WO1998040538A2 - Method for electrolytic deposition of a smooth surface metal on a substrate using graphite dispersion - Google Patents

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Heinrich Meyer
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Definitions

  • the invention relates to a method for the electrolytic deposition of a metal layer with a smooth surface on a substrate.
  • Thin conductive starting layers as the basis for the electrolytic deposition on non-conductive substrates have found widespread technical applications, particularly in the manufacture of printed circuit boards in which the perforated walls have to be metallized to connect several conductors, and in the application of decorative or functional galvanic metal layers over the entire surface on non-conductors, like
  • a thin metal layer for example made of copper or nickel
  • a reducing agent to the metallizing solution and metal being deposited on suitably catalyzed surfaces with the aid of this reducing agent.
  • This procedure is for a number of years ⁇ the tenth for the metallization of the hole walls of circuit boards and used for decora- tive metallization of plastic components.
  • lead-coated plastic grids for lead-acid batteries in which these are used as electrodes, driving applied (DE-A 39 1 6 71 3), since the electrolytic metal separating fertilizer did not proceed sufficiently quickly according to other pretreatment methods.
  • conductive starting layers including those for the production of printed circuit boards whose plated-through holes are metallized after drilling, can be produced by immersing the cleaned and conditioned printed circuit boards in carbon black and graphite dispersions.
  • graphite was selected very early for the production of such electrically conductive starting layers, for example for the electrolytic metal coating of art objects or ceramic building materials (US-A-1, 037,469, US-A-409,096).
  • carbon black is that it is much easier to disperse in dispersants than graphite, an advantage which is related, for example, to the small particle size (typically 20 to 100 nm), but also to the surface chemistry of carbon black.
  • the surface oxides, which are abundant on structurally disturbed black carbons, such as carbon black, are responsible for the dispersibility and facilitate the chemical interactions with dispersants
  • EP 0 200 398 B1 describes a method for electroplating a conductive metal layer on the surface of a non-conductive material, a liquid carbon black dispersion being used to form an electrically conductive carbon black layer on the surfaces, and this is then electrolytically metallized.
  • Another method for producing an electrically conductive layer is specified in DE 41 41 41 6 A1.
  • a suitable combination of a high molecular weight substance in a pretreatment solution and a surfactant for stabilization and a salt for destabilizing the carbon black dispersion is used on the surface of the non-conductive substrate.
  • This process has the advantage over the process specified in EP 0 200 398 B1 that the applied soot layer is no longer removed by subsequent rinsing processes, so that a special drying step after the soot coating can be dispensed with.
  • US Pat. No. 5,389,270 discloses an aqueous graphite dispersion which is also to be used for coating perforated walls in printed circuit boards and the subsequent electrolytic metallization.
  • a problem with the electrolytic metallization of large-area non-conductive substrates that are only coated with a thin conductive layer is that at the beginning of the process for forming the metal layer on the thin carbon layer, only relatively small currents can be used, because otherwise the voltage drop in the thin conductive layer creates a very uneven potential distribution over the surface of the substrate.
  • This non-uniform potential distribution means that metal initially deposits only in the vicinity of the contact point and progresses slowly from there to surface areas further away from the contact point until the entire surface is coated with metal. This creates a wedge-shaped thickness profile of the metal layer.
  • the metallizability of the conductive carbon layer is improved by the additional coating with graphite, since this measure increases the overall electrical conductivity of the layer. Accordingly, it is also proposed that the additional graphite layers be deposited in a layer so thick that the conductivity is generally many times higher than that of the carbon black layer underneath by means of a correspondingly long treatment time with the graphite dispersion (preferably 3 to 5 minutes). This is intended to achieve rapid metallizability of the non-conductive substrates.
  • the invention is therefore based on the problem that, with the known methods for the direct electrolytic metallization of non-conductive substrates without the use of electroless metallization steps, it is either not possible to metallize even large substrates sufficiently quickly or, with a sufficiently thick conductive starting layer for the subsequent metallization, carbonized surface structures that are present and only a low adhesive strength of the applied layers can be achieved.
  • the problem is solved by the method according to claim 1.
  • Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the following inventive method is carried out as a layer-coated non-conductive body as substrate:
  • the substrate can be achieved even if a very thin graphite layer is formed within a very short coating time.
  • the sufficient metallizability can be obtained even if a relatively poorly conductive base layer on a non-conductive body or a relatively poorly conductive body is coated with graphite. Consequently, the electrical conductivity of the graphite layer is not important.
  • the thickness of this graphite layer can generally be far below that of a soot layer, which is required in order to electrolytically deposit a metal layer on a non-conductive body. It is therefore sufficient in the method according to the invention to select a very short treatment time of not more than 30 seconds in order to enable the substrates to be metallized quickly. In most cases, treatment times of 1 5 seconds or less are sufficient, for example show from 2 to 1 0 seconds.
  • the function of the graphite layer is not to increase the electrical conductivity of the starting layer in order to ensure a minimum conductivity of the surface layer, the electrical conductivity of the electrically conductive layer is also irrelevant for the metallizability. Surprisingly, it was found that the function of the graphite layer is to accelerate the rate of propagation of the metal layer deposited on the starting layer by influencing the kinetics of the metal deposition rate.
  • a scaly or platelet-shaped morphology of the conductive graphite particles is important in order to produce the smoothest possible layer. Consequently, the thickness of the particles should also be small and on average be at least a factor of 5, preferably at least 10, below the diameter of the particles in the surface (thickness / diameter ratio).
  • the average thickness / diameter ratio is understood to mean the number average of the ratio of the thickness of the particles to the diameter of the particles.
  • the quality of the electrolytically deposited metal layers is also significantly increased by the relatively smooth outer layers formed by means of flaky particles compared to the quality that can be achieved on micro-rough substrates.
  • a rough or smooth surface morphology of the substrate is at least partially imaged by the deposited metal layers, the memory of the morphology and topography of the substrate being retained even with thicker metal layers.
  • the roughness of the substrate can even be increased by the electrodeposition by the formation of dendrites in particularly exposed areas of the surface (over-leveling).
  • the process of the beginning metal deposition is strongly determined by processes such as the formation of metal nuclei and the growth of metal nuclei (see, for example, the textbook Hamann / Learnstich, Elektrochemie II, Taschentext, Verlag Chemie - Physik Verlag, Weinheim, 1 981), the quality of the Substrate plays a crucial role.
  • the main decisive factors are chemical interactions of the substrate with the metal to be electrolytically deposited, which are influenced, for example, by the density and distribution of defects in the starting layers, which facilitate nucleation, or by a suitable surface morphology, by means of which a rapid two-dimensional growth of those already formed Germs can be promoted.
  • the properties of a conductive substrate or an electrically conductive starting layer that are important for the kinetics of electrolytic metal deposition are not necessarily linked to the level of electrical conductivity. Therefore, optimal results for the metallization of non-conductive large-area substrates can generally only be expected if the two most important functions of conductive starting layers for the electrolytic coating of non-conductive substrates are fulfilled at the same time. These properties are, on the one hand, a sufficiently high electrical conductivity of the starting layer and, on the other hand, the property of this layer to allow the highest possible rate of propagation during metallization.
  • the starting layer side facing the metallization bath must in particular have the last-mentioned property.
  • the respective optimal chemical and physical properties of the layers (electrical conductivity or promotion of rapid lateral layer growth) must be assigned to different materials.
  • the technically usable deposition rate is thus optimized by decoupling the required properties by using different ones that are specially adapted to their determination
  • the concept of decoupling the two aforementioned main functions of the conductive composite starting layer is particularly advantageous if the layer that contributes the greater part of the electrical conductivity is made up of individual conductive particles, since such layers - unlike thin, coherent metal layers - due to their porosity and therefore large inner layers Surface and because of their roughness and numerous grain boundaries characterized to be galvanized interface mostly poor conditions for galvanic metal deposition.
  • This decoupling of the surface properties or the electrical conductivity of the starting layers also enables further optimization, for example with regard to the adhesive strength of the inner contact surface (on the side of the non-conductive substrate) with respect to the substrate or also with regard to the cost of the entire conductive starting layer.
  • a conductive starting layer according to the invention can, for example, be a composite layer consisting of two or more conductive material layers. According to the invention, the conductive composite starting layers have the
  • the starting layer consists of an inner layer adjacent to the substrate surface, which is characterized by good electrical conductivity and which is so thick that it has the required conductivity for the subsequent electrolytic metal deposition, and from an electrolyte-side outer layer made of graphite, the The task is to promote the rapid kinetics of the two-dimensional spread of metal deposition.
  • this outer layer also has a great influence on the quality of the electrodeposited metal layer, since its topography, ductility, crystallinity etc. strongly depend on the type of immediate support, i.e. the graphite layer.
  • the outer layer is also electrically conductive. However, the thickness of this layer can generally be far below that of the inner layer.
  • Another variant according to the invention consists in using electrically conductive materials in the volume, for example sintered bodies made of conductive oxides, and coating them with the graphite according to the invention.
  • the surface properties of the conductive materials can be improved by such an outer layer.
  • the advantages according to the invention with regard to the deposition and spreading speed and in particular also to the quality of the electrolytically deposited metal layers can be achieved with the relatively smooth outer layers which are obtained by coating with flaky conductive graphite particles.
  • Such a coating is achieved by treatment with surfactant-stabilized dispersions of such particles, for example by dipping, spraying or swelling.
  • Soot particles are preferably used to form the first electrically conductive coating of a non-conductive substrate body.
  • a soot dispersion is used to form the soot layer on the body.
  • an aqueous solution is usually used, which in addition to
  • Soot particles contain substances to stabilize the dispersion.
  • the process according to the invention further comprises a pretreatment step in which the substrate to be coated is initially coated with a solution of high molecular weight, preferably noticeably water-soluble, and for adsorption on the substrate and as a coagulation trigger suitable substances is treated in order to subsequently coagulate the soot particles on the substrate coated with the coagulation triggers (substrate-induced coagulation).
  • the carbon black dispersion also contains, in addition to the liquid dispersant, a surface-active substance for dispersing the particles and electrolytes as salts which destabilize the dispersion.
  • the non-conductive surfaces can be electrolytically metallized without the soot layer having to be dried beforehand, since the soot layer is treated by treatment steps carried out after the application of this layer, for example wise rinsing in water is not rinsed off again.
  • a very firmly adhering and defined soot layer is formed on the substrate surface, since the soot particles are bound to the surface by a high negative enthalpy of adsorption.
  • the graphite coating is also based on the principle of substrate-induced coagulation, also in the treatment with the graphite dispersion.
  • polymers have proven to be suitable as preferred high-molecular, noticeably water-soluble substances for the pretreatment of the substrates. Good results have been obtained with gelatin, as well as with polyacrylates, which may contain ammonium groups. Water-soluble peptides such as albumins can also be used.
  • polyelectrolytes can also be used, for example copolymers of acrylamide or methacrylamide with salts or quaternization products of aminoacrylates or other polyelectrolytes which contain simple or substituted ammonium groups. Numerous compounds of this type are commercially available as flocculants.
  • Uncharged polymers such as polyvinylpyrrolidones, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols and their ethers, epichlorohydrin-imidazole adducts, polyvinylimidazoles, polysaccharides and
  • Sugar polymers are used as well as anionically charged high-molecular substances, such as polycarboxylic acids, for example polyvinyl phosphoric acids.
  • surfactant stabilizers used to disperse the soot and graphite particles is essential for the functioning of the substrate-induced ones
  • Coagulation is not critical. Almost all known types of surface-active stabilizers can be used. It is essential that the amount of this agent is so small that spontaneous coagulation on the substrate surface can take place, and is so high that sufficient dispersion stabilization against spontaneous coagulation in the
  • the carbon black and optionally also the graphite dispersion also contains an electrolyte for destabilizing the dispersion. There are also no special restrictions with regard to the type of this substance. Good results have been obtained with sodium acetate, potassium chloride and ammonium nitrate. Customary solvents, preferably water, can be used as the liquid dispersant.
