces of non-metallic or semiconducting in organic material by radiant energy
    • C23C18/1868—Radiation, e.g. UV, laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/18—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/20—Pretreatment of the material to be coated of organic surfaces, e.g. resins
    • C23C18/2006—Pretreatment of the material to be coated of organic surfaces, e.g. resins by other methods than those of C23C18/22 - C23C18/30
    • C23C18/2026—Pretreatment of the material to be coated of organic surfaces, e.g. resins by other methods than those of C23C18/22 - C23C18/30 by radiant energy
    • C23C18/204—Radiation, e.g. UV, laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/54—Electroplating of non-metallic surfaces
    • C25D5/56—Electroplating of non-metallic surfaces of plastics
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G03F7/2053—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a laser
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0313—Organic insulating material
    • H05K1/0353—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement
    • H05K1/0373—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement containing additives, e.g. fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/105—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by conversion of non-conductive material on or in the support into conductive material, e.g. by using an energy beam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/30—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C08K2003/3045—Sulfates
    • C08K2003/3081—Aluminum sulfate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
    • C08K2003/321—Phosphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
    • C08K2003/329—Phosphorus containing acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/014—Additives containing two or more different additives of the same subgroup in C08K
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/02—Fillers; Particles; Fibers; Reinforcement materials
    • H05K2201/0203—Fillers and particles
    • H05K2201/0206—Materials
    • H05K2201/0236—Plating catalyst as filler in insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/07—Treatments involving liquids, e.g. plating, rinsing
    • H05K2203/0703—Plating
    • H05K2203/0716—Metallic plating catalysts, e.g. for direct electroplating of through holes; Sensitising or activating metallic plating catalysts
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/10—Using electric, magnetic and electromagnetic fields; Using laser light
    • H05K2203/107—Using laser light

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of electrically conductive metal structures, preferably interconnect structures, by means of laser light on a non-conductive substrate and the use of a combination of at least one inorganic metal-phosphate compound and a stabilizer in such a process.
  • MID molded interconnect devices
  • additive techniques the conductor metal, usually copper, is applied only to the required locations such as conductor tracks, pads, etc.
  • subtractive technique on the other hand, the entire surface of the carrier material is laminated with the conductor metal and then applied an etching resist.
  • the Atzresist is either applied already structured, for example by screen printing, or it is applied over the entire surface and then z. B.
  • a more modern additive process for the production of interconnect structures which is widely used due to its advantageous properties, is laser direct structuring (LDS).
  • the method comprises applying or introducing non-conductive metal complexes or metal salts which release metallization nuclei upon laser irradiation, onto or into a thermoplastic dielectric and subsequent irradiation of the desired structures by means of laser light for initiating metal nucleation. After subsequent chemical metallization, it is possible to obtain such fine, firmly adhering printed conductor structures.
  • the metal complexes described for this purpose in the prior art often have low stability in the processing processes for the preparation of the thermoplastic carrier materials such as extrusion or injection molding, resulting in deposits on the metal surfaces of the processing tools.
  • complexes containing heavy metals are also accompanied by environmental and toxicological concerns.
  • the complexes used can lead to undesirable side reactions in the materials used, such as plastic degradation, or they have a strong intrinsic color, whereby the carrier material is given an undesirable color.
  • EP 0 917 597 B1 relates, for example, to a process for producing printed conductor structures in which a nonconductive organic heavy metal complex, in particular a Pd-containing heavy metal complex, is applied as a coating to a non-conductive carrier material.
  • this component is broken up by UV radiation with the release of heavy metal nuclei and then chemically reductively metallized.
  • the support material for this process must either have per se a microporous structure or the heavy metal component must be fixed with the aid of a binder on the support material.
  • EP 1 191 127 B1 discloses a method for the selective metallization of dielectric materials, in which the dielectric is firmly adhered to an activating layer of conductive material and structuring is achieved by laser irradiation without a mask. This is subsequently metallized electrolytically or electrolessly.
  • the conductive materials used are Pd or Cu nuclei coated conductive polymers, metal sulfides or metal polysulfides.
  • Significant disadvantages of this method are the relatively high cost of the electrically conductive materials, such as the conductive polymers, as well as the toxicological and ecological concern of the heavy metal compounds. In addition, these can lead to undesirable degradation and side reactions in the dielectric.
  • EP 1 274 288 B1 discloses a process which uses non-conductive, thermally highly stable complexes of heavy metals of the d and f blocks as a nucleating component, which can remain unchanged on the surface of the support material even after laser structuring in the vicinity of the conductor track structures. These are stable even after the action of the soldering temperatures and in the acidic or alkaline metallizing baths used for the metallization.
  • Significant disadvantages of this process are the high costs of the transition metal compounds and their toxicological and ecological concern as well as possible side reactions by the transition metal compounds in the course of the processing.
  • the object of the present invention was to provide a comparison with the prior art improved method for producing electrically conductive metal structures, preferably interconnect structures, on a non-conductive support material, which avoids the use of heavy metal complexes in particular or at least reduced and thus toxicologically and ecologically less questionable as known processes, causing no or less deposits on the processing tools and is comparatively easy and inexpensive.
  • This object is achieved by a method for producing electrically conductive structures, preferably interconnect structures, by means of laser light on a non-conductive substrate (LDS method), characterized in that
  • non-conductive support material which finely distributes or dissolves therein at least one inorganic metal-phosphate compound and at least one
  • Stabilizer contains, the carrier material in areas irradiated by laser light to form the electrically conductive structures in the irradiated areas, wherein the at least one inorganic metal-phosphate compound is selected from the group consisting of
  • the electrically conductive structures produced by means of laser irradiation may be elemental metal, electrically conductive metal oxide, electrically conductive carbon, electrically conductive carbon compound or a combination of the aforementioned. It has surprisingly been found that the use of the stabilizer according to the invention in combination with the at least one inorganic metal-phosphate compound creates particularly favorable reaction conditions for the generation of electrically conductive structures under the action of lasers. In addition, it has been found that the stabilizer prevents or at least reduces decomposition reactions due to thermal and mechanical action, which in the course of processing can lead to metal deposits on the processing equipment (extrusion screw, injection mold, etc.).
  • Bronsted acid in the context of the present invention denotes a compound which acts as a proton donor and can transfer protons to a second reaction partner, the so-called Bronsted base.
  • the Brönsted acid is defined as the compound whose pKa value is smaller than that of the reactant.
  • the pKa of the Bronsted acid is less than the pKa of the water, which is 14.
  • Lewis acid in the context of the present invention denotes a compound which acts as an electrophilic electron pair acceptor and thus receives a pair of electrons partially or completely from a second reaction partner, the so-called Lewis base, to form an adduct.
  • the Lewis acids include compounds i) with incomplete electron octets, such as: B (CH 3) 3, BF 3, AlCl 3, FeC, (ii) metal cations as central atoms in chemical complexes, iii) molecules with polarized multiple bonds, iv) Unsaturated coordination halides such as SiCu or PF5, v) other electron pair acceptors, for example condensed phosphates.
  • a carrier material may comprise any organic or inorganic material which may contain the metal-phosphate compound and stabilizer combination of the method according to the invention in finely divided or dissolved form.
  • the metal-phosphate compound and the stabilizer can be distributed homogeneously in the carrier material in one embodiment of the invention. This has manufacturing advantages, because a homogeneous distribution is by means of common processing methods, such as melt, extrusion, extrusion, etc., very easy to implement.
  • the metal-phosphate compounds and the stabilizer are more concentrated in certain areas of the support material than in other areas.
  • the metal-phosphate compound and the stabilizer on the surface of the support material on which the metal structures are produced up to a certain penetration depth of preferably 10 ⁇ to 5 mm, more preferably from 50 ⁇ to 3 mm, particularly preferred from 100 ⁇ to 1 mm, higher concentrated than in deeper areas.
  • a targeted enrichment in the near-surface region of the support material can lead to improved material properties and to better interconnect structures, since the metal-phosphate compound is needed there just for the production of the electrically conductive structures.
  • the generation of electrically conductive material in deeper areas in the interior of the carrier material is reduced or completely prevented and thereby less adversely affects the structural integrity of the carrier material.
  • the inorganic metal-phosphate compounds used in the process according to the invention are temperature-resistant in such a way that they remain stable in the processing process and under the effect of the soldering temperatures used in the processing of printed conductor structures, that is to say in this context that they are at elevated temperatures do not become electrically conductive and do not decompose. They remain unchanged during the manufacturing process of the conductor structures and also thereafter in the carrier material and in the environment of the conductor tracks. An additional process step to remove these compounds is not necessary.
  • the at least one metal-phosphate compound used is or comprises water-free iron (II) orthophosphate of the general formula Fe 3 (PO 4 ) 2 and / or water-free iron (II) metal orthophosphate, iron (II) Metal phosphonate, iron (II) metal pyrophosphate or iron (II) metal metaphosphate of the general formula Fe a Metb (PO c ) d.
  • iron compounds offer a number of advantages over metal compounds used to date in known LDS processes. They are more economical and cheaper to produce, which has an advantageous effect on the manufacturing cost of substrates with electrically conductive structures, in particular printed circuit boards according to the inventive method.
  • NIR near infrared
  • the Bronsted acids and / or Lewis acids used according to the invention as a stabilizer are expediently selected from those acids which are so temperature-resistant that they remain stable during the processing and after exposure to the soldering temperatures and do not decompose under these and other conditions used.
  • Bronsted acids suitable and preferred as stabilizer according to the present invention include phosphorus oxy acids with phosphorus in the oxidation state + V, + IV, + III, + II or + l, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, silicic acid, aliphatic and aromatic carboxylic acids and salts of the aforementioned acids ,
  • the oxygen acids of the phosphorus and salts thereof are selected from phosphoric acid, diphosphoric acid, polyphosphoric acids, hypodiphosphoric acid, phosphonic acid, diphosphonic acid, hypodiphosphonic acid, phosphinic acid and salts of the aforementioned acids.
  • the aliphatic and aromatic carboxylic acids and their salts are preferably selected from acetic acid, formic acid, oxalic acid, phthalic acid, sulfonic acids, benzoic acid and salts of the abovementioned acids.
  • Advantageous are acids which are readily miscible with the support material, do not decompose during the incorporation of the stabilizer in the support material and not or only slightly affect the material properties.
  • Suitable Lewis acids suitable as stabilizer according to the invention include sodium aluminum sulfate (SAS), monocalcium phosphate monohydrate (MCPM), dicalcium phosphate dihydrate (DCPD), sodium aluminum phosphate (SALP), calcium magnesium aluminum phosphate, Calcium polyphosphate, aluminum chloride, boron trifluoride, magnesium polyphosphate, aluminum hydroxide, boric acid, alkylboranes, aluminum alkyls, ferrous salts, and mixtures of the foregoing.
  • Lewis acids have the advantage over Brönsted acids that they do not split off and release water during the processing and structuring process, which could lead to foaming, cracking or ablation of the support material or to oxidation reactions of the metal-phosphate compound.
  • the stabilizer comprises a combination of at least one Bronsted acid and at least one Lewis acid.
  • a combination has the advantage that very easily advantageous conditions for the production of electrically conductive structures and increased stability of the metal-phosphate compound in the processing step can be achieved by the usually very high stability of the widely available Brönsted acids.
  • the at least one Lewis acid optionally liberated water, which could adversely affect the Laser Modelltechniksbuch be intercepted.
  • the process according to the invention has the advantage that good conductor structures can be obtained even without additional chemically reductive or electrolytic metal deposition. The production of carrier materials with electrically conductive structures can thereby be substantially simplified and carried out more cheaply.
  • the method according to the invention also opens up very flexible production possibilities and changes to the interconnect structures produced since masks, such as screen printing masks or photomasks, are not required and additional metallization steps can be dispensed with depending on the requirements. It is also possible to dispense with the use of resist substances, as a result of which additional chemicals and process steps can be considerably saved. Complex and difficult-to-handle etching and stripping steps are not needed. In the case of laser structuring according to the method according to the invention, the reject rate is low in comparison with other methods, as a result of which considerable costs can be saved.