  • the graphite layer optimized for promoting the rate of propagation of the metal layer can be extremely thin, even if the additional electrical conductivity inevitably associated with the additional graphite coating is low compared to the conductivity of the soot layer underneath.
  • a short treatment time is advantageous, for example, in the treatment of printed circuit boards that are processed in a horizontal treatment system, since the shortest possible treatment time is desired in order to achieve a high throughput of printed circuit boards per unit of time. This should be well under a minute in the range.
  • Factor 2 reduced time for the complete coppering of non-conductive surfaces compared to the known methods. Accordingly, the invention is based in particular on the finding that rapid lateral metal growth can be achieved with the graphite particles according to the invention without a corresponding increase in the electrical conductivity of the layer being necessary.
  • the short treatment times in a graphite dispersion also make it possible to dispense with thorough fixing of the conductive base layer, for example by means of an annealing process. Especially at
  • a very short coating time with graphite can be selected, since a dense graphite coating forms very quickly even if the pretreatment required for the substrate-induced coagulation is carried out with a coagulation trigger only before the soot coating, since the graphite particles adhere particularly firmly to the substrate.
  • the layer optimized for the speed of spreading of the electrodeposition will generally be on the outside, the sequence of the first electrically conductive layer and the graphite particle layer does not necessarily have to be adhered to, as described above.
  • the reverse order also leads to the goal if the electrolyte outer layer is porous to allow electrolyte access to the underlying inner layer. With this inverse constellation, too, the advantage of the faster spreading of the electrolytically deposited metal layer, for example by infiltration of the porous outer layer, can be considerable.
  • a special case of the inverse constellation in the composite starting layer is when, by means of an outer layer made of a material which is not itself characterized by a favorable influence on the rate of expansion of the metal deposition, an increase even on an inner layer made of graphite particles the spreading or Deposition speed is caused on the composite starting layer thus formed.
  • This effect occurs, for example, when the speed of the electrolytic metal deposition is nevertheless increased because of the finely divided soot on an inner layer made of flaky graphite through an outer layer made of soot, ie a material on which metal layers spread relatively slowly during electrolytic deposition fills and bridges the gaps between the graphite scales.
  • the influence of the quality of the outer layers of flaky conductive graphite particles on the quality of electrolytically deposited metal layer can be demonstrated by profilometric measurements using the force microscopy method.
  • the starting layer according to the invention is deposited on polished glass platelets and scanned using a silicon tip for profile height measurement (see Examples 1 2 and 1 3).
  • the smoothing effect of the additional graphite coating is also visually recognizable by the significantly higher gloss.
  • the particle shape of the graphite particles can be determined by scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, the ratio of the thickness to the diameter of the particles can also be determined on sieved graphite particles with almost the same particle diameter by a determination according to the BET method.
  • Coatings made from intrinsically conductive polymers preferably polypyrrole, polythiophene or polyaniline, are particularly suitable.
  • both small-area and large-area non-conductive substrates can be metallized without problems.
  • the method is suitable for the large-area metallization of plastic parts for decorative or functional applications, for example parts for the sanitary area, housings for electronic devices which have to be shielded from electromagnetic radiation, automotive parts and parts for the furniture industry and for coating reflectors for lamps.
  • the method can also be used for the electrolytic metallization of the perforated walls of printed circuit boards and of semiconducting oxides or other conductive ones
  • Bodies are used.
  • An interesting application is the metal coating of plastic carriers for electrodes in batteries.
  • plastic grids can be used instead of the known solid lead electrodes for the production of electrodes which are electrolytically coated with lead.
  • any base materials can be coated as substrates, provided adequate adhesion of the metal film can be achieved by a suitable pretreatment process.
  • plastics, ceramics, semiconducting oxides or other chalcogenides can be coated.
  • the materials that can be coated by electroplating are suitable as plastics: thermoplastics such as acrylonitrile-butadiene-styrene Copolymer (ABS), polyamide, polycarbonate, polyester, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polystyrene and mixtures thereof, and also thermosets such as epoxy resins, phenolic resins, polyimide, cyanate esters, polytetrafluoroethylene and other halogenated polyalkenes.
  • inorganic materials can be coated, for example glass, silicon dioxide, aluminum oxide ceramic, titanium dioxide and indium / tin oxide (ITO).
  • the substrates are first made wettable with a suitable process for the subsequent chemical treatment agents.
  • Plastics are usually used in etching solutions, for example chromic acid, chromosulfuric acid or sulfuric acid or alkaline permanganate solutions. If necessary, the plastic surfaces are additionally treated with a suitable organic swelling agent before the etching treatment, for example an alkylene glycol ether or ether ester or their aqueous solutions. After the etching treatment with solutions containing chromium (VI) or permanganate ions, the substrates are treated with suitable reducing agents, for example hydroxylamine or sulfite solutions, in order to remove residues of the etchant. Between the individual treatment steps, the substrates are rinsed, preferably in water.
  • a suitable organic swelling agent for example an alkylene glycol ether or ether ester or their aqueous solutions.
  • suitable reducing agents for example hydroxylamine or sulfite solutions
  • solutions are suitable which contain, among other things, wetting agents, organic solvents and complexing agents, such as nonionic wetting agents, monoethanolamine, ethylene glycol, cationic polyelectrolytes (in particular for conditioning) and other substances.
  • wetting agents such as nonionic wetting agents, monoethanolamine, ethylene glycol, cationic polyelectrolytes (in particular for conditioning) and other substances.
  • a solution of nonylphenol polyglycol ether in sulfuric acid solution is preferably used. Then the
  • the substances described above can be used for the conditioning can be used.
  • Gelatin polyvinyl alcohol, for example Mowiof 8-88 (Hoechst AG, Germany), carboxymethyl cellulose sodium salt, polyacrylic acid amide, sodium alginate and polyvinyl pyrrolidone are particularly suitable.
  • Gelatin with a high gel strength is particularly suitable as a coagulation trigger, for example gelatin type B, which is obtained from bovine rind in a basic process. Very good results were obtained in particular with gelatin type 280 B (high gel strength) (manufacturer: Deutsche Gelatinefabrik Stoess AG, Ebersbach, Germany). The substrates are then rinsed again.
  • Carbon blacks with a particle size of at most 3 ⁇ m are preferably used.
  • the carbon black is dispersed in a dispersant, preferably water.
  • the dispersion is stabilized by adding surface-active substances, for example hexadecyltrimethylammonium bromide or C 8 H 17 OOCCH 2 CH (S0 3 Na) COOC 8 H 17 . to
  • Destabilization of the dispersion and support for substrate-induced coagulation of the soot on the substrate surfaces may contain an electrolyte, for example sodium acetate, potassium chloride, calcium chloride or potassium sulfate.
  • an electrolyte for example sodium acetate, potassium chloride, calcium chloride or potassium sulfate.
  • the amount of the stabilizing surfactant is kept very short by that
  • the dispersion may also contain other conventional additives, such as organic solvents Lö ⁇ .
  • the soot layer on the substrate surface is dried by exposing the substrate to an elevated temperature, for example 80 ° C.
  • graphite is applied from a graphite dispersion. No further pretreatment is required for this. In particular, conditioning is no longer carried out. A spontaneous coagulation of the graphite on the substrate surface is achieved without using the principle for substrate-induced coagulation, so that the graphite layer is not washed off even during subsequent rinsing. If the graphite is to be deposited by substrate-induced coagulation, a further treatment step with a suitable polymer can also be carried out immediately before the graphite treatment. For the substrate-induced coagulation of the graphite on the soot layer, however, the conditioning agent coating applied before the soot coating is sufficient, which obviously penetrates through the soot layer.
  • graphite dispersion graphite with particle sizes, preferably from 0.1 to 1.5 ⁇ m and a thickness / diameter ratio of at least 5, preferably at least 10, is used.
  • the graphite is wet milled to form the fine particle size in the presence of surfactants.
  • Nonionic surfactants are preferably used to stabilize the graphite dispersion.
  • the same means can be used as for the carbon black dispersion.
  • an electrolyte for graphite dispersion for example sodium acetate, is preferably also added.
  • the dispersion can also contain other customary additives, such as, for example, organic solvents.
  • the substrate can be rinsed, especially if the method of substrate-induced coagulation has been used.
  • the graphite layer can then be solidified by drying.
  • the carbon layers must be removed from the copper surfaces by etching.
  • Customary copper etching solutions for example sulfuric acid solutions of hydrogen peroxide or sodium peroxodisulfate, are used for this purpose.
  • the substrate is directly electrolytically metallized. For example, it can be coated with copper, nickel, gold, palladium, tin, lead, iron, cobalt or their alloys with one another or with other elements such as boron or phosphorus. All standard baths can be used for this.
  • the plastic substrate to be coated is preferably first treated with an alkaline permanganate solution, so that a brown stone film is formed on the surface by reaction of the permanganate ions with the organic plastic surface .
  • this film acts as an oxidizing agent against pyrrole, so that when this film comes into contact with a weakly acidic solution of pyrrole, the polypyrrole layer forms, which has good electrical conductivity and good adhesive strength to the substrate surface.
  • the manganese dioxide is reduced to water-soluble manganese salts and thereby removed from the surface.
  • Phosphoric acid is preferably used as the acid in the pyrrole solution.
  • the surface can be treated with a conditioning agent to promote adsorption for the graphite coating.
  • Other electrically conductive base layers can consist of metal films or semiconducting chalcogenides. Good results with full-surface coating with metal are also achieved with ceramic substrates made from Ti0 2 . x powders are sintered, or with substrates made of titanium metal, onto the conductive oxides made of Ti0 2 . x are sintered on.
  • the substrates can be brought into contact with the treatment solutions in a conventional manner by immersion.
  • they are in this case placed vertically in the treatment containers. sunk.
  • Another possibility is to spray or wash the substrates with the treatment solutions.
  • printed circuit boards in particular can be passed through treatment systems suitable for this purpose.
  • Double-sided copper-clad FR4 (flame retardent) laminates were used to coat PCB holes.
  • the circuit boards consisted of epoxy resin reinforced with glass fibers and had a thickness of 1.6 mm.
  • the thickness of the copper cladding was 35 ⁇ m.
  • the dimensions of the circuit board samples were 9.5 cm x 7 cm.
  • Each plate had 54 elongated holes with a length of 4 mm and a width of 1 mm and 48 round holes with a diameter of 1 mm.
  • FR4 laminates laminated on one side with copper were used for coating examples on epoxy resin surfaces.
  • the thickness of the copper cladding was 35 ⁇ m and that of the laminates was 1.6 mm.
  • the structure of the etched conductor tracks included three different open, non-copper-covered squares with edge lengths of 3.6 and 10 mm (S3, S6 and S10), which were used to assess the electroplating speed.
  • D Commercial glass slides were used for coating examples on glass surfaces.
  • PPS Polymer network structures
  • Polyester components are produced by knitting a mixed thread into an open-mesh textile fabric and then stiffening it with heat setting.
  • Half of the mixed thread (1 050 dtex) consisted of multifilaments of unmodified, high-strength polyethylene terephthalate (PET) and half of multifilaments of low-melting PET modified with 1 2.5% by weight of isophthalic acid.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a rigid polymer grid with mesh openings of alternating 3 mm x 1 mm and 1 mm x 1 mm and a grid strand diameter of 0.5 mm was produced by melting the modified polyester yarn component. without melting the high-strength component.
  • Battery electrode carriers with the dimensions 1 5 cm x 1 3 cm were cut out of this PNS material (manufacturer Hoechst Trevira, Bobingen, Germany).