  • metal is deposited chemically reductively or electrolytically on the electrically conductive structures produced by means of laser light.
  • the chemically reductive metallization can advantageously be carried out wet-chemically in a metal bath, preferably in a copper, nickel, silver or gold bath, particularly preferably in a copper bath. Corresponding techniques and methods are known to those skilled in the art.
  • the chemically reductive metallization has the advantage over the electrolytic metallization, that in this process the often required auxiliary conductors, which serve as current bridges between isolated conductor track areas, are not required and, unlike electrolytic metallization, not subsequently in a further process step, for example by laser treatment, must be removed again.
  • the carrier material with the electrically conductive structures produced thereon is suitable, for example, for use as printed circuit boards for electrical circuits.
  • the electrically conductive structures can also be embodied as antenna structures which serve as antennas for electromagnetic radiation, for example in mobile devices, can be used. In both cases, the generated electrically conductive structures can be used with or without additional chemically reductive or electrolytic metal deposition.
  • the non-conductive support material contains the at least one inorganic metal-phosphate compound in an amount of 0.01% by weight to 45% by weight, preferably in an amount of 0.1% by weight 20 wt .-%, particularly preferably in an amount of 1 wt .-% to 10 wt .-%, based on the total mass of the composition of the sum of the mass of the non-conductive support material and the added substances.
  • Too low a proportion ensures too low a density of metal-phosphate compound, which may result in poorly formed tracks, whereas too high a proportion of metal-phosphate compound can lead to a deterioration of the material properties of the non-conductive substrate.
  • the non-conductive carrier material contains the at least one stabilizer in an amount of 0.01% by weight to 25% by weight, preferably in an amount of 0.1% by weight to 20% by weight. %, more preferably in an amount of 1 wt .-% to 10 wt .-%, based on the total mass of the composition of the sum of the mass of the nonconductive support material and the added substances.
  • Too low a proportion provides too low a density of stabilizer, whereby the positive effect of the stabilizer with respect to the formation of the conductor structures in the laser structuring process and the stability in the processing process can be reduced, whereas too high a proportion of stabilizer to a deterioration of the material properties of the can lead to non-conductive substrate.
  • the non-conductive support material additionally contains at least one synergist selected from metal phosphates, metal oxides or mixtures thereof.
  • the metal atoms of the metal phosphates, metal oxides or mixtures thereof are selected from the group consisting of Cu, Au, Ag, Pd, Pt, Fe, Zn, Sn, Ti, Al. It has surprisingly been found that the synergist supports the process of metal complex decomposition and metal deposition on the surface of the support material.
  • synergists selected from the group consisting of copper phosphate, Trikupferdiphosphat, copper pyrophosphate, tin phosphate, zinc phosphate, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide and iron oxide.
  • the synergists used are expediently selected in terms of their temperature resistance so that they remain stable in the processing process and after exposure to the soldering temperatures and do not decompose in the baths used for an optionally carried out metallization.
  • the nonconductive carrier material contains the at least one synergist in an amount of 0.01% by weight to 15% by weight, preferably in an amount of 0.1% by weight to 10% by weight, more preferably in one Amount of 1 wt .-% to 5 wt .-%, based on the total mass of the composition of the sum of the mass of the nonconductive support material and the added substances.
  • Too low a proportion results in too low a density of synergist, which can reduce the positive effect of the synergist with respect to the formation of the conductor structures in the laser structuring process, whereas too high a proportion of synergist can lead to a deterioration of the material properties of the nonconductive support material.
  • Suitable amounts and a suitable ratio of metal-phosphate compound, stabilizer and optionally synergist can be determined by a person skilled in the art for a given carrier material with knowledge of the invention by simple experiments and u. a. depend on the carrier material used and the desired interconnect patterning, taking into account the process conditions to be used and the laser to be used.
  • the non-conductive support material according to the invention is expediently selected from the group consisting of thermoplastics, thermosets, elastomers, glasses, ceramics, natural or synthetic paints, natural or synthetic resins, silicones or combinations or mixtures thereof.
  • the non-conductive support material is a thermoplastic or a thermosetting plastic.
  • the non-conductive support material is selected from the group consisting of polyvinyl butyral (PVB), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyamide (PA), polyesters such as polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene oxide, polyacetal, polymethacrylate , Polyoxymethylene, polyvinyl acetal, polystyrene, acryl-butadiene-styrene (ABS), acrylonitrile-styrene-acrylic ester (ASA), polycarbonate (PC), polyethersulfone, polysulfonate, polytetrafluoroethylene, polyurea, formaldehyde resin, melamine resin, polyether ketone, polyvinyl chloride, polylactide, polysiloxane, Phenol resin, epoxy resin, poly (imide), bismaleimide-triazine, thermoplastic polyurethane, copolymers and /
  • the non-conductive support material may contain further additives or additives, for example fillers, such as silica and / or derivatives thereof, flame retardants, glass fibers, process aids, color pigments, etc., wherein these additives are to be selected so that they have the material properties of the support material and the inventive production of do not adversely affect electrically conductive structures as possible.
  • fillers such as silica and / or derivatives thereof, flame retardants, glass fibers, process aids, color pigments, etc.
  • a masterbatch is a polymer matrix in the form of granules or powder which contains the further substances in concentrations which are higher than in the end use.
  • the masterbatch or various masterbatches are combined to produce the carrier material according to the invention with further polymer material without the other substances contained in the masterbatch in such quantities or ratios which correspond to the desired concentrations of the further substances in the final product.
  • Masterbatches have the advantage over the addition of various substances in the form of pastes, powders or liquids that they ensure high process reliability and are very easy to process and dose.
  • the nonconductive support material is a lacquer
  • one-component lacquers (1-component lacquer) or two-component lacquers (2-component lacquer) are suitable according to the invention.
  • One-component paints (1K paints) contain binders as a dispersion in aqueous solution or dissolved in organic solvent.
  • the binder consists of resin and hardener. These are stored separately and mixed together just before processing. They react chemically and harden (without drying). Some 2K paints do not contain solvents.
  • Binders include natural resins and oils (oil color), plant components (Chinese lacquer, Japanese lacquer), egg (egg tempera), gum arabic (watercolor), lime (lime), glue (glue color), tar or bitumen.
  • Lacquers suitable according to the invention include oil varnishes, cellulose nitrate lacquers, alkyd resin lacquers, polyvinyl ester lacquers, such as dispersions of polyvinyl acetate, acrylic resin lacquers, such as polyacrylate lacquers and polymethacrylate lacquers, silicone resin lacquers, epoxy resin lacquers and polyurethane lacquers.
  • the laser light for carrying out the method according to the invention may have a wavelength in the range of 200 nm to 12,000 nm.
  • Suitable is the use of excimer lasers, as they are known from photolithography.
  • Suitable excimer lasers are ArF, KrF, XeCl, XeF and KrCl lasers. The use of excimer lasers allows the formation of very sharp contours of the structures.
  • a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm, in particular if the carrier material is a thermoplastic polymer material.
  • the laser allows the structuring without significant heating and possibly with minimal melting of the material in the area of action of the laser. In addition, a very high limiting sharpness is achieved.
  • Nd: YAG lasers are known from medical technology. Particularly suitable are Nd: YAG lasers with wavelengths of 1064 nm, 946 nm, 532 nm or 473 nm, with an Nd: YAG laser having a wavelength of 1064 nm being particularly preferred, since the laser structuring can thus take place particularly gently and little charring or similar degradation reactions of the carrier material occur.
  • VCSEL lasers Very Cavity Surface Emitting Lasers
  • semiconductor lasers in particular surface emitters, in which the light is emitted perpendicular to the plane of the semiconductor chip, in contrast to the conventional edge emitter, in which the light emerges on one or two flanks of the chip.
  • Advantages of such surface emitter are firstly the low production costs and the low power consumption.
  • the radiation profile with lower output power is better over edge emitters.
  • the VCSEL is characterized by the fact that it is single-mode available and the wavelength is tunable.
  • the invention further comprises the use of a combination of at least one inorganic metal-phosphate compound and a stabilizer and optionally at least one synergist as described and defined herein for the production of electrically conductive structures, preferably interconnect structures, by means of laser light on a non-conductive support material ,
  • the invention also encompasses a support material having electrically conductive structures, preferably conductor track structures, on its surface, wherein the support material finely distributed or dissolved therein contains at least one inorganic metal phosphate compound and at least one stabilizer and optionally at least one synergist, as described herein are described and defined.
  • metal-phosphate compounds water-free iron (II) - orthophosphate of the general formula Fe3 (P0 4 ) 2 and crystal water-free iron (II) metal orthophosphate, iron (II) Metal phosphonate, iron (II) metal pyrophosphate or iron (II) metal metaphosphate of the general formula Fe a Metb (PO c ) d.
  • the attached figures show X-ray diffractograms of the metal phosphate compounds prepared according to the preparation examples.
  • FIG. 1 shows the X-ray diffractogram of the invention according to the production example
  • X-ray diffraction (XRD) measurements were made on a D8 Advance A25 diffractometer (Bruker) using CuKa radiation.
  • Elemental analyzes were performed by X-ray fluorescence analysis (XRF) using the Axios FAST spectrometer (PANalytical) to determine and confirm the stoichiometries of the products produced.
  • XRF X-ray fluorescence analysis
  • PANalytical Axios FAST spectrometer
  • the plates were irradiated with a Nd: YAG laser (Trumpf) with a wavelength of 1064 nm and structures were generated. There was a uniform metal deposition (metal nuclei), which was suitable as tracks or precursor of interconnects.
  • Iron (II) magnesium phosphate of the formula Fe 2 Mg (PO 4) 2 was dry mixed with 1% by weight of disodium dihydrogen phosphate, Na 2 H 2 P 2 O 7. 5% by weight of the mixture were incorporated by means of an extruder (type ZSK18 from Coperion GmbH) into a polyamide 6,6 (Ultramid TM from BASF) and granules were produced. The granules were further processed into plates of size 3 cm ⁇ 4 cm ⁇ 3 mm. The plates were irradiated with a Nd: YAG laser (Trumpf) with a wavelength of 1064 nm and produced electrically conductive structures.
  • Nd: YAG laser Trumpf
  • LDPE Lipolen TM 1800 S from LyondellBasell
  • the granules were further processed into plates of size 3 cm ⁇ 4 cm ⁇ 3 mm. There was a slight gray coloration in the plastic, but no deposition on the shaft of the extruder.
  • the plates were irradiated with a Nd: YAG laser (Trumpf) with a wavelength of 1064 nm and structures were generated. There was a uniform formation of conductive structures, which were suitable as tracks or precursor of interconnects.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, mittels Laserlicht auf einem nichtleitenden Trägermaterial (LDS-Verfahren), dadurch gekennzeichnet, dass man ein nichtleitendes Trägermaterial bereitstellt, welches darin fein verteilt oder gelöst wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung und wenigstens einen Stabilisator enthält, das Trägermaterial in Bereichen mittels Laserlicht bestrahlt unter Erzeugung der elektrisch leitenden Strukturen in den bestrahlten Bereichen.