  • G 1 to G3 PNS grid, as described under E., with an additional polypyrrole coating, which was applied by Milliken Research, Spartanburg, SC, USA after knitting and before heat setting.
  • the three samples were coated to different extents and therefore differ in surface resistance (measured with a square one
  • Measuring electrode arrangement on the unfixed knitted fabric 700 ohms (G 1), 200 ohms (G2) and 1 00 ohms (G3).
  • This PNS material was also manufactured by Hoechst Trevira.
  • Ebonex * -Titanoxid was about 1 50 microns thick and had a average roughness of 3 ⁇ m.
  • the coatings were, if not specifically mentioned, carried out in a vertical immersion system with a horizontal movement of goods. (Stroke: 4 cm, frequency 40 min "1 )
  • Electrolytic metallization Bath 1 was a cleaner consisting of an aqueous solution of a surfactant (5 g of surfactant and 10 g of concentrated sulfuric acid in one liter of distilled water).
  • a surfactant 5 g of surfactant and 10 g of concentrated sulfuric acid in one liter of distilled water.
  • Nonionic nonylphenol polyglycol ethers (C 9 H 19 PhO (CH 2 CH 2 0) 15 H), which are available under the trade name Arkopaf from Hoechst AG, were used as surfactants.
  • Arkopaf 1 10, 1 30 and 1 50 were used; Arkopaf 1 50 was preferably used.
  • the circuit board was treated with ultrasound during the cleaning. After cleaning, the circuit board was rinsed with tap water.
  • the cleaner in process step 3 was used to remove drilling dust from the end faces of the holes exposed in the holes
  • the composition of the bath was as follows:
  • the circuit board was rinsed with tap water.
  • the aqueous solution of a polyelectrolyte was used as the coagulation trigger.
  • Gelatin type B 280 (manufacturer: Deutsche Gelatine-Fabrik Stoess AG) with a concentration of 0.2% by weight was used as a suitable polyelectrolyte.
  • the gelatin was dissolved in distilled water at 60 ° C and then stored at a temperature between 4 to 7 ° C for about 20 hours. The gelatin solution was then heated to 20 ° C. and the pH was adjusted to 5.1 (approximately isoelectic point).
  • circuit board was then rinsed again in tap water.
  • insufficient rinsing would have caused the soot dispersion to coagulate due to the gelatin being carried over. Therefore, this flushing had to be carried out very carefully.
  • Carbon black Printex ® L6 1.00% by weight
  • Bath 9 was a commercially available aqueous graphite dispersion (Aquadag "from Acheson Industries Germany, Germany), which was diluted with distilled water in a volume ratio of 1 part dispersion to 9 parts water. According to the manufacturer, the average particle size of the graphite particles was between 0.4 and 0 , 6 ⁇ m, 0.04 mol / l of sodium acetate as an electrolyte was added to the diluted graphite dispersion with stirring, and then the solution was treated with ultrasound for 5 minutes.
  • circuit board After the circuit board had been treated in the graphite dispersion, it was rinsed with water (process step 10) and then dried with hot air (process step 11). This step was used to evaporate the water from the circuit boards and to increase the adhesion between the carbon particles and the circuit board.
  • the Scheretch "M etching solution manufactured by Atotech Deutschland GmbH, Germany was used to remove the carbon particles from the copper lamination of the printed circuit boards in process step 1 2. Chen on the borehole walls not affected.
  • the circuit board was then rinsed again and then dried in process step 14.
  • the coated circuit board was electrolytically metallized in an acid copper bath.
  • the bath temperature was 25 ° C and the current density 3 A / dm 2 , based on the total surface of the plate.
  • the drill holes were completely copper-plated, ie the carbon layer was completely covered with copper.
  • composition of the copper bath was as follows:
  • Example 1a was repeated. However, the samples were dried between steps 8 and 9 (rinsing with water and graphite coating) with hot air (duration 60 seconds). Finally, the coated circuit board was electroplated in an acid copper bath. The bath temperature was 25 ° C and the current density 3 A / dm 2 , based on the total surface of the plate. After 75 seconds of metallization, the drill holes were completely copper-plated.
  • Example 1 c Example 1a was repeated. However, instead of step 8 (rinsing), the circuit board was dried with hot air for 60 seconds.
  • the coated circuit board was electroplated in an acid copper bath.
  • the bath temperature was 25 ° C and the current density 3 A / dm 2 , based on the total area of the plate.
  • the drill holes were completely copper-coated, ie the carbon layer was completely covered with copper.
  • Example 1a was repeated. However, the process was carried out without steps 9 to 11 (graphite coating, rinsing, drying) and the printed circuit board (type A) was prepared for copper metallization (two minutes of treatment time in the carbon black dispersion). The coated circuit board was then galvanically metallized in a copper bath. Only after four minutes (by a factor of 2.7 longer than the copper plating in Example 1 a) were the drill holes completely copper plated.
  • Example 2 was repeated. However, process steps 5 to 8 were repeated (double soot coating with one minute each treatment time). Subsequently and without graphite coating, the coated circuit board was electrolytically metallized in a copper bath. In this case, the boreholes were completely copper-plated after 3 minutes, resulting in a reduction in the electroplating time of only 25% compared to the electroplating time of 4 minutes in Example 2. It follows that less the significant increase in conductivity leads to the increase in the electroplating rate than the surface change due to the graphite coating as in FIG Example 1 (two minutes electroplating time until fully covered).
  • the circuit boards were then rinsed for 30 seconds and dried for 24 hours.
  • the conductivity of the coated printed circuit boards was measured using the Van der Pauw method. The calculation of the electrical conductivity was therefore based on the following formula:
  • R pQ RS resistance of the layer when the current is supplied at P / Q and voltage measurement at R / S,
  • R QR SP resistance of the layer when the current is supplied at Q / R and voltage measurement at S / P, P, Q, R and S: there are four contact points near the edges of the sample.
  • Test plate C1 was coated with carbon black according to steps 7 and 8 for two minutes.
  • the other plates (C2 to C6) were coated with carbon black twice for one minute each (steps 7 and 8 were repeated once, with a one minute immersion time in the carbon black dispersion).
  • the plates C3 to C6 were additionally coated with graphite according to steps 9 to 11 (different immersion times in the graphite dispersion can be seen in table 3). Then they became two
  • the following examples of large-scale metal deposition relate to grids for lead accumulators, which consist of a synthetic fiber (polyester) core, which can be galvanized with copper and / or lead, for example, after being coated with carbon materials.
  • a synthetic fiber (polyester) core which can be galvanized with copper and / or lead, for example, after being coated with carbon materials.
  • the electrode carriers were primarily primarily with relatively high viscosity
  • Carbon pastes coated grids made of polyester fibers were used, which were then treated for a very short time with graphite dispersions, whereby the technically usable metal deposition rate could be doubled in many cases.
  • the carbon pastes contained carbon black, graphite or graphitized carbon black. Similar drastic improvements have also been achieved with polyester grids coated with a thick layer of highly conductive polypyrrole particles.
  • the electrode was discontinuously coated with the conductive starting layer made of carbon by immersing the electrode in the corresponding baths.
  • the electrode was coated with the specified immersion times in the order of the following baths (I. to III.):
  • step I for cleaning, the plastic grid in step I (as step 1 above in
  • Example 1 treated for one minute in a 50 ° C solution of Arkopaf in an ultrasonic bath. After cleaning, the plastic grid was washed with distilled water (step II).
  • step III a paste made of conductivity carbon black Printex 8 L6 (10% by weight
  • a plastic grid (type E) was coated twice with soot (twice for one minute each). In addition, the grid was held for 1 5 seconds
  • the resistance [k ⁇ / square] of the coated plastic grids was determined by a two-point measurement on 4 cm x 4 cm pieces of grid which were contacted with conductive silver to avoid contact resistance at two opposite ends.
  • the resistance values are shown in Table 4.
  • the coated plastic electrodes obtained by the processes were metallized with copper by electrolytic deposition of copper using an acidic copper electrolyte bath (bath temperature 25 ° C.) at a current density of 3 A / cm 2 .
  • Macuspec 9241 is a product of MacDermid GmbH, Germany
  • the plastic grid was contacted on one side using conductive silver and dipped vertically into the copper bath with the contact above.
  • the arrangement of the counter electrodes (sacrificial anodes) was parallel to the grid electrode.
  • the criterion for the deposition rate was the
  • the preparation and composition of bath 9 is described in Example 1. Results of measurements of the electrical resistance on the treated plastic grids are given in Table 6 and the respective propagation velocities of the copper coating during electrolytic copper plating are given in Table 7.
  • the substrate was characterized by a high metallic conductivity (0.3 ohm) with a very rough surface (roughness about 3 ⁇ m).
  • the coating with a graphite finish had no influence on the conductivity of this substrate.
  • Example 1 1 b The coating with graphite made a shiny deposition with copper possible.
  • the comparison with an untreated substrate (Example 1 1 b) showed a deposition rate that was not significantly slower in view of the extremely high conductivity of the substrate, but the metal layer was of a much poorer quality, ie a matt, brownish copper layer compared to a red-gold, shiny one Metal layer (from Example 1 1 a) had.
  • HOPG substrates were coated as follows:
  • Example 1 3a The coating with graphite was carried out as in Example 1 3a and the process sequence 9 to 11 was subsequently carried out twice as in Example 1 2b (treatment with graphite for 15 seconds each).
  • the coated HOPG plates were masked on the back and on the side surfaces with paraffin and then with an acidic copper bath
  • Table 1 Immersion times of Type B PCBs in the carbon black or graphite dispersion
  • Table 6 Electrical resistance of a plastic grid covered with a polypyrrole and a graphite layer
  • Table 8 Electrical resistance of a plastic grid covered with a polypyrrole layer (comparative test)

Abstract

It is difficult to obtain regular metallization during metallization of the total surface of electrically non-conductive substrates covered by a carbon coating. The problem thus arising is that during electrolysis the metal coating can only be developed slowly on the surface of the substrate starting from the electrical contact surfaces. The problem is solved by a method according to which the substrate is initially covered with an electrically conductive base coating and then brought into contact with a dispersion containing graphite particles, surface-active materials used to disperse said particles and a liquid dispersing agent, whereby a fast metallizing graphite layer is formed on the substrate with the graphite dispersion during treatment lasting 30 seconds or less. A metal coating is electrolytically deposited on the graphite layer after said treatment.

Description

Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden einer Metallschicht mit glatter Oberfläche auf einem Substrat unter Verwendung einer GraphitdispersionMethod for electrolytically depositing a metal layer with a smooth surface on a substrate using a graphite dispersion
Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden einer Metallschicht mit glatter Oberfläche auf einem Substrat.The invention relates to a method for the electrolytic deposition of a metal layer with a smooth surface on a substrate.
Die Metallisierung von elektrisch nichtleitenden oder schlecht leitenden Substraten bereitet in vielen Fällen Schwierigkeiten. Insbesondere können große nicht- oder schlechtleitende Flächen nicht gut oder nur mit unzureichender Qualität metallisiert werden.The metallization of electrically non-conductive or poorly conductive substrates presents difficulties in many cases. In particular, large non-conductive or poorly conductive surfaces cannot be metallized well or only with insufficient quality.
Dünne leitfähige Startschichten als Grundlage für die elektrolytische Abscheidung auf nichtleitenden Substraten, haben weit verbreitete technische Anwendungen gefunden, insbesondere bei der Herstellung von Leiterplatten, bei denen die Lochwände zur Verbindung mehrerer Leiterzugebenen metallisiert werden müssen, sowie beim ganzflächigen Aufbringen dekorati- ver oder funktioneller galvanischer Metallschichten auf Nichtleitern, wieThin conductive starting layers as the basis for the electrolytic deposition on non-conductive substrates have found widespread technical applications, particularly in the manufacture of printed circuit boards in which the perforated walls have to be metallized to connect several conductors, and in the application of decorative or functional galvanic metal layers over the entire surface on non-conductors, like
Kunststoffteilen.Plastic parts.