Description

Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen auf einem Trägermaterial
GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Metallstrukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, mittels Laserlicht auf einem nichtleitenden Trägermaterial sowie die Verwendung einer Kombination aus wenigstens einer anorganischen Metall-Phosphat-Verbindung und einem Stabilisator in einem solchen Verfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus der Literatur ist eine Vielzahl verschiedener Verfahren zur feinstrukturierenden Metallisierung von Oberflächen bekannt. Anwendung finden solche Verfahren beispielsweise bei der Herstellung von spritzgegossenen Schaltungsträgern, sogenannten "Moulded Interconnect Devices" (MID). Beim Aufbringen von elektrisch leitenden Metallstrukturen, insbesondere Leiterbahnstrukturen, auf ein Trägermaterial unterscheidet man zwischen Additivtechniken und Subtraktivtechniken. Bei der Additivtechnik wird das Leitermetall, in der Regel Kupfer, nur auf die erforderlichen Stellen wie Leiterzüge, Lötaugen etc. aufgebracht. Bei der Subtraktivtechnik wird hingegen die gesamte Oberfläche des Trägermaterials mit dem Leitermetall kaschiert und anschließend ein Atzresist aufgebracht. Der Atzresist wird dabei entweder bereits strukturiert aufgebracht, beispielsweise mittels Siebdruck, oder er wird vollflächig aufgebracht und anschließend z. B. durch Bestrahlung mittel Laserlicht strukturiert entfernt. Danach wird das darunter freigelegte Leitermetall, das nicht von dem Atzresist abgedeckt ist, weggeätzt, sodass die gewünschten Leiterbahnstrukturen zurückbleiben. Bei bekannten Additivtechniken werden zunächst alle nicht zu metallisierenden Bereiche mittels Siebdruck- oder Photomaske abdeckt, anschließend eine Haftvermittlungs- und Aktivierungsschicht auf die nicht abgedeckten Bereiche aufgebracht und danach eine außenstromlose Verkupferung durchführt.
Ein moderneres, aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften weit verbreitetes additives Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnstrukturen ist die Laser-Direkt-Strukturierung (Laser Direct Structuring; LDS). Das Verfahren umfasst das Auf- oder Einbringen von nichtleitenden Metallkomplexen oder Metallsalzen, die bei Laserbestrahlung Metallisierungskeime freisetzen, auf oder in ein thermoplastisches Dielektrikum und anschließende Bestrahlung der gewünschten Strukturen mittels Laserlicht zur Initiierung der Metallkeimbildung. Nach anschließender chemischer Metallisierung können so feine, festhaftende Leiterbahnstrukturen erhalten werden. Die zu diesem Zweck im Stand der Technik beschriebenen Metallkomplexe weisen jedoch oftmals eine geringe Stabilität in den Verarbeitungsprozessen zur Herstellung der thermoplastischen Trägermaterialien, wie z.B. Extrusion oder Spritzguss, auf, was zu Ablagerungen auf den Metalloberflächen der Verarbeitungswerkzeuge führt. Die Anwendung der meist schwermetallhaltigen Komplexe ist zudem in den meisten Fällen von ökologischen und toxikologischen Bedenken begleitet. Weiterhin können die verwendeten Komplexe zu unerwünschten Nebenreaktionen in den verwendeten Materialien, wie beispielsweise Kunststoffabbau, führen oder sie besitzen eine starke Eigenfärbung, wodurch das Trägermaterial eine unerwünschte Färbung erhält.
EP 0 917 597 B1 betrifft beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnstrukturen, bei dem ein nichtleitender organischer Schwermetallkomplex, insbesondere ein Pd-haltiger Schwermetallkomplex, als Beschichtung auf ein nichtleitendes Trägermaterial aufgebracht wird. Im Bereich der zu erzeugenden Leiterbahnstrukturen wird diese Komponente durch UV- Strahlung unter Freisetzung von Schwermetallkeimen aufgebrochen und anschließend chemisch reduktiv metallisiert. Das Trägermaterial für dieses Verfahren muss entweder per se eine mikroporöse Struktur aufweisen oder die Schwermetallkomponente muss mit Hilfe eines Bindemittels auf dem Trägermaterial fixiert werden. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass im Laufe der UV-Bestrahlung keine ablativen Partikel auftreten, weshalb kein zusätzlicher Reinigungsschritt im Anschluss an die Bestrahlung erforderlich ist. Nachteilig sind jedoch die thermisch begrenzte Stabilität der organischen Komponente des Schwermetallkomplexes sowie aus ökologischer und toxikologischer Sicht die Verwendung von Schwermetallen. Zudem werden die Schwermetallkomplexe als Lösung in meist hochpolaren Lösungsmitteln auf die Oberfläche des porösen Trägermaterials aufgebracht, was einen langen Trocknungsprozess von in der Regel mehr als 10 h zur Folge hat, an den sich dann die Laserstrukturierung anschließt. Zudem sind die eingesetzten Lösungsmittel, bei Pd-haltigem Schwermetallkomplex beispielsweise Dimethylformamid, ebenfalls unter toxikologischen und ökologischen Gesichtspunkten nachteilig.
EP 1 191 127 B1 offenbart ein Verfahren zur selektiven Metallisierung von dielektrischen Materialien, bei dem das Dielektrikum mit einer Aktivierungsschicht aus leitendem Material haftfest belegt und durch Laserbestrahlung ohne Maske eine Strukturierung erhalten wird. Diese wird im Anschluss elektrolytisch oder stromlos metallisiert. Als leitende Materialien werden mit Pd- oder Cu-Keimen belegte leitende Polymere, Metallsulfide oder Metallpolysulfide eingesetzt. Wesentliche Nachteile dieses Verfahren sind die verhältnismäßig hohen Kosten der elektrisch leitfähigen Materialien, wie die leitfähigen Polymere, sowie die toxikologische und ökologische Bedenklichkeit der Schwermetallverbindungen. Außerdem können diese zu unerwünschten Abbau- und Nebenreaktionen im Dielektrikum führen. Weiterhin erfordert dieses sehr komplexe Verfahren eine Vielzahl von Aufarbeitungsschritten, beispielsweise Konditionierung, Katalysator- Fixierung, Removing, etc., mit aufwendig zu handhabenden Chemikalien, KMnC , H2O2, H2SO4, H3BO3. EP 1 274 288 B1 offenbart ein Verfahren, das als keimbildende Komponente nichtleitende, thermisch hochstabile Komplexe von Schwermetallen der d- und f-Blöcke nutzt, die auch nach der Laserstrukturierung im Umfeld der Leiterbahnstrukturen unverändert auf der Oberfläche des Trägermaterials verbleiben können. Diese sind auch nach Einwirkung der Löttemperaturen und in den für die Metallisierung eingesetzten sauren oder alkalischen Metallisierungsbädern stabil. Wesentliche Nachteile dieses Verfahrens sind die hohen Kosten der Übergangsmetallverbindungen und deren toxikologische und ökologische Bedenklichkeit sowie mögliche Nebenreaktionen durch die Übergangsmetallverbindungen im Laufe des Verarbeitungsprozesses.
AUFGABE
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Metallstrukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, auf einem nichtleitenden Trägermaterial bereitzustellen, welches insbesondere die Verwendung von Schwermetallkomplexen vermeidet oder zumindest reduziert und damit toxikologisch und ökologisch weniger bedenklich ist als bekannte Verfahren, keine oder weniger Ablagerungen auf den Verarbeitungswerkzeugen verursacht und vergleichsweise einfach und kostengünstig ist. BESCHREIBUNGS DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, mittels Laserlicht auf einem nichtleitenden Trägermaterial (LDS-Verfahren), dadurch gekennzeichnet, dass man
ein nichtleitendes Trägermaterial bereitstellt, welches darin fein verteilt oder gelöst wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung und wenigstens einen
Stabilisator enthält, das Trägermaterial in Bereichen mittels Laserlicht bestrahlt unter Erzeugung der elektrisch leitenden Strukturen in den bestrahlten Bereichen, wobei die wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus
Kupferhydroxidphosphat der allgemeinen Formel Cu2(OH)P04,
kristallwasserfreiem Eisen(ll)-Orthophosphat der allgemeinen Formel Fe3(P04)2 oder - kristallwasserfreiem Eisen(ll)-Metall-Orthophosphat, Eisen(ll)-Metall-Phosphonat,
Eisen(ll)-Metall-Pyrophosphat oder Eisen(ll)-Metall-Metaphosphat der allgemeinen Formel FeaMetb(POc)d, worin a eine Zahl von 1 bis 5 ist, b eine Zahl von >0 bis 5 ist, c eine Zahl von 2,5 bis 5 ist, d eine Zahl von 0,5 bis 3 ist und wobei Met ein oder mehrere Metalle repräsentiert, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, den Übergangsmetallen (d-Block), insbesondere Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Cu, Zn, Co, Ni, Ag, Au, den Metallen und Halbmetallen der dritten, vierten und fünften Hauptgruppe, insbesondere B, AI, Ga, In, Si, Sn, Sb, Bi, und den
Lanthanoiden, oder Kombinationen der vorgenannten Phosphate, wobei der wenigstens eine Stabilisator ausgewählt ist aus Verbindungen der Gruppe, bestehend aus Brönsted-Säuren und Lewis-Säuren, wobei eine Brönsted Säure als protonenübertragende Verbindung und eine Lewis Säure als nicht-protonenübertragende Elektronenmangelverbindung definiert ist.
Die mittels Laserbestrahlung erzeugten elektrisch leitenden Strukturen können elementares Metall, elektrisch leitendes Metalloxid, elektrisch leitender Kohlenstoff, elektrisch leitende Kohlenstoffverbindung oder eine Kombination aus vorgenanntem sein. Es wurde überraschend gefunden, dass durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Stabilisators in Kombination mit der wenigstens einen anorganischen Metall-Phosphat- Verbindung besonders günstige Reaktionsbedingungen für die Erzeugung elektrisch leitender Strukturen unter Lasereinwirkung geschaffen werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Stabilisator Zersetzungsreaktionen durch thermische und mechanische Einwirkung, die im Laufe der Prozessierung zu Metallablagerungen auf den Verarbeitungsgeräten (Extrusionsschnecke, Spritzgussform, etc.) führten können, verhindert oder zumindest reduziert.
Der Begriff Brönsted-Säure bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Verbindung, die als Protonendonator wirkt und an einen zweiten Reaktionspartner, die sogenannte Brönsted- Base, Protonen übertragen kann. Dabei ist die Brönsted-Säure als diejenige Verbindung definiert, deren pKs-Wert kleiner als derjenige des Reaktionspartners ist. Im erfindungsgemäßen Zusammenhang ist der pKs-Wert der Brönsted-Säure kleiner als der pKs-Wert des Wassers, welcher 14 beträgt. Der Begriff Lewis-Säure bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Verbindung, die als elektrophiler Elektronenpaarakzeptor wirkt und somit von einem zweiten Reaktionspartner, der sogenannten Lewis-Base, ein Elektronenpaar unter Ausbildung eines Addukts partiell oder vollständig erhält. Zu den Lewis-Säuren im Sinne der vorliegenden Erfindung zählen Verbindungen i) mit unvollständigem Elektronenoktett, wie: B(CH3)3, BF3, AICI3, FeC , ü) Metallkationen als Zentralatome in chemischen Komplexen, iii) Moleküle mit polarisierten Mehrfachbindungen, iv) Halogenide mit ungesättigter Koordination, wie beispielsweise SiCU oder PF5, v) andere Elektronenpaar-Akzeptoren, beispielsweise kondensierte Phosphate. Ein Trägermaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung kann jedes organische oder anorganische Material umfassen, welches die Kombination aus Metall-Phosphat-Verbindung und Stabilisator des erfindungsgemäßen Verfahrens feinverteilt oder gelöst enthalten kann. Die Metall-Phosphat-Verbindung und der Stabilisator können dabei in einer Ausführungsform der Erfindung homogen im Trägermaterial verteilt sein. Dies hat herstellungstechnische Vorteile, denn eine homogene Verteilung ist mit Hilfe gängiger Verarbeitungsverfahren, wie Schmelze, Extrusion, Strangpressen etc., sehr leicht realisierbar. In einer der weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Metall-Phosphat-Verbindungen und der Stabilisator in bestimmten Bereichen des Trägermaterials höher konzentriert als in anderen Bereichen. In einer Ausführungsform sind die Metall-Phosphat- Verbindung und der Stabilisator an der Oberfläche des Trägermaterials, auf der die Metallstrukturen erzeugt werden, bis zu einer bestimmten Eindringtiefe von vorzugsweise 10 μιη bis 5 mm, weiter bevorzugt von 50 μιη bis 3 mm, besonders bevorzugt von 100 μιη bis 1 mm, höher konzentriert als in tiefer liegenden Bereichen. Eine gezielte Anreicherung im oberflächennahen Bereich des Trägermaterials kann zu verbesserten Materialeigenschaften sowie zu besseren Leiterbahnstrukturen führen, da die Metall-Phosphat- Verbindung gerade dort für die Erzeugung der elektrisch leitenden Strukturen benötigt wird. Zudem wird die Erzeugung von elektrisch leitendem Material in tieferen Bereichen im Inneren des Trägermaterials reduziert oder ganz verhindert und dadurch die strukturelle Integrität des Trägermaterials weniger nachteilig beeinflusst.