Beispielsweise sind seit langem Verfahren bekannt, bei denen zur Erzeugung einer elektrolytisch metallisierbaren Oberfäche zunächst eine dünne Metallschicht, beispielsweise aus Kupfer oder Nickel, stromlos abgeschieden wird, indem der Metallisierungslösung ein Reduktionsmittel zugegeben und Metall mit Hilfe dieses Reduktionsmittels auf geeignet katalysierten Oberflächen abgeschieden wird. Dieses Verfahren wird seit mehreren Jahr¬ zehnten zur Metallisierung der Lochwände von Leiterplatten und zur dekora- tiven Metallisierung von Kunststoffteilen eingesetzt. Beispielsweise auch zur Herstellung von mit Blei beschichteten Kunststoffgittern für Bleiakkumulatoren, in denen diese als Elektroden verwendet werden, wird dieses Ver- fahren angewendet (DE-A 39 1 6 71 3), da die elektrolytische Metallabschei düng nach anderen Vorbehandlungsmethoden nicht ausreichend schnell verlief.For example, processes have long been known in which a thin metal layer, for example made of copper or nickel, is first electrolessly deposited in order to produce an electrolytically metallizable surface by adding a reducing agent to the metallizing solution and metal being deposited on suitably catalyzed surfaces with the aid of this reducing agent. This procedure is for a number of years ¬ the tenth for the metallization of the hole walls of circuit boards and used for decora- tive metallization of plastic components. For example, also for the production of lead-coated plastic grids for lead-acid batteries, in which these are used as electrodes, driving applied (DE-A 39 1 6 71 3), since the electrolytic metal separating fertilizer did not proceed sufficiently quickly according to other pretreatment methods.
Die Verwendung stromloser Metallisierungsbäder hat jedoch verschiedene Nachteile: Unter anderem ist es sehr schwierig, diese Bäder zu überwachen, eine gleichmäßige Qualität der abgeschiedenen Metallschichten zu erreichen und die entstehenden großen Mengen der Abfallchemikalien zu entsorgen.However, the use of electroless metallization baths has several disadvantages: Among other things, it is very difficult to monitor these baths, to achieve a uniform quality of the deposited metal layers and to dispose of the large quantities of waste chemicals that arise.
Daher wurden Verfahren entwickelt, die eine direkte elektrolytische Metallisierung nichtleitender Substrate ohne stromlose Metallisierung ermöglichen. Beispielsweise wurden als erste elektrisch leitfähige Schichten intrinsisch leitfähige Polymere wie Polypyrrol (DE 38 06 884 C D oder Polyanilin (EP 0 41 3 109 A2) verwendet oder elektrisch leitende Schichten, die Edelmetallsulfid (EP 0 320 601 A2) oder halbleitende Oxide enthalten, wie beispielsweise Ti02.x, Pb02 und Fe3O4.Therefore, processes have been developed that enable direct electrolytic metallization of non-conductive substrates without electroless metallization. For example, intrinsically conductive polymers such as polypyrrole (DE 38 06 884 CD or polyaniline (EP 0 41 3 109 A2) or electrically conductive layers which contain noble metal sulfide (EP 0 320 601 A2) or semiconducting oxides, such as, for example, were used as the first electrically conductive layers Ti0 2. X , Pb0 2 and Fe 3 O 4 .
Andere leitfähige Startschichten, unter anderem auch zur Herstellung von Leiterplatten, deren Durchkontaktierlöcher nach dem Bohren metallisiert werden, können nach bekannten Verfahren durch Eintauchen der gereinigten und konditionierten Leiterplatten in Ruß- und Graphitdispersionen hergestellt werden.Other conductive starting layers, including those for the production of printed circuit boards whose plated-through holes are metallized after drilling, can be produced by immersing the cleaned and conditioned printed circuit boards in carbon black and graphite dispersions.
Insbesondere Graphit wurde schon sehr früh zur Herstellung derartiger elektrisch leitfähiger Startschichten ausgewählt, beispielsweise für die elektrolytische Metallbeschichtung von Kunstgegenständen oder von keramischen Baumaterialien (US-A-1 ,037,469, US-A-409,096) .In particular, graphite was selected very early for the production of such electrically conductive starting layers, for example for the electrolytic metal coating of art objects or ceramic building materials (US-A-1, 037,469, US-A-409,096).
Es hat sich herausgestellt, daß sich Startschichten aus Graphit im allgemeinen gut galvanisieren lassen. Allerdings müssen bei feinstrukturierten Substraten auch extrem feinteilige und damit sehr teure Graphitsorten einge- setzt werden, um eine Nivellierung (Einebnung) der Substratoberfläche zu vermeiden. Deshalb wird bei feinstrukturierten Substraten nach Möglichkeit Ruß verwendet, der in gewöhnlicher Qualität sehr viel feinteiliger als Graphit und damit auch signifikant kostengünstiger ist.It has been found that starting layers made of graphite can generally be galvanized well. However, with finely structured substrates, extremely fine-grained and therefore very expensive types of graphite be set in order to avoid leveling (leveling) of the substrate surface. For this reason, carbon black is used where possible in finely structured substrates, which is of a much finer quality than ordinary graphite and is therefore also significantly cheaper.
Auch in US-A-3,099,608 ist zwar angegeben, daß zur elektrolytischen Beschichtung von Lochwänden in Leiterplatten Graphit zur Bildung einer leitfähigen Grundlage verwendet werden kann. Jedoch ist in der Druckschrift auch angegeben, daß die Graphitbeschichtung insbesondere zu nicht gleich- mäßigen Lochdurchmessern, einer nicht reproduzierbaren Graphitbeschichtung sowie einer mangelnden Qualität der darauf abgeschiedenen Metallschichten geführt hätte.US Pat. No. 3,099,608 also states that graphite can be used for the electrolytic coating of perforated walls in printed circuit boards to form a conductive base. However, the publication also states that the graphite coating in particular would have resulted in nonuniform hole diameters, a non-reproducible graphite coating and a poor quality of the metal layers deposited thereon.
Ein wesentlicher Vorteil von Ruß besteht darin, daß er viel leichter als Gra- phit in Dispergiermitteln dispergierbar ist, ein Vorteil der beispielsweise mit der geringen Teilchengröße (typischerweise 20 bis 1 00 nm), aber auch mit der Oberflächenchemie von Ruß zusammenhängt. Für die Dispergierbarkeit sind vor allem die auf strukturell gestörten schwarzen Kohlenstoffen, wie beispielsweise Ruß, reichlich vorhandenen Oberflächenoxide verantwortlich, die die chemischen Wechselwirkungen mit Dispergiermitteln erleichternA major advantage of carbon black is that it is much easier to disperse in dispersants than graphite, an advantage which is related, for example, to the small particle size (typically 20 to 100 nm), but also to the surface chemistry of carbon black. The surface oxides, which are abundant on structurally disturbed black carbons, such as carbon black, are responsible for the dispersibility and facilitate the chemical interactions with dispersants
(J.O. Besenhard in: Inorganic Reactions and Methods, Vol. 1 7, Hrsg. J.J. Zuckermann, A.P. Hagen, Verlag Chemie, Weinheim 1 990, Seiten 259 bis 284).(J.O. Besenhard in: Inorganic Reactions and Methods, Vol. 1 7, ed. J.J. Zuckermann, A.P. Hagen, Verlag Chemie, Weinheim 1 990, pages 259 to 284).
Hierzu ist in EP 0 200 398 B1 ein Verfahren zum Elektroplattieren einer leitenden Metallschicht auf die Oberfläche eines nichtleitenden Materials beschrieben, wobei eine flüssige Rußdispersion verwendet wird, um eine elektrisch leitende Rußschicht auf den Oberflächen zu bilden, und diese anschließend elektrolytisch metallisiert wird.For this purpose, EP 0 200 398 B1 describes a method for electroplating a conductive metal layer on the surface of a non-conductive material, a liquid carbon black dispersion being used to form an electrically conductive carbon black layer on the surfaces, and this is then electrolytically metallized.
Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch leitfähigen Schicht ist in DE 41 41 41 6 A1 angegeben. Dort wird zur Fixierung der Rußteilchen an der Oberfläche des nichtleitenden Substrats eine geeignete Kombination eines hochmolekularen Stoffes in einer Vorbehandlungslösung und eines Tensids zur Stabilisierung sowie eines Salzes zur Destabiiisierung der Rußdispersion verwendet. Dieses Verfahren weist gegenüber dem in EP 0 200 398 B1 angegebenen Verfahren den Vorteil auf, daß die aufgebrachte Rußschicht durch nachfolgende Spülprozesse nicht mehr entfernt wird, so daß auf einen speziellen Trocknungsschritt nach der Rußbeschichtung verzichtet werden kann. Obwohl die Oberflächenleitfähigkeit der nach dem Verfahren gemäß DE 41 41 41 6 A1 vorbehandelten Leiterplatten für eine rasche Gal- vanisierung ausreichend hoch wäre, muß dennoch mit Rücksicht auf die ungünstige Oberflächenmorphologie der Rußbelegung während der Anfangsphase der Galvanisierung mit relativ kleiner Stromdichte gearbeitet werden, bis die gesamte Rußoberfläche mit Kupfer bedeckt ist. Dies trifft insbesondere bei der Beschichtung von größeren nichtleitenden Oberflä- chenbereichen zu, beispielsweise bei der Beschichtung von Kunststoffteilen zu dekorativen oder funktionellen Zwecken (Sanitärarmaturen, elektromagnetisch abgeschirmte Gehäuse für elektrische Geräte).Another method for producing an electrically conductive layer is specified in DE 41 41 41 6 A1. There is used to fix the soot particles a suitable combination of a high molecular weight substance in a pretreatment solution and a surfactant for stabilization and a salt for destabilizing the carbon black dispersion is used on the surface of the non-conductive substrate. This process has the advantage over the process specified in EP 0 200 398 B1 that the applied soot layer is no longer removed by subsequent rinsing processes, so that a special drying step after the soot coating can be dispensed with. Although the surface conductivity of the printed circuit boards pretreated according to the method according to DE 41 41 41 6 A1 would be sufficiently high for rapid galvanization, in view of the unfavorable surface morphology of the soot coating during the initial phase of the galvanization, a relatively low current density must be used until the the entire surface of the soot is covered with copper. This is especially true when coating larger, non-conductive surface areas, for example when coating plastic parts for decorative or functional purposes (sanitary fittings, electromagnetically shielded housings for electrical devices).
In US-A-5,389,270 ist eine wäßrige Graphitdispersion offenbart, die eben- falls zur Beschichtung von Lochwänden in Leiterplatten und die nachfolgende elektrolytische Metallisierung verwendet werden soll.US Pat. No. 5,389,270 discloses an aqueous graphite dispersion which is also to be used for coating perforated walls in printed circuit boards and the subsequent electrolytic metallization.