Die eingesetzten anorganischen Metall-Phosphat-Verbindungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind derart temperaturbeständig, dass sie im Verarbeitungsprozess und unter Einwirkung der Löttemperaturen, die bei der Bearbeitung von Leiterbahnstrukturen zur Anwendung kommen, stabil bleiben, das heißt in diesem Zusammenhang, dass sie bei den erhöhten Temperaturen nicht elektrisch leitend werden und sich nicht zersetzen. Sie verbleiben während des Herstellungsprozesses der Leiterstrukturen und auch danach unverändert im Trägermaterial und im Umfeld der Leiterbahnen. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt, um diese Verbindungen zu entfernen, ist nicht notwendig. In bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist oder umfasst die verwendete wenigstens eine Metall-Phosphat-Verbindung kristallwasserfreies Eisen(ll)-Orthophosphat der allgemeinen Formel Fe3(P04)2 und/oder kristallwasserfreies Eisen(ll)-Metall-Orthophosphat, Eisen(ll)-Metall- Phosphonat, Eisen(ll)-Metall-Pyrophosphat oder Eisen(ll)-Metall-Metaphosphat der allgemeinen Formel FeaMetb(POc)d. Diese Eisenverbindungen bieten eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber bisher in bekannten LDS-Verfahren eingesetzten Metallverbindungen. Sie sind wirtschaftlicher und kostengünstiger herstellbar, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten von Trägermaterialien mit elektrisch leitenden Strukturen, insbesondere Leiterplatten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auswirkt. Darüber hinaus besitzen sie eine hohe Absorption im nahen Infrarot (NIR)-Bereich, während sie nur eine schwache Absorption im sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Dadurch wird die Farbe des Trägermaterials nicht wesentlich beeinflusst, während sie gleichzeitig effizient mittels Laserlicht im NIR-Bereich aktiviert werden können. Es wird angenommen, dass die hohe Absorptionsfähigkeit im NIR-Bereich durch die Kristallstruktur der erfindungsgemäßen Verbindungen bedingt ist. Dadurch wird eine besonders hohe Ausbeute des eingestrahlten Laserlichts in Bezug auf die eingesetzte Masse an Metall-Phosphat-Verbindung erreicht. Diese Eigenschaften erlauben es, die Anteile dieser (und auch anderer) Zuschlagstoffen, die dem Trägermaterial zugesetzt werden, gering zu halten, um damit einhergehende nachteilige Einflüsse auf die Materialeigenschaften des Trägermaterials so gering wie möglich zu halten.
Die erfindungsgemäß als Stabilisator eingesetzten Brönsted-Säuren und/oder Lewis-Säuren sind zweckmäßigerweise unter solchen Säuren ausgewählt, die derart temperaturbeständig sind, dass sie im Verarbeitungsprozess und nach Einwirkung der Löttemperaturen stabil bleiben und sich unter diesen und anderen angewendeten Bedingungen nicht zersetzen.
Erfindungsgemäß als Stabilisator geeignete und bevorzugte Brönsted-Säuren umfassen Sauerstoffsäuren des Phosphors mit Phosphor in der Oxidationsstufe +V, +IV, +III, +II oder +l, Schwefelsäure, Salpetersäure, Flusssäure, Kieselsäure, aliphatischen und aromatischen Carbonsäuren und Salzen der vorgenannten Säuren. Vorzugsweise sind die Sauerstoffsäuren des Phosphors und deren Salze ausgewählt unter Phosphorsäure, Diphosphorsäure, Polyphosphoräuren, Hypodiphosphorsäure, Phosphonsäure, Diphosphonsäure, Hypodiphosphonsäure, Phosphinsäure und Salzen der vorgenannten Säuren. Die aliphatischen und aromatischen Carbonsäuren und deren Salze sind vorzugsweise ausgewählt unter Essigsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Phthalsäure, Sulfonsäuren, Benzoesäure und Salzen der vorgenannten Säuren. Vorteilhaft sind Säuren, die mit dem Trägermaterial gut mischbar sind, sich während der Einarbeitung des Stabilisators in das Trägermaterial nicht zersetzen und die Materialeigenschaften nicht oder nur gering beeinflussen.
Erfindungsgemäß als Stabilisator geeignete und bevorzugte Lewis-Säuren umfassen Natrium- Aluminium-Sulfat (SAS), Monocalciumphosphat-Monohydrat (MCPM), Dicalciumphosphat- Dihydrat (DCPD), Natrium-Aluminium-Phosphat (SALP), Calcium-Magnesium-Aluminium- Phosphat, Calciumpolyphosphat, Aluminiumchlorid, Bortrifluorid, Magnesiumpolyphosphat, Aluminiumhydroxid, Borsäure, Alkylborane, Aluminiumalkyle, Eisen(ll)-Salzen und Gemische der vorgenannten. Lewis Säuren haben gegenüber Brönsted-Säuren den Vorteil, dass sie während des Verarbeitungs- und Strukturierungsprozesses kein Wasser abspalten und freisetzen, welches zu Aufschäumen, Rissbildung oder Ablation des Trägermaterials oder zu Oxidationsreaktionen der Metall-Phosphat-Verbindung führen könnte. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stabilisator eine Kombination aus wenigstens einer Brönsted-Säure und wenigstens einer Lewis-Säure. Eine solche Kombination hat den Vorteil, dass durch die in der Regel sehr hohe Stabilität der vielfältig verfügbaren Brönsted-Säuren sehr leicht vorteilhafte Bedingungen für die Erzeugung elektrisch leitender Strukturen und eine erhöhte Stabilität der Metall-Phosphat-Verbindung im Prozessierungsschritt erreicht werden kann. Gleichzeitig kann durch den Zusatz der wenigstens einen Lewis-Säure gegebenenfalls freiwerdendes Wasser, welches das Laserstrukturierungsergebnis negativ beeinflussen könnte, abgefangen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber den bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik den Vorteil, dass auch ohne zusätzliche chemisch reduktive oder elektrolytische Metallabscheidung gute Leiterstrukturen erhalten werden können. Die Herstellung von Trägermaterialien mit elektrisch leitenden Strukturen kann dadurch wesentlich vereinfacht und kostengünstiger durchgeführt werden. Es können sehr schnell und wirtschaftlich individuelle Leiterbahnstrukturen auch auf komplexen Trägermaterialien hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet auch sehr flexible Produktionsmöglichkeiten und Änderungen der erzeugten Leiterbahnstrukturen, da Masken, wie Siebdruckmasken oder Photomasken, nicht erforderlich sind und zusätzliche Metallisierungsschritte je nach Anforderungen entfallen können. Auch auf den Einsatz von Resiststoffen kann verzichtet werden, wodurch zusätzliche Chemikalien und Prozessschritte in erheblichem Maße eingespart werden können. Komplexe und schwer handhabbare Ätz- und Strip-Schritte werden nicht benötigt. Bei der Laserstrukturierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Ausschussrate im Vergleich zu anderen Verfahren gering, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden können. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an den mittels Laserlicht erzeugten elektrisch leitenden Strukturen chemisch reduktiv oder elektrolytisch Metall abgeschieden. Hierdurch kann die elektrische Leitfähigkeit der Strukturen weiter erhöht werden. Die chemisch reduktive Metallisierung kann mit Vorteil nasschemisch in einem Metallbad erfolgen, bevorzugt in einem Kupfer-, Nickel-, Silber- oder Goldbad, besonders bevorzugt in einem Kupferbad. Entsprechende Techniken und Verfahren hierfür sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Die chemisch reduktive Metallisierung hat den Vorteil gegenüber der elektrolytischen Metallisierung, dass bei diesem Verfahren die oftmals erforderlichen Hilfsleiter, die als Strombrücken zwischen isolierten Leiterbahnbereichen dienen, nicht erforderlich sind und, anders als bei der elektrolytischen Metallisierung, im Anschluss nicht in einem weiteren Prozessschritt, beispielsweise durch Laserbehandlung, wieder entfernt werden müssen.
Das Trägermaterial mit den darauf erzeugten elektrisch leitenden Strukturen eignet sich beispielsweise für die Verwendung als Leiterplatten für elektrische Schaltkreise. Die elektrisch leitenden Strukturen können auch als Antennenstrukturen ausgebildet sein, welche als Antennen für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise in Mobilfunkgeräten, einsetzbar sind. In beiden Fällen können die erzeugten elektrisch leitenden Strukturen mit oder ohne zusätzliche chemisch reduktive oder elektrolytische Metallabscheidung eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das nichtleitende Trägermaterial die wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 45 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0, 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung aus der Summe der Masse des nichtleitenden Trägermaterials und der zugesetzten Stoffe. Ein zu geringer Anteil sorgt für eine zu geringe Dichte an Metall-Phosphat- Verbindung, wodurch schlecht ausgebildete Leiterbahnen entstehen können, wohingegen ein zu hoher Anteil Metall-Phosphat-Verbindung zu einer Beeinträchtigung der Materialeigenschaften des nichtleitenden Trägermaterials führen kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das nichtleitende Trägermaterial den wenigstens einen Stabilisator in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 25 Gew.- %, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung aus der Summe der Masse des nichtleitenden Trägermaterials und der zugesetzten Stoffe. Ein zu geringer Anteil sorgt für eine zu geringe Dichte an Stabilisator, wodurch der positive Effekt des Stabilisators in Bezug auf die Ausbildung der Leiterstrukturen im Laserstrukturierungsvorgang und die Stabilität im Verarbeitungsprozess verringert werden können, wohingegen ein zu hoher Anteil an Stabilisator zu einer Beeinträchtigung der Materialeigenschaften des nichtleitenden Trägermaterials führen kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das nichtleitende Trägermaterial zusätzlich wenigstens einen Synergisten, welcher unter Metallphosphaten, Metalloxiden oder Gemischen davon ausgewählt ist. Vorzugsweise sind die Metallatome der Metallphosphate, Metalloxide oder Gemische davon aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Cu, Au, Ag, Pd, Pt, Fe, Zn, Sn, Ti, AI. Es wurde überraschend gefunden, dass der Synergist den Prozess der Metallkomplexzersetzung und der Metallabscheidung auf der Oberfläche des Trägermaterials unterstützt. Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäß geeignete Synergisten aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Kupferphosphat, Trikupferdiphosphat, Kupferpyrophosphat, Zinnphosphat, Zinkphosphat, Titanoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Eisenoxid. Die eingesetzten Synergisten sind zweckmäßigerweise hinsichtlich ihrer Temperaturbeständigkeit so ausgewählt, dass sie im Verarbeitungsprozess und nach Einwirkung der Löttemperaturen stabil bleiben und sich in den für eine gegebenenfalls durchgeführte Metallisierung eingesetzten Bädern nicht zersetzen. Zweckmäßigerweise enthält das nichtleitende Trägermaterial den wenigstens einen Synergisten in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung aus der Summe der Masse des nichtleitenden Trägermaterials und der zugesetzten Stoffe. Ein zu geringer Anteil sorgt für eine zu geringe Dichte an Synergist, wodurch der positive Effekt des Synergisten in Bezug auf die Ausbildung der Leiterstrukturen im Laserstrukturierungsvorgang verringert werden kann, wohingegen ein zu hoher Anteil an Synergist zu einer Beeinträchtigung der Materialeigenschaften des nichtleitenden Trägermaterials führen kann.
Geeignete Mengen und ein geeignetes Verhältnis von Metall-Phosphat-Verbindung, Stabilisator und gegebenenfalls Synergist kann der Fachmann für ein gegebenes Trägermaterial in Kenntnis der Erfindung durch einfache Versuche ermitteln und werden u. a. von dem verwendeten Trägermaterial und der gewünschten Leiterbahnstrukturierung unter Berücksichtigung der anzuwendenden Verfahrensbedingungen und dem zu verwendenden Laser abhängen.
Das erfindungsgemäße nichtleitende Trägermaterial ist zweckmäßigerweise aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus thermoplastischen Kunststoffen, duroplastischen Kunststoffen, Elastomeren, Gläsern, Keramiken, natürlichen oder synthetischen Lacken, natürlichen oder synthetischen Harzen, Silikonen oder Kombinationen oder Mischungen davon. Bevorzugt ist das nichtleitende Trägermaterial ein thermoplastischer oder ein duroplastischer Kunstoff. Besonders bevorzugt ist das nichtleitende Trägermaterial aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Polyvinylbutyral (PVB), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyester wie Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylenoxid, Polyacetal, Polymethacrylat, Polyoxymethylen, Polyvinylacetal, Polystyrol, Acryl-Butadien-Styrol (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polycarbonat (PC), Polyethersulfon, Polysulfonat, Polytetrafluoroethylen, Polyharnstoff, Formaldehydharz, Melaminharz, Polyetherketon, Polyvinylchlorid, Polylactid, Polysiloxan, Phenolharz, Epoxidharz, Poly(imid), Bismaleimid-Triazin, thermoplastischem Polyurethan, Copolymeren und/oder Mischungen der vorgenannten Polymere, z.B. PC/ABS-Copolymere.