Mit bekannten Ruß- und Graphitdispersionen können jedoch nur mit Schwierigkeiten Kohlenstoffbeschichtungen mit einer ausreichenden elek- trischen Leitfähigkeit gebildet werden, um auch große nichtleitende Substratoberflächen sicher und mit gleichmäßiger Schichtdicke metallisieren zu können. Beispielsweise müssen sehr lange Beschichtungszeiten in Kauf genommen werden, oder der Beschichtungsprozess muß mehrmals durchgeführt werden. Außerdem werden mit den bekannten Rußbeschichtungen keine Metallisierungsergebnisse mit befriedigender Oberflächenqualität erreicht. Mit einer Rußbeschichtung können insbesondere auf rauhen Substratoberflächen nur rauhe Metallschichten abgeschieden werden. Ein Problem beim elektrolytischen Metallisieren von großflächig zu beschichtenden nichtleitenden Substraten, die nur mit einer dünnen leitfähigen Schicht überzogen werden, besteht darin, daß zu Beginn des Vorganges zur Bildung der Metallschicht auf der dünnen Kohlenstoffschicht nur mit relativ kleinen Strömen gearbeitet werden kann, da sonst aufgrund des Spannungsabfalls in der dünnen leitfähigen Schicht eine sehr ungleichmäßige Potentialverteilung über die Oberfläche des Substrates entsteht. Diese ungleichmäßige Potentialverteilung bewirkt, daß sich Metall zunächst nur in der Nähe der Kontaktierstelle abscheidet und im Verlauf des Abscheidevorganges von dort aus langsam zu von der Kontaktierstelle weiter entfernt liegenden Oberflächenbereichen fortschreitet, bis die gesamte Fläche mit Metall beschichtet ist. Dadurch entsteht ein keilförmiges Dickenprofil der Metallschicht.With known carbon black and graphite dispersions, however, it is difficult to form carbon coatings with sufficient electrical conductivity in order to be able to metallize large, non-conductive substrate surfaces safely and with a uniform layer thickness. For example, very long coating times have to be accepted or the coating process has to be carried out several times. In addition, no known metallization results with satisfactory surface quality are achieved with the known carbon black coatings. With a soot coating, only rough metal layers can be deposited, in particular on rough substrate surfaces. A problem with the electrolytic metallization of large-area non-conductive substrates that are only coated with a thin conductive layer is that at the beginning of the process for forming the metal layer on the thin carbon layer, only relatively small currents can be used, because otherwise the voltage drop in the thin conductive layer creates a very uneven potential distribution over the surface of the substrate. This non-uniform potential distribution means that metal initially deposits only in the vicinity of the contact point and progresses slowly from there to surface areas further away from the contact point until the entire surface is coated with metal. This creates a wedge-shaped thickness profile of the metal layer.
Zur Bildung gleichmäßiger Metallschichten auch auf großflächigen Substraten stehen verschiedene Maßnahmen zur Verfügung: Üblicherweise werden die genannten Probleme entweder gelöst durch i) eine Begrenzung der Stromdichten bei der elektrolytischen Metallisierung oder durch ii) eine ent- sprechend dickere Beschichtung mit dem leitfähigen Kohlenstoff, um denVarious measures are available for the formation of uniform metal layers even on large-area substrates: Usually, the problems mentioned are solved either by i) limiting the current densities in the electrolytic metallization or by ii) a correspondingly thicker coating with the conductive carbon around which
Widerstand dieser Startschichten zu verringern.Decrease resistance of these starting layers.
Allerdings ergeben sich aus diesen Maßnahmen verschiedene Nachteile: i) einen längeren Zeitbedarf für die elektrolytische Metallisierung und ii) ei- nen gegebenenfalls unerwünschten Einebnungseffekt, das heißt eine Verflachung vorhandener Konturen des Substrates durch die gebildeten dicken Startschichten. Bei Bildung dicker Kohlenstoffschichten oder anderer Leitschichten zur Erzeugung einer ausreichend hohen elektrischen Leitfähigkeit stellen sich ferner Haftungsprobleme der aufgebrachten Kohlenstoff- und Metallfilme, ein erhöhter Materialverbrauch und schließlich auch ein erhöhter Zeitbedarf bei der Behandlung des Substrates mit der Kohlenstoffdispersion und/oder dem Metallisierungsbad ein. Um das Haftungsproblem der Graphitschichten auf den Substratoberflächen zu lösen, wurde in EP 0 583 426 B1 vorgeschlagen, auf die Substratoberfläche zunächst eine Rußschicht und danach eine Graphitschicht aufzubringen. Nach den Angaben in der Beschreibung zu dieser Erfindung ist auch angegeben, daß die Metallisierbarkeit der leitfähigen Kohlenstoffschicht durch die zusätzliche Belegung mit Graphit verbessert wird, da durch diese Maßnahme die elektrische Gesamtleitfähigkeit der Schicht erhöht wird. Demzufolge wird auch vorgeschlagen, die zusätzlichen Graphitschichten durch entsprechend lange Behandlungszeit mit der Graphitdispersion (vor- zugsweise 3 bis 5 Minuten) in einer derart dicken Schicht abzulagern, daß ihre Leitfähigkeit in der Regel um ein Vielfaches höher ist als die der darunterliegenden Rußschicht. Dadurch soll eine schnelle Metallisierbarkeit der nichtleitenden Substrate erreicht werden.However, various disadvantages result from these measures: i) a longer time required for the electrolytic metallization and ii) a possibly undesirable leveling effect, ie a flattening of existing contours of the substrate due to the thick starting layers formed. When thick carbon layers or other conductive layers are formed to produce a sufficiently high electrical conductivity, there are also adhesion problems of the applied carbon and metal films, an increased material consumption and finally also an increased time requirement in the treatment of the substrate with the carbon dispersion and / or the metallization bath. In order to solve the adhesion problem of the graphite layers on the substrate surfaces, it was proposed in EP 0 583 426 B1 to first apply a soot layer and then a graphite layer to the substrate surface. According to the information in the description of this invention, it is also stated that the metallizability of the conductive carbon layer is improved by the additional coating with graphite, since this measure increases the overall electrical conductivity of the layer. Accordingly, it is also proposed that the additional graphite layers be deposited in a layer so thick that the conductivity is generally many times higher than that of the carbon black layer underneath by means of a correspondingly long treatment time with the graphite dispersion (preferably 3 to 5 minutes). This is intended to achieve rapid metallizability of the non-conductive substrates.
Wenn auch mit einer doppelten Beschichtung der nicht leitfähigen Substrate mit Ruß und Graphit eine schnellere Metallisierung der nichtleitenden Oberflächen ermöglicht wird, hat sich jedoch herausgestellt, daß durch die zwangsläufig relativ dicke Kohlenstoffschicht, bestehend aus Ruß und Graphit, wiederum feine Oberflächenkonturen am Substrat unerwünscht einge- ebnet werden. Außerdem ist es relativ aufwendig, Graphit in ausreichenderEven if a double coating of the non-conductive substrates with carbon black and graphite enables faster metallization of the non-conductive surfaces, it has been found, however, that the inevitably relatively thick carbon layer consisting of carbon black and graphite in turn undesirably causes fine surface contours on the substrate. to be paved. In addition, graphite is relatively expensive
Feinheit herzustellen, so daß dieses Material relativ teuer ist.To produce fineness, so that this material is relatively expensive.
Der Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, daß mit den bekannten Verfahren zur direkten elektrolytischen Metallisierung von nichtleitenden Substraten ohne Anwendung stromloser Metallisierungsschritte entweder keine ausreichend schnelle Metallisierung auch großflächiger Substrate möglich ist oder bei hinreichend dicker leitfähiger Startschicht zur nachfolgenden Metallisierung aus Kohlenstoff vorhandene Oberflächenstrukturen unerwünscht eingeebnet werden sowie nur eine geringe Haftfestigkeit der aufgebrachten Schichten erzielt werden kann. Das Problem wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention is therefore based on the problem that, with the known methods for the direct electrolytic metallization of non-conductive substrates without the use of electroless metallization steps, it is either not possible to metallize even large substrates sufficiently quickly or, with a sufficiently thick conductive starting layer for the subsequent metallization, carbonized surface structures that are present and only a low adhesive strength of the applied layers can be achieved. The problem is solved by the method according to claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Zum elektrolytischen Abscheiden einer Metallschicht mit glatter Oberfläche auf einen elektrisch leitfähigen Körper oder einen mit einer leitfähigenFor electrolytic deposition of a metal layer with a smooth surface on an electrically conductive body or one with a conductive one
Schicht überzogenen nichtleitfähigen Körper als Substrat wird folgendes erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt:The following inventive method is carried out as a layer-coated non-conductive body as substrate:
I. In-Kontakt-Bringen des Substrats während einer Behandlungszeit von nicht mehr als 30 Sekunden mit einer Dispersion, enthaltend a. Graphitpartikel, b. oberflächenaktive Stoffe zur Dispergierung der Partikel und c. flüssige Dispergierungsmittel, wobei eine Graphitschicht auf der Substratoberfläche gebildet wird undI. contacting the substrate for a treatment time of no more than 30 seconds with a dispersion containing a. Graphite particles, b. surface-active substances for dispersing the particles and c. liquid dispersant, wherein a graphite layer is formed on the substrate surface and
II. anschließend elektrolytisches Abscheiden einer Metallschicht auf der Graphitschicht.II. Then electrolytic deposition of a metal layer on the graphite layer.
Interessanterweise wurde festgestellt, daß selbst dann eine ausreichende Metallisierbarkeit des Substrats erreicht werden kann, wenn innerhalb einer sehr kurzen Beschichtungszeit eine sehr dünne Graphitschicht gebildet wird. Die ausreichende Metallisierbarkeit kann sogar dann erhalten werden, wenn eine relativ schlecht leitfähige Grundschicht auf einem nichtleitenden Körper oder ein relativ schlecht leitfähiger Körper mit Graphit beschichtet werden. Es kommt folglich nicht auf die elektrische Leitfähigkeit der Graphitschicht an. Beispielsweise kann die Dicke dieser Graphitschicht in der Regel weit unter derjenigen einer Rußschicht liegen, die benötigt wird, um auf einem nichtleitenden Körper eine Metallschicht elektrolytisch abzuscheiden. Daher reicht es beim erfindungsgemäßen Verfahren auch aus, eine sehr geringe Behandlungszeit von nicht mehr als 30 Sekunden auszuwählen, um eine schnelle Metallisierung der Substrate zu ermöglichen. Meistens reichen sogar Behandlungszeiten von 1 5 Sekunden oder weniger, beispiels- weise von 2 bis 1 0 Sekunden aus.Interestingly, it was found that sufficient metallizability of the substrate can be achieved even if a very thin graphite layer is formed within a very short coating time. The sufficient metallizability can be obtained even if a relatively poorly conductive base layer on a non-conductive body or a relatively poorly conductive body is coated with graphite. Consequently, the electrical conductivity of the graphite layer is not important. For example, the thickness of this graphite layer can generally be far below that of a soot layer, which is required in order to electrolytically deposit a metal layer on a non-conductive body. It is therefore sufficient in the method according to the invention to select a very short treatment time of not more than 30 seconds in order to enable the substrates to be metallized quickly. In most cases, treatment times of 1 5 seconds or less are sufficient, for example show from 2 to 1 0 seconds.
Da die Funktion der Graphitschicht nicht darin besteht, die elektrische Leitfähigkeit der Startschicht zu erhöhen, um eine Mindestleitfähigkeit der Oberflächenschicht zu gewährleisten, kommt es für die Metallisierbarkeit der elektrischen leitfähigen Schicht auch nicht auf deren elektrische Leitfähigkeit an. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Funktion der Graphitschicht darin besteht, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der auf der Startschicht abgeschiedenen Metallschicht zu beschleunigen, indem die Graphitschicht auf die Kinetik der Metallabscheidungsgeschwindigkeit Einfluß nimmt.Since the function of the graphite layer is not to increase the electrical conductivity of the starting layer in order to ensure a minimum conductivity of the surface layer, the electrical conductivity of the electrically conductive layer is also irrelevant for the metallizability. Surprisingly, it was found that the function of the graphite layer is to accelerate the rate of propagation of the metal layer deposited on the starting layer by influencing the kinetics of the metal deposition rate.