Das nichtleitende Trägermaterial kann weitere Zusätze bzw. Zuschlagstoffe enthalten, beispielsweise Füllstoffe, wie Kieselsäure und/oder deren Derivate, Flammschutzmittel, Glasfasern, Prozesshilfsmittel, Farbpigmente usw., wobei diese Zuschlagstoffe so auszuwählen sind, dass sie die Materialeigenschaften des Trägermaterials und die erfindungsgemäße Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen möglichst nicht nachteilig beeinflussen.
Das Einbringen von Metall-Phosphat-Verbindung, Stabilisator und gegebenenfalls Synergist sowie gegebenenfalls Zuschlagstoffen in ein Polymerträgermaterial kann mit Vorteil über einen sogenannten Masterbatch erfolgen. Ein Masterbatch in Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Polymermatrix in der Form von Granulat oder Pulver, welche die weiteren Stoffe in Konzentrationen enthält, die höher sind als in der Endanwendung. Der Masterbatch oder verschiedene Masterbatches werden zur Herstellung des erfindungsgemäßen Trägermaterials mit weiterem Polymermaterial ohne die im Masterbatch enthaltenen weiteren Stoffe in solchen Mengen bzw. Verhältnissen vereinigt, welche den gewünschten Konzentrationen der weiteren Stoffe im Endprodukt entsprechen. Masterbatches haben gegenüber dem Zusatz von verschiedenen Stoffen in Form von Pasten, Pulvern oder Flüssigkeiten den Vorteil, dass sie eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten und sehr gut zu verarbeiten und zu dosieren sind.
Wenn das nichtleitende Trägermaterial ein Lack ist, kommen erfindungsgemäß beispielsweise Einkomponentenlacke (1 K-Lack) oder Zweikomponentenlacke (2K-Lack) in Betracht. Einkomponentenlacke (1 K-Lacke) enthalten Bindemittel als Dispersion in wässriger Lösung oder gelöst in organischem Lösemittel. Bei Zweikomponentenlacken (2K-Lacke) besteht das Bindemittel aus Harz und Härter. Diese werden getrennt gelagert und kurz vor dem Verarbeiten miteinander gemischt. Sie reagieren chemisch und härten (ohne Trocknung) aus. Manche 2K- Lacke enthalten keine Lösemittel. Bindemittel umfassen natürliche Harze und Öle (Ölfarbe), Pflanzenbestandteile (Chinalack, Japanlack), Ei (Eitempera), Gummi Arabicum (Aquarellfarbe), Kalk (Kalkfarbe), Leim (Leimfarbe), Teer oder Bitumen. Erfindungsgemäß geeignete Lacke umfassen Öllacke, Cellulosenitratlacke, Alkydharzlacke, Polyvinylesterlacke, wie Dispersionen aus Polyvinylacetat, Acrylharzlacke, wie Polayacrylatlacke und Polymethacrylatlacke, Silikonharzlacke, Epoxidharzlacke und Polyurethanlacke.
Das Laserlicht zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis 12.000 nm haben. Bevorzugt ist eine Wellenlänge im Bereich von 700 nm bis 1500 nm, besonders bevorzugt 850 nm bis 1200 nm. Bevorzugt sind Nahinfrarot- Laser wie z.B NdYag-Laser, IR-Dioden-Laser, Vcsel-Laser und Excimer-Laser. Geeignet ist der Einsatz von Excimer Lasern, wie sie aus der Photolithographie bekannt sind. Geeignete Excimer- Laser sind ArF-, KrF-, XeCI-, XeF- und KrCI-Laser. Der Einsatz von Excimer-Lasern erlaubt die Ausbildung sehr scharfer Konturen der Strukturen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines KrF-Excimerlasers mit einer Wellenlänge von 248 nm, insbesondere wenn das Trägermaterial ein thermoplastisches Polymermaterial ist. Der Laser erlaubt die Strukturierung ohne wesentliche Aufheizung und allenfalls unter minimalem Aufschmelzen des Materials im Einwirkbereich des Lasers. Darüber hinaus wird eine sehr hohe Begrenzungsschärfe erreicht.
Vorteilhaft ist auch der Einsatz von Nd:YAG-Lasern, wie sie aus der Medizintechnik bekannt sind. Besonders geeignet sind Nd:YAG-Laser mit Wellenlängen von 1064 nm, 946 nm, 532 nm oder 473 nm, wobei ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm besonders bevorzugt ist, da damit die Laserstrukturierung besonders schonend erfolgen kann und wenig Verkohlung oder ähnliche Abbaureaktionen des Trägermaterials auftreten.
Erfindungsgemäß geeignet sind auch VCSEL-Laser (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Dabei handelt es sich um Halbleiterlaser, speziell um Oberflächenemitter, bei denen das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird, im Gegensatz zum herkömmlichen Kantenemitter, bei dem das Licht an ein oder zwei Flanken des Chips austritt. Vorteile solcher Oberflächenemitter sind zum einen die geringen Herstellungskosten und der geringe Stromverbrauch. Zum anderen ist das Strahlungsprofil bei gleichzeitig geringerer Ausgangsleistung besser gegenüber Kantenemittern. Der VCSEL zeichnet sich dadurch aus, dass er monomodig verfügbar und die Wellenlänge abstimmbar ist. Dies ermöglicht es, gezielt die geeignete Wellenlänge auszuwählen, beispielsweise die Wellenlänge, bei der die erfindungsgemäß eingesetzte Metall-Phosphat-Verbindung die höchste Absorption aufweist, oder bei der störende Effekte der Laserbestrahlung besonders gering gehalten werden. Dadurch kann erfindungsgemäß ein sehr präzises Laserstrukturierungsergebnis erzielt werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung einer Kombination aus wenigstens einer anorganischen Metall-Phosphat-Verbindung und einem Stabilisator sowie gegebenenfalls wenigstens einem Synergisten, wie sie hierin beschrieben und definiert sind, zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, mittels Laserlicht auf einem nichtleitenden Trägermaterial.
Des Weiteren umfasst die Erfindung auch ein Trägermaterial mit elektrisch leitenden Strukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, an dessen Oberfläche, wobei das Trägermaterial darin fein verteilt oder gelöst wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung und wenigstens einen Stabilisator sowie gegebenenfalls wenigstens einen Synergisten enthält, wie sie hierin beschrieben und definiert sind.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie von Herstellungsbeispielen für erfindungsgemäß als Metall-Phosphat-Verbindungen geeignetes kristallwasserfreies Eisen(ll)- Orthophosphat der allgemeinen Formel Fe3(P04)2 und kristallwasserfreies Eisen(ll)-Metall- Orthophosphat, Eisen(ll)-Metall-Phosphonat, Eisen(ll)-Metall-Pyrophosphat oder Eisen(ll)-Metall- Metaphosphat der allgemeinen Formel FeaMetb(POc)d weiter erläutert. Die angefügten Figuren zeigen Röntgendiffraktogramme der nach den Herstellungsbeispielen hergestellten Metall- Phosphat-Verbindungen.
Figur 1 zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
1 hergestelltem kristallwasserfreiem Fe2P207. zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
2 hergestelltem Phasengemisch von kristallwasserfreiem Mgi,5Fei,5(P04)2 und Fe3(P04)2.
zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
3 hergestelltem kristallwasserfreiem Fe3(P04)2.
zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
4 hergestelltem kristallwasserfreiem KFe(P04).
zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
5 hergestelltem kristallwasserfreiem KFeo,9oZno,io(P04).
zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
6 hergestelltem kristallwasserfreiem KFeo,75Zno,25(P04).
zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
7 hergestelltem kristallwasserfreiem KFeo,75Mno,25(P04).
zeigt das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß nach Herstellungsbeispiel
8 hergestelltem kristallwasserfreiem BaFeP207.
BEISPIELE Röntgendiffraktometrie (XRD)
Von den gemäß den nachfolgenden Beispielen hergestellten Produkten wurden Röntgenbeugungsmessungen (XRD) an einem Diffraktometer des Typs D8 Advance A25 (Firma Bruker) unter Verwendung von CuKa-Strahlung durchgeführt. Die Produkte und deren Kristallstrukturen wurden anhand entsprechender Referenzdiffraktogramme (Powder Diffraction Files; PDF) der Datenbank des ICDD (International Centre for Diffraction Data), vormals JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) identifiziert. Sofern für die hergestellten Produkte keine PDF-Karten zur Verfügung standen, wurden PDF-Karten isotyper Verbindungen (= Verbindungen vom gleichen Strukturtyp) verwendet.
Elementaranalyse
Zur Ermittlung und Bestätigung der Stöchiometrien der hergestellten Produkte wurden Elementaranalysen mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) unter Verwendung des Spektrometers Axios FAST (Firma PANalytical) durchgeführt.
Herstellungsbeispiel 1 - kristallwasserfreies Fe2P2Ü7
Eine Suspension aus i) 35,5 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ii) 16,5 kg 98%iger Phosphonsäure [H3PO3],
iii) 26,5 kg 75%iger Phosphorsäure [H3PO4] und
LM: 220 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 4 h unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 700°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein fast farbloses bis zart rosafarbenes Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 1 gezeigt. Das Produkt wurde anhand der PDF-Karte 01-072-1516 identifiziert.
Herstellungsbeispiel 2 - Phasengemisch aus kristallwasserfreiem Mgi,sFei,s(P04)2 und
Eine Suspension aus
i) 8,45 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ü) 7,95 kg 98%iger Phosphonsäure [H3PO3],
iü) 19,6 kg Eisen(lll)-Phosphat-Dihydrat [FeP04 2H20],
iv) 8,43 kg Magnesiumcarbonat [MgCOs] und
LM: 160 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 3 h unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 750°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein fast farbloses Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 2 gezeigt. Das Produkt wurde als anhand der PDF-Karten als ein Phasengemisch aus einer Hauptphase Mgi,sFei,5(P04)2 (PDF-Karte 01-071-6793) und einer Nebenphase Fe3(P04)2 (PDF-Karte 00-49-1087) identifiziert.
Herstellungsbeispiel 3 - kristallwasserfreies Fe3(P04)2
Eine Suspension aus
i) 21 ,75 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ii) 12,15 kg 98%iger Phosphonsäure [H3PO3],
iii) 10,3 kg Eisen(lll)-Phosphat-Dihydrat [FeP04 2H20] und
LM: 140 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 90 Minuten unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 750°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein fast farbloses Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 3 gezeigt. Das Produkt kristallisiert in der Graftonit-Struktur und wurde anhand der PDF-Karte 00-49-1087 identifiziert. Das Produkt wurde derart vermählen, dass 50 Gew.-% des Produkts eine Teilchengröße von weniger als 3 μιη hatten. Die Partikelgrößenverteilung des gemahlenen Produkts ist in Figur 9 gezeigt.
Herstellungsbeispiel 4 - Herstellung von kristallwasserfreies KFe(P04)
Eine Suspension aus
i) 1 1 ,80 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ii) 10,70 kg 98%iger Phosphonsäure [H3P03],
iii) 24,8 kg Eisen(lll)-Phosphat-Dihydrat [FeP04 2H20]
IV) 29,8 kg 50%iger Kalilauge [KOH]
V) 1 ,0 kg 75%iger Phosphorsäure [H3P04] und
LM: 1 10 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 3 h unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 650°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein blass hellgrünes Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 4 gezeigt. Das Produkt wurde anhand der PDF-Karte 01-076- 4615 identifiziert.
Herstellungsbeispiel 5 - kristallwasserfreies KFeo,9oZno,io(P04)
Eine Suspension aus
i) 10,60 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ii) 9,65 kg 98%iger Phosphonsäure [H3P03],
iii) 22,30 kg Eisen(lll)-Phosphat-Dihydrat [FeP04 2H20]
IV) 2,15 kg Zinkoxid [ZnO]
IV) 29,8 kg 50%iger Kalilauge [KOH]
V) 4, 15 kg 75%iger Phosphorsäure [H3P04] und
LM: 120 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 2 h unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 600°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein hellgraues Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 5 gezeigt. Bei dem Produkt handelt es sich um einen neuen Strukturtyp, der mit der KFe(P04)-Struktur gemäß PDF-Karte 01-076-4615 eng verwandt zu sein scheint.
Herstellungsbeispiel 6 - kristallwasserfreies KFeo,75Zno,25(P04)
Eine Suspension aus
i) 8,85 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ii) 8,05 kg 98%iger Phosphonsäure [H3P03], iii) 18,60 kg Eisen(lll)-Phosphat-Dihydrat [FeP04 2H20]
IV) 5,40 kg Zinkoxid [ZnO]
IV) 29,8 kg 50%iger Kalilauge [KOH]
V) 9,30 kg 75%iger Phosphorsäure [H3P04] und
LM: 120 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 2 h unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 600°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein hellgraues Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 6 gezeigt. Das Produkt ist nicht aus der Literatur bekannt. Es kristallisiert isotyp zu KZn(P04) gemäß PDF-Karte 01-081-1034.