Eine schuppige oder plättchenförmige Morphologie der leitfähigen Graphitpartikel ist wichtig, um eine möglichst glatte Schicht zu erzeugen. Folglich sollte die Dicke der Partikel auch gering sein und im Mittel mindestens um den Faktor 5, vorzugsweise mindestens 1 0, unter dem Durchmesser der Partikel in der Fläche liegen (Dicken/Durchmesserverhältnis) . Unter dem mittleren Dicken/Durchmesserverhältnis wird das Zahlenmittel des Verhältnisses der Dicke der Teilchen zum Durchmesser der Teilchen verstanden. Auch die Qualität der elektrolytisch abgeschiedenen Metallschichten wird durch die mittels schuppiger Partikel gebildeten, relativ glatten Außenschichten gegenüber der Qualität, die auf mikrorauhen Substraten erzielbar ist, deutlich gesteigert. Das liegt daran, daß eine rauhe bzw. glatte Oberflächenmorphologie des Substrats von den abgeschiedenen Metallschichten zumindest teilweise abgebildet wird, wobei das Erinnerungsvermögen an die Morphologie und Topographie des Substrats auch bei dickeren Metallschichten noch erhalten bleibt. In ungünstigen Fällen kann es sogar zu einer Verstärkung der Rauhigkeit des Substrates durch die galvanische Abscheidung kommen, indem sich an besonders exponierten Stellen der Oberfläche Dendriten bilden (Übereinebnung).A scaly or platelet-shaped morphology of the conductive graphite particles is important in order to produce the smoothest possible layer. Consequently, the thickness of the particles should also be small and on average be at least a factor of 5, preferably at least 10, below the diameter of the particles in the surface (thickness / diameter ratio). The average thickness / diameter ratio is understood to mean the number average of the ratio of the thickness of the particles to the diameter of the particles. The quality of the electrolytically deposited metal layers is also significantly increased by the relatively smooth outer layers formed by means of flaky particles compared to the quality that can be achieved on micro-rough substrates. This is due to the fact that a rough or smooth surface morphology of the substrate is at least partially imaged by the deposited metal layers, the memory of the morphology and topography of the substrate being retained even with thicker metal layers. In unfavorable cases, the roughness of the substrate can even be increased by the electrodeposition by the formation of dendrites in particularly exposed areas of the surface (over-leveling).
Wenngleich eine unzureichende elektrische Leitfähigkeit einer Startschicht aus Ruß oder Polypyrrol in etlichen Fällen die technisch mögliche maximale Metallisiergeschwindigkeit begrenzt, so daß eine ausreichend schnelle Metallisierung auch großflächiger Substrate erforderlichenfalls nur durch sehr dicke Ruß- bzw. Polypyrrolschichten ermöglicht wird, so werden sogar auch in Fällen relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigenEven if the starting layer has insufficient electrical conductivity from soot or polypyrrole limits the technically possible maximum metallization speed in a number of cases, so that a sufficiently rapid metallization of even large substrates is only possible if necessary through very thick soot or polypyrrole layers, so even in cases of relatively high electrical conductivity the electrically conductive ones
Startschichten andere Faktoren ausschließlich oder zumindest in bedeutendem Maße geschwindigkeitsbestimmend oder auch qualitätsbestimmend .Starting layers other factors exclusively or at least to a significant extent determining speed or also determining quality.
Das wird besonders deutlich, wenn relativ dicke und somit hochleitfähige Startschichten oder sogar im Volumen leitfähige mikrorauhe Substrate wie beispielsweise keramische Sinterkörper aus leitfähigen Oxiden, wie aus Ti02.x, elektrolytisch metallisiert werden sollen, da in diesen Fällen die Leitfähigkeit weit über den für die elektrolytische Metallisierung erforderlichen Werten liegt. In diesem Fall sind unterschiedliche Ergebnisse hinsichtlich der Metallisierbarkeit eindeutig anderen Effekten als der elektrischen Leitfähigkeit zuzuordnen. Diese Effekte haben ihre Ursache in den verbesserten Oberflächeneigenschaften der Startschicht, die durch die Art der erfindungsgemäßen Graphitpartikel verursacht werden, mit denen das Substrat überzogen wird, sowie der Verfahrensweise, mit dem die Graphitpartikel auf die nichtleitenden Oberflächen aufgebracht werden.This becomes particularly clear when relatively thick and thus highly conductive starting layers or even micro-rough substrates that are conductive in volume, such as ceramic sintered bodies made of conductive oxides, such as Ti0 2 . x , are to be electrolytically metallized, since in these cases the conductivity is far above the values required for the electrolytic metallization. In this case, different results with regard to metallizability can be clearly assigned to effects other than electrical conductivity. These effects are due to the improved surface properties of the starting layer, which are caused by the type of graphite particles according to the invention with which the substrate is coated, and the method by which the graphite particles are applied to the non-conductive surfaces.
Insbesondere der Prozeß der beginnenden Metallabscheidung wird von Vorgängen wie der Metallkeimbildung und dem Metallkeimwachstum stark bestimmt (siehe hierzu beispielsweise das Lehrbuch Hamann/Vielstich, Elektro- chemie II, Taschentext, Verlag Chemie - Physik Verlag, Weinheim, 1 981 ), wobei die Qualität des Substrats eine entscheidende Rolle spielt. Maßgebend sind vor allem chemische Wechselwirkungen des Substrats mit dem elektrolytisch abzuscheidenden Metall, die beispielsweise durch die Dichte und Verteilung von Fehlstellen in den Startschichten, die die Keimbildung erleichtern, beeinflußt werden oder etwa durch eine geeignete Oberflächenmorphologie, durch die ein rasches zweidimensionales Wachstum der bereits gebildeten Keime gefördert werden kann. Die vorstehend genannten, für die Kinetik der elektrolytischen Metallabscheidung bedeutenden Eigenschaften eines leitfähigen Substrats bzw. einer elektrisch leitfähigen Startschicht sind nicht zwingend mit der Höhe der elektrischen Leitfähigkeit verknüpft. Daher sind optimale Ergebnisse für die Metallisierung nichtleitender großflächiger Substrate in der Regel nur dann zu erwarten, wenn die zwei wichtigsten Funktionen leitfähiger Startschichten für die elektrolytische Beschichtung nichtleitender Substrate gleichzeitig erfüllt sind. Bei diesen Eigenschaften handelt es sich zum einen um eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit der Startschicht und zum anderen um die Eigenschaft dieser Schicht, eine möglichst hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit beim Metallisieren zuzulassen. Die dem Metallisierungsbad zugewandte Startschichtseite muß insbesondere die zuletzt genannte Eigenschaft aufweisen. Um beide Eigenschaften unabhängig vonein- ander optimieren zu können, sind die jeweiligen optimalen chemischen und physikalischen Eigenschaften der Schichten (elektrische Leitfähigkeit bzw. Förderung eines schnellen lateralen Schichtwachstums) unterschiedlichen Materialien zuzuordnen. Damit wird die technisch nutzbare Abscheidungs- geschwindigkeit durch Entkoppelung der geforderten Eigenschaften opti- miert, indem verschiedene, ihrer Bestimmung nach besonders angepaßteIn particular, the process of the beginning metal deposition is strongly determined by processes such as the formation of metal nuclei and the growth of metal nuclei (see, for example, the textbook Hamann / Vielstich, Elektrochemie II, Taschentext, Verlag Chemie - Physik Verlag, Weinheim, 1 981), the quality of the Substrate plays a crucial role. The main decisive factors are chemical interactions of the substrate with the metal to be electrolytically deposited, which are influenced, for example, by the density and distribution of defects in the starting layers, which facilitate nucleation, or by a suitable surface morphology, by means of which a rapid two-dimensional growth of those already formed Germs can be promoted. The properties of a conductive substrate or an electrically conductive starting layer that are important for the kinetics of electrolytic metal deposition are not necessarily linked to the level of electrical conductivity. Therefore, optimal results for the metallization of non-conductive large-area substrates can generally only be expected if the two most important functions of conductive starting layers for the electrolytic coating of non-conductive substrates are fulfilled at the same time. These properties are, on the one hand, a sufficiently high electrical conductivity of the starting layer and, on the other hand, the property of this layer to allow the highest possible rate of propagation during metallization. The starting layer side facing the metallization bath must in particular have the last-mentioned property. In order to be able to optimize both properties independently of one another, the respective optimal chemical and physical properties of the layers (electrical conductivity or promotion of rapid lateral layer growth) must be assigned to different materials. The technically usable deposition rate is thus optimized by decoupling the required properties by using different ones that are specially adapted to their determination
Materialien für die Startschicht verwendet werden.Materials used for the starting layer.
Besonders vorteilhaft ist das Konzept einer Entkopplung der beiden vorgenannten Hauptfunktionen der leitfähigen Verbundstartschicht, wenn die den größeren Teil der elektrischen Leitfähigkeit beitragende Schicht aus einzelnen leitfähigen Partikeln aufgebaut ist, da solche Schichten - anders als etwa dünne zusammenhängende Metallschichten - aufgrund ihrer Porosität und daher großen inneren Oberfläche sowie wegen ihrer durch Rauhigkeit und zahlreiche Korngrenzen charakterisierten zu galvanisierenden Grenz- fläche meist schlechte Bedingungen für eine galvanische Metallabscheidung bieten. Durch diese Entkopplung der Oberflächeneigenschaften bzw. der elektrischen Leitfähigkeit der Startschichten werden auch noch weitergehende Optimierungen ermöglicht, beispielsweise im Hinblick auf die Haftfestigkeit der innen (auf der Seite des nichtleitenden Substrats) liegenden Kontakt- fläche gegenüber dem Substrat oder auch im Hinblick auf die Kosten der gesamten leitfähigen Startschicht.The concept of decoupling the two aforementioned main functions of the conductive composite starting layer is particularly advantageous if the layer that contributes the greater part of the electrical conductivity is made up of individual conductive particles, since such layers - unlike thin, coherent metal layers - due to their porosity and therefore large inner layers Surface and because of their roughness and numerous grain boundaries characterized to be galvanized interface mostly poor conditions for galvanic metal deposition. This decoupling of the surface properties or the electrical conductivity of the starting layers also enables further optimization, for example with regard to the adhesive strength of the inner contact surface (on the side of the non-conductive substrate) with respect to the substrate or also with regard to the cost of the entire conductive starting layer.
Eine erfindungsgemäße leitfähige Startschicht kann beispielsweise eine Verbundschicht sein, die aus zwei oder mehreren leitfähigen Materialschichten besteht. Erfindungsgemäß haben die leitfähigen Verbund-Startschichten dieA conductive starting layer according to the invention can, for example, be a composite layer consisting of two or more conductive material layers. According to the invention, the conductive composite starting layers have the
Eigenschaft, daß die Wirkung der die Kinetik der galvanischen Metallabscheidung beschleunigenden Komponente auf die Geschwindigkeit der Ausbreitung der galvanischen Abscheidung größer ist als es ihrem Leitfähigkeitsbeitrag entspricht.Characteristic that the effect of the component accelerating the kinetics of the galvanic metal deposition on the speed of the spreading of the galvanic deposition is greater than its conductivity contribution.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Startschicht aus einer an der Substratoberfläche anliegenden Innenschicht, die sich durch gute elektrische Leitfähigkeit auszeichnet und die so dick ist, daß sie die erforderliche Leitfähigkeit für die nachfolgende elektrolytische Metallabscheidung aufweist, sowie aus einer elektrolytseitigen Außenschicht aus Graphit, deren Aufgabe in der Förderung einer schnellen Kinetik der zweidimensionalen Ausbreitung der Metallabscheidung liegt. Insbesondere hat diese Außenschicht auch einen großen Einfluß auf die Qualität der elektrolytisch abgeschiedenen Metallschicht, da deren Topographie, Duktilität, Kristallinität usw. stark von der Art der unmittelbaren Unterlage, d.h. der Graphitschicht, abhängig ist. Selbstverständlich ist auch die Außenschicht elektrisch leitfähig. Die Dicke dieser Schicht kann allerdings in der Regel weit unter derjenigen der Innenschicht liegen.In one embodiment of the invention, the starting layer consists of an inner layer adjacent to the substrate surface, which is characterized by good electrical conductivity and which is so thick that it has the required conductivity for the subsequent electrolytic metal deposition, and from an electrolyte-side outer layer made of graphite, the The task is to promote the rapid kinetics of the two-dimensional spread of metal deposition. In particular, this outer layer also has a great influence on the quality of the electrodeposited metal layer, since its topography, ductility, crystallinity etc. strongly depend on the type of immediate support, i.e. the graphite layer. Of course, the outer layer is also electrically conductive. However, the thickness of this layer can generally be far below that of the inner layer.