Herstellungsbeispiel 7 - kristallwasserfreies KFeo,75Mno,25(P04)
Eine Suspension aus
i) 8,85 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ii) 8,05 kg 98%iger Phosphonsäure [H3PO3],
iii) 18,60 kg Eisen(lll)-Phosphat-Dihydrat [FeP04 2H20]
IV) 8,85 kg Mangancarbonat-Hydrat [MnC03 H20]
IV) 29,8 kg 50%iger Kalilauge [KOH]
V) 9,30 kg 75%iger Phosphorsäure [H3P04] und
LM: 140 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 2 h unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 600°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein hellgraues Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 7 gezeigt. Das Produkt ist nicht aus der Literatur bekannt. Es kristallisiert isotyp zu KFe(P04) gemäß PDF-Karte 01-076-4615.
Herstellungsbeispiel 8 - kristallwasserfreies BaFeP2Ü7
Eine Suspension aus
i) 8,70 kg Eisen(lll)-Oxidhydroxid [FeO(OH) bzw. Fe203 1 H20],
ii) 8,20 kg 98%iger Phosphonsäure [H3PO3],
iii) 19,05 kg Eisen(lll)-Phosphat-Dihydrat [FeP04 2H20]
IV) 63,09 kg Bariumhydroxid-Oktahydrat [Ba(OH)2 8H20]
V) 26,15 kg 75%iger Phosphorsäure [H3P04] und
LM: 250 kg Wasser
wurde sprühgranuliert. Das so erhaltene Granulat wurde in einem Drehrohrofen bei einer mittleren Verweilzeit von 4 h unter Formiergasatmosphäre (5 Vol-% H2 in N2) bei 800°C temperaturbehandelt. Man erhielt ein hellgraues Produkt. Das Rontgendiffraktogramm (XRD) des Produkts ist in Figur 8 gezeigt. Das Produkt kristallisiert isotyp zu BaCoP207 gemäß PDF-Karte 01-084-1833.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren.
Beispiel 1
1 kg Kupferhydroxidphosphat wurde mit 100 g Titandioxid in einem in einem Reaktor mit Wasser vorgelegt und 1 h gerührt. Die erhaltene Präparation wurde filtriert und bei ca. 120°C bis zu einem Wassergehalt von max. 0,5 Gew.-% getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde mit 1 Gew.-% Dinatriumdihydrogenphosphat, Na2H2P207, trocken gemischt. 5 Gew.-% des Gemisches wurden mittels eines Extruders (Typ ZSK18 der Firma Coperion GmbH) in ein PC/ABS-Copolymer der Firma Sabic (LNP™COLORCOMP™ Compound NX05467) eingearbeitet. Anschließend wurde der Kunststoff mit Hilfe einer Spritzgussmaschine zu ca. 2 mm dicken Platten verarbeitet. Die Platten wurden mit einem Nd:YAG-Laser (Fa. Trumpf) mit einer Wellenlänge von 1064 nm bestrahlt und Strukturen erzeugt. Es fand eine gleichmäßige Metallabscheidung (Metallkeime) statt, die als Leiterbahnen oder Vorstufe von Leiterbahnen geeignet war.
Beispiel 2
Eisen(ll)-Magnesiumphosphat der Formel Fe2Mg(P04)2 wurde mit 1 Gew.-% Dinatriumdihydrogenphosphat, Na2H2P207, trocken gemischt. 5 Gew.-% des Gemisches wurden mittels eines Extruders (Typ ZSK18 der Firma Coperion GmbH) in ein Polyamid 6,6 (Ultramid™ der Firma BASF) eingearbeitet und ein Granulat hergestellt. Das Granulat wurde weiter zu Platten der Größe 3 cm x 4 cm x 3 mm verarbeitet. Die Platten wurden mit einem Nd:YAG-Laser (Fa. Trumpf) mit einer Wellenlänge von 1064 nm bestrahlt und elektrisch leitende Strukturen erzeugt.
Beispiel 3 (Vergleich)
3 Gew.-% Kupferhydroxidphosphat wurden mittels eines Extruders (Typ ZSK18 der Firma Coperion GmbH) in ein Polyamid 6,6 (Ultramid™ der Firma BASF) eingearbeitet. Die Extrusion wurde am oberen Ende des empfohlenen Temperaturbereichs bei 285°C durchgeführt. Dabei kam es zu einer unerwünschten Verfärbung des Kunststoffes. Der zunächst leicht grünliche Compound wechselte seine Farbe zu braun. Zudem wurde eine leichte aber unerwünschte Abscheidung von metallischem Kupfer auf der Welle des Extruders festgestellt. Beispiel 4
4 Gew.-% Kupferhydroxidphosphat und 2 Gew.-% Natrium-Aluminium-Sulfat (SAS) wurden mittels eines Extruders (Typ ZSK18 der Firma Coperion GmbH) in ein Polyamid 6,6 (Ultramid™ der Firma BASF) eingearbeitet und ein Granulat hergestellt. Die Extrusion wurde am oberen Ende des empfohlenen Temperaturbereichs bei 285°C durchgeführt. Das Granulat wurde weiter zu Platten der Größe 3 cm x 4 cm x 3 mm verarbeitet. Es kam zu keiner unerwünschten Verfärbung im Kunststoff und zu keiner Ablagerung von metallischem Kupfer auf der Welle des Extruders. Die Platten wurden mit einem Nd:YAG-Laser (Fa. Trumpf) mit einer Wellenlänge von 1064 nm bestrahlt und Strukturen erzeugt. Es fand eine gleichmäßige Bildung leitfähiger Strukturen statt, die als Leiterbahnen oder Vorstufe von Leiterbahnen geeignet waren.
Beispiel 5
40 Gew.-% Eisen(ll)-Orthophosphat Fe3(P04)2 und 1 Gew.-% Natrium-Aluminium-Sulfat (SAS) wurden mittels eines Extruders (Typ ZSK18 der Firma Coperion GmbH) bei ca. 190°C in ein
LDPE (Lupolen™ 1800 S der Firma LyondellBasell) eingearbeitet und ein Granulat hergestellt.
Das Granulat wurde weiter zu Platten der Größe 3 cm x 4 cm x 3 mm verarbeitet. Es kam zu einer leichten Graufärbung im Kunststoff, aber zu keiner Ablagerung auf der Welle des Extruders.
Die Platten wurden mit einem Nd:YAG-Laser (Fa. Trumpf) mit einer Wellenlänge von 1064 nm bestrahlt und Strukturen erzeugt. Es fand eine gleichmäßige Bildung leitfähiger Strukturen statt, die als Leiterbahnen oder Vorstufe von Leiterbahnen geeignet waren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, mittels Laserlicht auf einem nichtleitenden Trägermaterial (LDS- Verfahren), dadurch gekennzeichnet, dass man
ein nichtleitendes Trägermaterial bereitstellt, welches darin fein verteilt oder gelöst wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung und wenigstens einen Stabilisator enthält, das Trägermaterial in Bereichen mittels Laserlicht bestrahlt unter Erzeugung der elektrisch leitenden Strukturen in den bestrahlten Bereichen, wobei die wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus
Kupferhydroxidphosphat der allgemeinen Formel Cu2(OH)P04,
kristallwasserfreiem Eisen(ll)-Orthophosphat der allgemeinen Formel Fe3(P04)2 oder
kristallwasserfreiem Eisen(ll)-Metall-Orthophosphat, Eisen(ll)-Metall-Phosphonat, Eisen(ll)-Metall-Pyrophosphat oder Eisen(ll)-Metall-Metaphosphat der
allgemeinen Formel FeaMetb(POc)d, worin a eine Zahl von 1 bis 5 ist, b eine Zahl von >0 bis 5 ist, c eine Zahl von 2,5 bis 5 ist, d eine Zahl von 0,5 bis 3 ist und wobei Met ein oder mehrere Metalle repräsentiert, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, den Übergangsmetallen (d- Block), insbesondere Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Cu, Zn, Co, Ni, Ag, Au, den Metallen und Halbmetallen der dritten, vierten und fünften
Hauptgruppe, insbesondere B, AI, Ga, In, Si, Sn, Sb, Bi, und den Lanthanoiden, oder Kombinationen der vorgenannten Phosphate, wobei der wenigstens eine Stabilisator ausgewählt ist aus Verbindungen der Gruppe, bestehend aus Brönsted-Säuren und Lewis-Säuren, wobei eine Brönsted Säure als protonenübertragende Verbindung und eine Lewis Säure als nicht-protonenü bertragende Elektronenmangelverbindung definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stabilisator eine Brönsted-Säure ist oder umfasst, ausgewählt unter Sauerstoffsäuren des Phosphors mit Phosphor in der Oxidationsstufe +V, +IV, +III, +II oder +l, Schwefelsäure, Salpetersäure, Flusssäure, Kieselsäure, aliphatischen und aromatischen Carbonsäuren und Salzen der vorgenannten Säuren. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffsäuren des Phosphors und deren Salze ausgewählt sind unter Phosphorsäure, Diphosphorsäure, Polyphosphoräuren, Hypodiphosphorsäure, Phosphonsäure, Diphosphonsäure, Hypodiphosphonsäure, Phosphinsäure und Salzen der vorgenannten Säuren und/oder dass die aliphatischen und aromatischen Carbonsäuren und deren Salze ausgewählt sind unter Essigsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Phthalsäure, Sulfonsäuren, Benzoesäure und Salzen der vorgenannten Säuren.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stabilisator eine Lewis-Säure ist oder umfasst, ausgewählt unter Natrium-Aluminium-Sulfat (SAS), Monocalciumphosphat-Monohydrat (MCPM), Dicalciumphosphat-Dihydrat (DCPD), Natrium-Aluminium-Phosphat (SALP), Calcium- Magnesium-Aluminium-Phosphat, Calciumpolyphosphat, Magnesiumpolyphosphat, Aluminiumhydroxid, Borsäure, Alkylborane, Aluminiumalkyle, Eisen(ll)-Salzen und Gemischen der vorgenannten.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man an den mittels Laserlicht erzeugten elektrisch leitenden Strukturen chemisch reduktiv oder elektrolytisch Metall abscheidet.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende Trägermaterial die wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat- Verbindung in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 45 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0, 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 1 Gew.- % bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung aus der Summe der Masse des nichtleitenden Trägermaterials und der zugesetzten Stoffe, enthält.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende Trägermaterial den wenigstens einen Stabilisator in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 25 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0, 1 Gew.-% bis 20 Gew.- %, besonders bevorzugt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung aus der Summe der Masse des nichtleitenden Trägermaterials und der zugesetzten Stoffe, enthält.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende Trägermaterial weiterhin wenigstens einen Synergisten enthält, welcher unter Metallphosphaten, Metalloxiden oder Gemischen davon ausgewählt ist, wobei der Synergist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Kupferphosphat, Trikupferdiphosphat, Kupferpyrophosphat, Kupfer/Eisenphosphat,
Kupfer/Eisenpyrophosphat, Zinnphosphat, Zinkphosphat, Titanoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Eisenoxid.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende Trägermaterial den wenigstens einen Synergisten in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung aus der Summe der Masse des nichtleitenden Trägermaterials und der zugesetzten Stoffe, enthält.
10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende Trägermaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus thermoplastischen Kunststoffen, duroplastischen Kunststoffen, Elastomeren, Gläsern, Keramiken, natürlichen oder synthetischen Lacken, natürlichen oder synthetischen Harzen, Silikonen oder Kombinationen oder Mischungen davon, wobei das nichtleitende Trägermaterial vorzugsweise ein thermoplastischer oder ein duroplastischer Kunststoff, besonders bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff ist.
1 1. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende Trägermaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Polyvinylbutyral (PVB), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyester wie Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylenoxid, Polyacetal, Polymethacrylat, Polyoxymethylen, Polyvinylacetal, Polystyrol, Acryl- Butadien-Styrol (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polycarbonat, Polyethersulfon, Polysulfonat, Polytetrafluoroethylen, Polyharnstoff, Formaldehydharz, Melaminharz, Polyetherketon, Polyvinylchlorid, Polylactid, Polysiloxan, Phenolharz, Epoxidharz, Poly(imid), Bismaleimid-Triazin, thermoplastischem Polyurethan, Copolymeren und/oder Mischungen der vorgenannten Polymere.
12. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht eine Wellenläge im Bereich von 200 nm bis 12000 nm, bevorzugt 700 nm bis 1500 nm, besonders bevorzugt 850 nm bis 1200 nm, aufweist.
13. Verwendung einer Kombination aus wenigstens einer anorganischen Metall-Phosphat- Verbindung und einem Stabilisator, wie sie in einem der vorausgehenden Ansprüche definiert sind, zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, mittels Laserlicht auf einem nichtleitenden Trägermaterial (LDS- Verfahren). Trägermaterial mit elektrisch leitenden Strukturen, vorzugsweise Leiterbahnstrukturen, an dessen Oberfläche, wobei das Trägermaterial darin fein verteilt wenigstens eine anorganische Metall-Phosphat-Verbindung und wenigstens einen Stabilisator sowie gegebenenfalls wenigstens einen Synergisten enthält, wie sie in einem der vorausgehenden Ansprüche definiert sind.
EP18714226.0A 2017-03-30 2018-03-26 Verfahren zur herstellung von elektrisch leitenden strukturen auf einem trägermaterial Pending EP3601642A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017106913.5A DE102017106913A1 (de) 2017-03-30 2017-03-30 Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen auf einem Trägermaterial
PCT/EP2018/057662 WO2018178022A1 (de) 2017-03-30 2018-03-26 Verfahren zur herstellung von elektrisch leitenden strukturen auf einem trägermaterial

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3601642A1 true EP3601642A1 (de) 2020-02-05

Family

ID=61827734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18714226.0A Pending EP3601642A1 (de) 2017-03-30 2018-03-26 Verfahren zur herstellung von elektrisch leitenden strukturen auf einem trägermaterial

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11718727B2 (de)
EP (1) EP3601642A1 (de)
JP (2) JP7213823B2 (de)
CN (1) CN110475911A (de)
DE (1) DE102017106913A1 (de)
EA (1) EA201991999A1 (de)
MX (1) MX2019011516A (de)
TW (1) TWI757450B (de)
WO (1) WO2018178022A1 (de)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017106911A1 (de) 2017-03-30 2018-10-04 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verwendung von kristallwasserfreien Fe(II)-Verbindungen als Strahlungsabsorber
DE102017106913A1 (de) 2017-03-30 2018-10-04 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen auf einem Trägermaterial
DE102017106912A1 (de) * 2017-03-30 2018-10-04 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verfahren zur Herstellung von Fe(II)P / Fe(II)MetP-Verbindungen
DE102018124344A1 (de) * 2018-10-02 2020-04-02 Chemische Fabrik Budenheim Kg Leitfähige Textilien
CN110137183A (zh) 2019-04-23 2019-08-16 深圳市华星光电技术有限公司 阵列基板及其制造方法
CN110029382B (zh) * 2019-05-22 2021-09-24 电子科技大学 一种用于直接电镀的表面处理工艺及其相关直接电镀工艺
TWI706593B (zh) * 2019-10-02 2020-10-01 川升股份有限公司 天線裝置
CN112636011A (zh) * 2019-10-08 2021-04-09 川升股份有限公司 射频组件组合及天线装置
DE102020111158A1 (de) * 2020-04-23 2021-10-28 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verwendung eines Zusatzes bei der Erzeugung von Kupfer(II)-hydroxid-phosphat
CN111805091A (zh) * 2020-06-09 2020-10-23 深圳市信维通信股份有限公司 一种lap激光镭雕工艺
CN113105054A (zh) * 2021-04-09 2021-07-13 瀚蓝工业服务(嘉兴)有限公司 一种含磷废酸与含铁蚀刻废液综合资源化利用的方法
CN114479410B (zh) * 2022-02-16 2023-08-04 无锡赢同新材料科技有限公司 一种低介电损耗lds工程塑料及其制备方法

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3917294A1 (de) 1989-05-27 1990-11-29 Huels Chemische Werke Ag Mit laserlicht beschriftbare hochpolymere materialien
US5063011A (en) 1989-06-12 1991-11-05 Hoeganaes Corporation Doubly-coated iron particles
US5489639A (en) * 1994-08-18 1996-02-06 General Electric Company Copper salts for laser marking of thermoplastic compositions
US5939039A (en) 1997-01-16 1999-08-17 Orthovita, Inc. Methods for production of calcium phosphate
DE19723734C2 (de) 1997-06-06 2002-02-07 Gerhard Naundorf Leiterbahnstrukturen auf einem nichtleitenden Trägermaterial und Verfahren zu ihrer Herstellung
US6383519B1 (en) 1999-01-26 2002-05-07 Vita Special Purpose Corporation Inorganic shaped bodies and methods for their production and use
ATE279552T1 (de) 2000-09-26 2004-10-15 Enthone Omi Deutschland Gmbh Verfahren zur selektiven metallisierung dielektrischer materialien
DE10053639B4 (de) 2000-10-28 2007-04-12 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verwendung von Eisen-, Cobalt-, Nickel- oder Molybdänsalzen
DE10132092A1 (de) 2001-07-05 2003-01-23 Lpkf Laser & Electronics Ag Leiterbahnstrukturen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10356334B4 (de) 2003-11-28 2016-02-11 Sachtleben Chemie Gmbh Verwendung von thermoplastischen, polymeren Werkstoffen mit hoher IR-Absorption
RS50766B2 (sr) 2005-11-25 2018-01-31 Sicpa Holding Sa Ic apsorbujuća štamparska boja za duboku štampu
DE102006038043A1 (de) 2006-08-14 2008-02-21 Chemische Fabrik Budenheim Kg Laserbeschriftbares Polymermaterial
DE102007012723A1 (de) 2007-03-16 2008-09-18 Basf Se Polynäres Vanadylpyrophosphat
DE102007012724A1 (de) 2007-03-16 2008-09-18 Basf Se Polynäres Metalloxidphosphat
DE102007012725A1 (de) 2007-03-16 2008-09-18 Basf Se Polynäres Metalloxidphosphat
US8168329B2 (en) 2007-06-18 2012-05-01 Advanced Lithium Electrochemistry Co., Ltd. Electrochemical composition and associated technology
US8309640B2 (en) * 2008-05-23 2012-11-13 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. High dielectric constant laser direct structuring materials
TWI474970B (zh) 2008-12-29 2015-03-01 Basf Se 於水熱條件下合成鋰－金屬－磷酸鹽
DE102009001335A1 (de) 2009-03-04 2010-09-09 Chemische Fabrik Budenheim Kg Strahlung absorbierendes Material
WO2010105735A1 (de) * 2009-03-18 2010-09-23 Merck Patent Gmbh Pigment zur lasermarkierung
CN101659406B (zh) 2009-09-25 2011-05-11 四川大学 由磷铁制备磷酸铁的方法
CN102770491B (zh) * 2009-12-21 2015-11-25 三菱化学欧洲合资公司 芳族聚碳酸酯组合物
US9139429B2 (en) 2010-03-02 2015-09-22 Guiqing Huang High performance cathode material LiFePO4, its precursors and methods of making thereof
DE102010003366A1 (de) * 2010-03-26 2011-09-29 Chemische Fabrik Budenheim Kg Laserinduziertes Kunststoffschäumen
US10239267B2 (en) 2010-10-26 2019-03-26 Basell Poliolefine Italia S.R.L. Process for producing injection stretch blow molded polyolefin containers
US20130168133A1 (en) * 2011-03-18 2013-07-04 Mitsubishi Chemical Europe Gmbh Process for producing a circuit carrier
DE102011056815A1 (de) 2011-12-21 2013-08-01 Chemische Fabrik Budenheim Kg Nährstoffzusammensetzung für biologische Systeme
DE102013100583A1 (de) 2013-01-21 2014-07-24 Chemische Fabrik Budenheim Kg Suszeptorsysteme für Verpackungsmaterialien
US20140296411A1 (en) 2013-04-01 2014-10-02 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. High modulus laser direct structuring composites
KR102058072B1 (ko) 2013-06-21 2019-12-20 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. 난연성 레이저 직접 구조화 물질
DE102013112387B3 (de) 2013-11-11 2014-12-24 Chemische Fabrik Budenheim Kg Dotiertes Kupfer-II-Hydroxid-Phosphat, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
CN110272616B (zh) * 2013-11-27 2022-03-15 高新特殊工程塑料全球技术有限公司 通过反射添加剂具有增强镀敷性能和宽激光窗的高模量激光直接构建聚碳酸酯复合材料
EP2886605B2 (de) * 2013-12-20 2021-09-01 Ems-Chemie Ag Kunststoffformmasse und deren Verwendung
US9676927B2 (en) * 2014-04-09 2017-06-13 The Shepherd Color Company Core-shell composite inorganic metal oxides and method of preparing for prevention of thermal oxidative degradation in polymer and resin compositions
EP3188908B1 (de) 2014-09-04 2019-12-04 BYD Company Limited Polymerprodukt, verfahren zur selektiven metallisierung eines polymersubstrats
KR101722744B1 (ko) 2014-10-23 2017-04-03 주식회사 엘지화학 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법과, 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체
CN104387738B (zh) 2014-11-19 2016-08-17 东莞市三条化成实业有限公司 一种白色激光直接成型材料用的激光粉的制备方法
EP3216833B1 (de) 2014-12-01 2022-07-13 LG Chem, Ltd. Polycarbonatharzzusammensetzung und herstellungsverfahren dafür
KR102079655B1 (ko) * 2014-12-12 2020-04-08 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. 폴리머 필름 및 시트의 레이저-직접 구조화 및 제조 방법
KR20180014019A (ko) * 2015-05-28 2018-02-07 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이. 열가소성 중합체 조성물, 이로 제조된 물품 및 이의 제조 방법
JP6749174B2 (ja) 2015-09-03 2020-09-02 三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社 レーザーダイレクトストラクチャリング用ポリエステル系樹脂組成物
DE102017106911A1 (de) * 2017-03-30 2018-10-04 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verwendung von kristallwasserfreien Fe(II)-Verbindungen als Strahlungsabsorber
DE102017106913A1 (de) 2017-03-30 2018-10-04 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen auf einem Trägermaterial
DE102017106912A1 (de) 2017-03-30 2018-10-04 Chemische Fabrik Budenheim Kg Verfahren zur Herstellung von Fe(II)P / Fe(II)MetP-Verbindungen

Also Published As

Publication number Publication date
MX2019011516A (es) 2020-02-05
US11718727B2 (en) 2023-08-08
WO2018178022A1 (de) 2018-10-04
JP2020515717A (ja) 2020-05-28
DE102017106913A1 (de) 2018-10-04
US20200032028A1 (en) 2020-01-30
KR20190133683A (ko) 2019-12-03
JP2022187017A (ja) 2022-12-15
TW201843029A (zh) 2018-12-16
JP7213823B2 (ja) 2023-01-27
JP7376667B2 (ja) 2023-11-08
CN110475911A (zh) 2019-11-19
EA201991999A1 (ru) 2020-02-28
TWI757450B (zh) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3601642A1 (de) Verfahren zur herstellung von elektrisch leitenden strukturen auf einem trägermaterial
DE3341431C3 (de) Verfahren zur Vorbereitung der Oberflächen von Kunstharzsubstraten, insbesondere der Bohrungen von gedruckten Schaltungen, für die chemische Metallabscheidung
DE50105542C5 (de) Leiterbahnstrukturen und Verfahren zu ihrer Herstellung
WO2008087172A1 (de) Verfahren zur herstellung strukturierter, elektrisch leitfähiger oberflächen
WO2014180550A1 (de) Additiv für lds-kunststoffe
WO2003005784A2 (de) Leiterbahnstrukturen und verfahren zu ihrer herstellung
DE102011000138A1 (de) Verfahren zur selektiven Metallisierung eines Substrats sowie ein nach diesem Verfahren hergestellter Schaltungsträger
DE102014008963A1 (de) Additiv für LDS-Kunststoffe
DE1696604B2 (de) Isolierstoff mit katalytisch wirksamen fuellstoffen
WO2018141769A1 (de) Additiv für lds-kunststoffe
DE3047287A1 (de) Verfahren zur herstellung einer gedruckten schaltung
TWI544499B (zh) 用於形成導電圖案之組成物及方法，以及其上具有導電圖案之樹脂結構
EP3601423A1 (de) Verwendung von kristallwasserfreien fe(ii)-verbindungen als strahlungsabsorber
DE2636683C3 (de) Gedruckte Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung
KR102665005B1 (ko) 캐리어 물질 상에 전기 전도성 구조를 제조하는 방법
DE102018124344A1 (de) Leitfähige Textilien
DE2639797A1 (de) Zusammensetzung fuer die aktivierung stromloser metallablagerungen
DE102009045061A1 (de) Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen, strukturierten oder vollflächigen Oberflächen auf einem Träger
KR101983271B1 (ko) 도전성 패턴 형성용 조성물 및 도전성 패턴을 가지는 수지 구조체
DE1696602C (de) Fur die stromlose Metallabschei dung geeignetes Substrat
DE3241579A1 (de) Gedruckte schaltung und druckfarbe fuer deren leiterbahnen
CH530071A (de) Elektrischer Isolierstoff
DD298292A5 (de) Galvanisierbad zur galvanischen abscheidung einer widerstandsschicht

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20191015

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: LITTERSCHEID, CHRISTIAN

Inventor name: GARCIA MARTINEZ, DAVID

Inventor name: FUENDERICH, SVEN

Inventor name: FLORES, JORGE

Inventor name: FUTTERER, THOMAS

Inventor name: WISSEMBORSKI, RUEDIGER

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20221014