Eine andere erfindungsgemäße Variante besteht darin, im Volumen elektrisch leitfähige Materialien, beispielsweise Sinterkörper aus leitfähigen Oxiden, einzusetzen und mit dem erfindungsgemäßen Graphit zu beschichten. Die Oberflächeneigenschaften der leitfähigen Materialien können durch eine derartige Außenschicht verbessert werden.Another variant according to the invention consists in using electrically conductive materials in the volume, for example sintered bodies made of conductive oxides, and coating them with the graphite according to the invention. The surface properties of the conductive materials can be improved by such an outer layer.
Die erfindungsgemäßen Vorteile in Bezug auf die Abscheidungs- und Aus- breitungsgeschwindigkeit und insbesondere auch auf die Qualität der elektrolytisch abgeschiedenen Metallschichten lassen sich mit den relativ glatten Außenschichten erzielen, die durch Beschichtung mit schuppigen leitfähigen Graphitpartikeln erhalten werden. Eine solche Beschichtung wird durch Behandeln mit tensidstabilisierten Dispersionen solcher Partikel er- reicht, beispielsweise durch Tauchen, Sprühen oder Anschwellen.The advantages according to the invention with regard to the deposition and spreading speed and in particular also to the quality of the electrolytically deposited metal layers can be achieved with the relatively smooth outer layers which are obtained by coating with flaky conductive graphite particles. Such a coating is achieved by treatment with surfactant-stabilized dispersions of such particles, for example by dipping, spraying or swelling.
Zur Bildung der ersten elektrisch leitfähigen Beschichtung eines nichtleitenden Substratkörpers werden vorzugsweise Rußpartikel verwendet. Zur Bildung der Rußschicht auf dem Körper wird eine Rußdispersion eingesetzt. Hierzu wird üblicherweise eine wäßrige Lösung verwendet, die neben denSoot particles are preferably used to form the first electrically conductive coating of a non-conductive substrate body. A soot dispersion is used to form the soot layer on the body. For this purpose, an aqueous solution is usually used, which in addition to
Rußpartikeln Substanzen zur Stabilisierung der Dispersion enthalten.Soot particles contain substances to stabilize the dispersion.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt in einer weiteren bevorzugten Verfahrensalternative, bei der als erste elektrisch leitfähige Beschichtung Rußpartikel verwendet werden, ferner einen Vorbehandlungsschritt, bei dem das zu beschichtende Substrat zunächst mit einer Lösung von hochmolekularen, vorzugsweise merklich wasserlöslichen, und zur Adsorption am Substrat sowie als Koagulationsauslöser geeigneten Stoffen behandelt wird, um nachfolgend die Rußpartikel auf dem mit den Koagulationsauslösern be- schichteten Substrat zu koagulieren (substratinduzierte Koagulation). Um die substratinduzierte Koagulation auch wirksam einzuleiten, enthält die Rußdispersion neben dem flüssigen Dispergierungsmittel ferner einen oberflächenaktiven Stoff zur Dispergierung der Partikel sowie Elektrolyte als die Dispersion destabilisierende Salze. Dadurch können die nichtleitenden Ober- flächen elektrolytisch metallisiert werden, ohne daß eine vorherige Trocknung der Rußschicht erforderlich ist, da die Rußschicht durch nach dem Aufbringen dieser Schicht durchgeführte Behandlungsschritte, beispiels- weise Spülen in Wasser, nicht wieder abgespült wird. Außerdem wird dadurch eine sehr fest haftende und definierte Rußschicht auf der Substratoberfläche gebildet, da die Rußpartikel auf der Oberfläche durch eine hohe negative Adsorptionsenthalpie gebunden werden. Dies gilt in einer Verfah- rensalternative, bei der zur Graphitbeschichtung ebenfalls nach dem Prinzip der substratinduzierten Koagulation gearbeitet wird, auch bei der Behandlung mit der Graphitdispersion.In a further preferred process alternative in which carbon black particles are used as the first electrically conductive coating, the process according to the invention further comprises a pretreatment step in which the substrate to be coated is initially coated with a solution of high molecular weight, preferably noticeably water-soluble, and for adsorption on the substrate and as a coagulation trigger suitable substances is treated in order to subsequently coagulate the soot particles on the substrate coated with the coagulation triggers (substrate-induced coagulation). In order to also effectively initiate substrate-induced coagulation, the carbon black dispersion also contains, in addition to the liquid dispersant, a surface-active substance for dispersing the particles and electrolytes as salts which destabilize the dispersion. As a result, the non-conductive surfaces can be electrolytically metallized without the soot layer having to be dried beforehand, since the soot layer is treated by treatment steps carried out after the application of this layer, for example wise rinsing in water is not rinsed off again. In addition, a very firmly adhering and defined soot layer is formed on the substrate surface, since the soot particles are bound to the surface by a high negative enthalpy of adsorption. This applies in an alternative method in which the graphite coating is also based on the principle of substrate-induced coagulation, also in the treatment with the graphite dispersion.
Als bevorzugte hochmolekulare, merklich wasserlösliche Stoffe zur Vorbe- handlung der Substrate hat sich eine große Anzahl von Polymeren als geeignet herausgestellt. Gute Ergebnisse wurden mit Gelatine erzielt, ebenso mit Polyacrylaten, die Ammoniumgruppen enthalten können. Verwendbar sind auch wasserlösliche Peptide, wie beispielsweise Albumine. Daneben sind auch Polyelektrolyte einsetzbar, beispielsweise Copolymerisate des Acrylamids oder Methacrylamids mit Salzen oder Quaterisierungsprodukten von Aminoacrylaten oder andere Polyelektrolyte, die einfache oder substituierte Ammoniumgruppen enthalten. Zahlreiche Verbindungen dieser Art sind als Flockungsmittel im Handel. Ferner können ungeladene Polymere, wie Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylalkohole, Polyethylenglykole und deren Ether, Epichlorhydrin-Imidazol-Addukte, Polyvinylimidazole, Polysaccharide undA large number of polymers have proven to be suitable as preferred high-molecular, noticeably water-soluble substances for the pretreatment of the substrates. Good results have been obtained with gelatin, as well as with polyacrylates, which may contain ammonium groups. Water-soluble peptides such as albumins can also be used. In addition, polyelectrolytes can also be used, for example copolymers of acrylamide or methacrylamide with salts or quaternization products of aminoacrylates or other polyelectrolytes which contain simple or substituted ammonium groups. Numerous compounds of this type are commercially available as flocculants. Uncharged polymers, such as polyvinylpyrrolidones, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols and their ethers, epichlorohydrin-imidazole adducts, polyvinylimidazoles, polysaccharides and
Zuckerpolymere verwendet werden sowie anionisch geladene hochmolekulare Stoffe, wie Polycarbonsäuren, beispielsweise Polyvinylphosphorsäuren.Sugar polymers are used as well as anionically charged high-molecular substances, such as polycarboxylic acids, for example polyvinyl phosphoric acids.
Die Art der Tensidstabilisatoren, die zur Dispergierung der Ruß- und auch der Graphitteilchen dienen, ist für das Funktionieren der substratinduziertenThe type of surfactant stabilizers used to disperse the soot and graphite particles is essential for the functioning of the substrate-induced ones
Koagulation nicht kritisch. Nahezu alle bekannten Typen von oberflächenaktiven Stabilisatoren können eingesetzt werden. Wesentlich ist, daß die Menge dieses Mittels so gering bemessen wird, daß eine spontane Koagulation an der Substratoberfläche stattfinden kann, und so hoch ist, daß eine ausreichende Stabilisierung der Dispersion gegen spontane Koagulation imCoagulation is not critical. Almost all known types of surface-active stabilizers can be used. It is essential that the amount of this agent is so small that spontaneous coagulation on the substrate surface can take place, and is so high that sufficient dispersion stabilization against spontaneous coagulation in the
Volumen nicht stattfindet. Ferner enthält die Ruß- und gegebenenfalls auch die Graphitdispersion einen Elektrolyten zur Destabilisierung der Dispersion. Auch hinsichtlich der Art dieses Stoffes bestehen keine speziellen Einschränkungen. Gute Ergebnisse wurden mit Natriumacetat, Kaliumchlorid und Ammoniumnitrat erhalten. Als flüssiges Dispergierungsmittel können übliche Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, eingesetzt werden.Volume does not take place. The carbon black and optionally also the graphite dispersion also contains an electrolyte for destabilizing the dispersion. There are also no special restrictions with regard to the type of this substance. Good results have been obtained with sodium acetate, potassium chloride and ammonium nitrate. Customary solvents, preferably water, can be used as the liquid dispersant.
Durch die vorgenannte Verfahrensweise der substratinduzierten Koagulation ist es möglich, die Rußbeschichtung ohne nachfolgende Trocknung des beschichteten Substrats und die elektrolytische Metallisierung nach einem Spülschritt unmittelbar nach der Graphitbeschichtung ohne Trocknung des mit Graphit beschichteten Körpers durchzuführen. Ohne diese Behandlung müßte die gebildete Ruß- bzw. Graphitschicht durch Trocknung verdichtet werden. Andernfalls würde die Schicht bei einer weiteren naßchemischen Behandlung wieder abgeschwemmt werden.The aforementioned procedure of substrate-induced coagulation makes it possible to carry out the soot coating without subsequent drying of the coated substrate and the electrolytic metallization after a rinsing step immediately after the graphite coating without drying the body coated with graphite. Without this treatment, the soot or graphite layer formed would have to be compressed by drying. Otherwise, the layer would be washed off again with a further wet chemical treatment.
Vorzugsweise kann die für die Förderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Metallschicht optimierte Graphitschicht extrem dünn sein, selbst wenn die mit der zusätzlichen Graphitbeschichtung zwangsläufig verbundene zusätzliche elektrische Leitfähigkeit gering gegenüber der Leitfähigkeit der darunter liegenden Rußschicht ist. Das bedeutet nicht nur den offensicht- liehen Vorteil der Materialeinsparung, sondern darüber hinaus auch noch den Vorteil der Zeitersparnis beim Beschichtungsvorgang. Das gilt insbesondere für solche Beschichtungsverfahren, bei denen die erzielbare Schichtdicke von der Kontaktzeit im Beschichtungsmedium abhängt, wie beispielsweise bei Verfahren, die auf der Adsorption von im Beschichtungsmedium dispergierten Partikeln auf einem Substrat beruhen. Eine kurze Behandlungszeit ist beispielsweise bei der Behandlung von Leiterplatten vorteilhaft, die in einer horizontalen Behandlungsanlage bearbeitet werden, da zum Erreichen eines hohen Durchsatzes von Leiterplatten pro Zeiteinheit eine möglichst kurze Behandlungszeit erwünscht ist. Diese sollte im Bereich deutlich unter einer Minute liegen.Preferably, the graphite layer optimized for promoting the rate of propagation of the metal layer can be extremely thin, even if the additional electrical conductivity inevitably associated with the additional graphite coating is low compared to the conductivity of the soot layer underneath. This means not only the obvious advantage of saving material, but also the advantage of saving time during the coating process. This applies in particular to coating processes in which the achievable layer thickness depends on the contact time in the coating medium, for example in processes which are based on the adsorption of particles dispersed in the coating medium on a substrate. A short treatment time is advantageous, for example, in the treatment of printed circuit boards that are processed in a horizontal treatment system, since the shortest possible treatment time is desired in order to achieve a high throughput of printed circuit boards per unit of time. This should be well under a minute in the range.
In dieser bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nur eine sehr dünne Graphitschicht durch eine extrem kurze Kontaktzeit des Substrats mit der Graphitdispersion gebildet. Um die erfindungsgemäßen Vorteile erreichen zu können, reicht es beispielsweise bereits aus, das Substrat während der sehr kurzen Zeitspanne von 1 bis 30 Sekunden, vorzugs- weise 2 bis 1 5 Sekunden, mit der Graphitdispersion in Kontakt zu bringen.In this preferred variant of the method according to the invention, only a very thin graphite layer formed by an extremely short contact time of the substrate with the graphite dispersion. In order to be able to achieve the advantages according to the invention, it is already sufficient, for example, to bring the substrate into contact with the graphite dispersion during the very short period of 1 to 30 seconds, preferably 2 to 15 seconds.
Bereits eine 5 bis 8 Sekunden lange Behandlung des Substrats mit der Graphitdispersion führt zu einem sehr schnellen zweidimensionalen Frontwachstum bei der Metallabscheidung, so daß großflächige nichtleitfähige Substrate sehr schnell elektrolytisch metallisiert werden können. Selbst bei einer Behandlungszeit von 1 Sekunde wird immer noch eine um etwa denEven a 5 to 8 second treatment of the substrate with the graphite dispersion leads to very rapid two-dimensional front growth in the metal deposition, so that large-area non-conductive substrates can be electrolytically metallized very quickly. Even with a treatment time of 1 second, one will still be around that
Faktor 2 verkürzte Zeit für die vollständige Verkupferung nichtleitender Oberflächen gegenüber den bekannten Verfahren erreicht. Der Erfindung liegt demnach insbesondere die Erkenntnis zugrunde, daß ein schnelles laterales Metallwachstum mit den erfindungsgemäßen Graphitpartikeln erreicht werden kann, ohne daß eine entsprechende Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht erforderlich ist.Factor 2 reduced time for the complete coppering of non-conductive surfaces compared to the known methods. Accordingly, the invention is based in particular on the finding that rapid lateral metal growth can be achieved with the graphite particles according to the invention without a corresponding increase in the electrical conductivity of the layer being necessary.
Die kurzen Behandlungszeiten in einer Graphitdispersion machen es ferner möglich, auf eine gründliche Fixierung der leitfähigen Grundschicht, bei- spielsweise durch einen Temperprozeß, zu verzichten. Insbesondere beiThe short treatment times in a graphite dispersion also make it possible to dispense with thorough fixing of the conductive base layer, for example by means of an annealing process. Especially at
Anwendung der substratinduzierten Koagulation kann eine sehr kurze Be- schichtungszeit mit Graphit gewählt werden, da sich selbst dann sehr schnell eine dichte Graphitbelegung ausbildet, wenn die für die substratinduzierte Koagulation erforderliche Vorbehandlung mit einem Koagulations- auslöser nur vor der Rußbeschichtung durchgeführt wird, da die Graphitteilchen besonders fest auf dem Substrat haften.Using the substrate-induced coagulation, a very short coating time with graphite can be selected, since a dense graphite coating forms very quickly even if the pretreatment required for the substrate-induced coagulation is carried out with a coagulation trigger only before the soot coating, since the graphite particles adhere particularly firmly to the substrate.
Wenngleich die für die Geschwindigkeit der Ausbreitung der galvanischen Abscheidung optimierte Schicht im allgemeinen außen liegen wird, muß die Abfolge der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der Graphitpartikelschicht nicht zwingenderweise, wie zuvor beschrieben, eingehalten werden. Die umgekehrte Reihenfolge führt ebenfalls zum Ziel, sofern die elektrolyt- seitige Außenschicht porös ist, um Elektrolytzutritt auch zur darunterliegenden Innenschicht zu gewähren. Auch bei dieser inversen Konstellation kann der Vorteil der schnelleren Ausbreitung der elektrolytisch abgeschiedenen Metallschicht, beispielsweise durch Unterwanderung der porösen Außen- schicht, durchaus beträchtlich sein.Although the layer optimized for the speed of spreading of the electrodeposition will generally be on the outside, the sequence of the first electrically conductive layer and the graphite particle layer does not necessarily have to be adhered to, as described above. The reverse order also leads to the goal if the electrolyte outer layer is porous to allow electrolyte access to the underlying inner layer. With this inverse constellation, too, the advantage of the faster spreading of the electrolytically deposited metal layer, for example by infiltration of the porous outer layer, can be considerable.
Ein Spezialfall der inversen Konstellation in der Verbund-Startschicht liegt dann vor, wenn mittels einer Außenschicht aus einem Material, das für sich alleine nicht durch einen günstigen Einfluß auf die Ausbreitungsgeschwin- digkeit der Metallabscheidung gekennzeichnet ist, sogar auf einer Innenschicht aus Graphitpartikeln dennoch eine Steigerung der Ausbreitungsbzw. Abscheidungsgeschwindigkeit auf der so gebildeten Verbund-Startschicht hervorgerufen wird. Dieser Effekt tritt beispielsweise dann auf, wenn auf einer Innenschicht aus schuppigem Graphit durch eine Außen- schicht aus Ruß, also einem Material, auf dem sich Metallschichten beim elektrolytischen Abscheiden relativ langsam ausbreiten, die Geschwindigkeit der elektrolytischen Metallabscheidung dennoch gesteigert wird, weil der feinteilige Ruß die Lücken zwischen den Graphitschuppen ausfüllt und überbrückt.A special case of the inverse constellation in the composite starting layer is when, by means of an outer layer made of a material which is not itself characterized by a favorable influence on the rate of expansion of the metal deposition, an increase even on an inner layer made of graphite particles the spreading or Deposition speed is caused on the composite starting layer thus formed. This effect occurs, for example, when the speed of the electrolytic metal deposition is nevertheless increased because of the finely divided soot on an inner layer made of flaky graphite through an outer layer made of soot, ie a material on which metal layers spread relatively slowly during electrolytic deposition fills and bridges the gaps between the graphite scales.
Die Möglichkeit der inversen Abfolge der beiden Funktionsschichten bietet natürlich weitere Optimierungsmöglichkeiten, beispielsweise im Hinblick auf die Haftfestigkeit der leitfähigen Startschicht auf der Substratoberfläche.The possibility of the inverse sequence of the two functional layers naturally offers further optimization possibilities, for example with regard to the adhesive strength of the conductive starting layer on the substrate surface.
Auch die inverse Abfolge der beiden Funktionsschichten, also eine substrat- seitig aufgebrachte dünne Graphitschicht, die durch eine außenliegende dicke Rußschicht ergänzt wird, führt zu einer erheblichen Beschleunigung der technisch nutzbaren Galvanisiergeschwindigkeit gegenüber der reinen Rußschicht (oder auch gegenüber der reinen Graphitschicht) .The inverse sequence of the two functional layers, i.e. a thin graphite layer applied on the substrate side, which is supplemented by an outside thick soot layer, leads to a considerable acceleration of the technically usable electroplating speed compared to the pure soot layer (or also compared to the pure graphite layer).
Der Einfluß der Qualität der Außenschichten aus schuppigen leitfähigen Graphitpartikeln auf die Qualität elektrolytisch abgeschiedener Metallschich- ten kann durch profilometrische Messungen mittels der Kraft-Mikroskopie- Methode demonstriert werden. Hierzu wird die erfindungsgemäße Startschicht auf polierte Glasplättchen abgelagert und mittels einer Silizium-Spitze zur Profilhöhenmessung abgerastert (siehe Beispiele 1 2 und 1 3) . Dabei wird der glattere Charakter der Metallschichten auf einem Substrat, das zusätzlich zur Ruß-Beschichtung noch mit Graphit belegt wurde, sehr deutlich. Der glättende Effekt der zusätzlichen Graphit-Belegung wird auch optisch durch deutlich höheren Glanz erkennbar.The influence of the quality of the outer layers of flaky conductive graphite particles on the quality of electrolytically deposited metal layer can be demonstrated by profilometric measurements using the force microscopy method. For this purpose, the starting layer according to the invention is deposited on polished glass platelets and scanned using a silicon tip for profile height measurement (see Examples 1 2 and 1 3). The smoother character of the metal layers on a substrate, which was coated with graphite in addition to the carbon black coating, becomes very clear. The smoothing effect of the additional graphite coating is also visually recognizable by the significantly higher gloss.
Die Teilchenform der Graphitpartikel kann durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) ermittelt werden. Ferner kann das Verhältnis von Dicke zum Durchmesser der Teilchen auch an gesiebten Graphitteilchen mit nahezu gleichem Partikeldurchmesser durch eine Bestimmung nach der BET-Metho- de bestimmt werden.The particle shape of the graphite particles can be determined by scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, the ratio of the thickness to the diameter of the particles can also be determined on sieved graphite particles with almost the same particle diameter by a determination according to the BET method.
In einer weiteren Ausführungsform können auch andere Materialien zur Bildung einer elektrisch leitfähigen Stratschicht eingesetzt werden. Besonders gut geeignet sind Beschichtungen aus intrinsisch leitfähigen Polymeren, vorzugsweise Polypyrrol, Polythiophen oder Polyanilin.In a further embodiment, other materials can also be used to form an electrically conductive strat layer. Coatings made from intrinsically conductive polymers, preferably polypyrrole, polythiophene or polyaniline, are particularly suitable.
Mit dem erfindungsmäßen Verfahren können sowohl kleinflächige als auch großflächige nichtleitende Substrate problemlos elektrolytisch metallisiert werden. Insbesondere ist das Verfahren zur großflächigen Metallisierung von Kunststoffteilen für dekorative oder funktioneile Anwendungen geeig- net, beispielsweise von Teilen für den Sanitärbereich, von Gehäusen für elektronische Geräte, die gegen elektromagnetische Strahlungen abgeschirmt werden müssen, Automobilteile und Teile für die Möbelindustrie sowie zur Beschichtung von Reflektoren für Lampen. Darüber hinaus kann das Verfahren auch für die elektrolytische Metallisierung der Lochwände von Leiterplatten sowie von halbleitenden Oxiden oder anderen leitfähigenWith the method according to the invention, both small-area and large-area non-conductive substrates can be metallized without problems. In particular, the method is suitable for the large-area metallization of plastic parts for decorative or functional applications, for example parts for the sanitary area, housings for electronic devices which have to be shielded from electromagnetic radiation, automotive parts and parts for the furniture industry and for coating reflectors for lamps. In addition, the method can also be used for the electrolytic metallization of the perforated walls of printed circuit boards and of semiconducting oxides or other conductive ones
Körpern eingesetzt werden. Eine interessante Anwendung stellt die Metallbeschichtung von Kunststoffträgern für Elektroden in Batterien dar. Zur Verringerung des Gewichts von Bleiakkumulatoren können anstelle der bekannten massiven Bleielektroden Kunststoffgitter für die Herstellung von Elektroden eingesetzt werden, die mit Blei elektrolytisch beschichtet werden.Bodies are used. An interesting application is the metal coating of plastic carriers for electrodes in batteries. To reduce the weight of lead accumulators, plastic grids can be used instead of the known solid lead electrodes for the production of electrodes which are electrolytically coated with lead.
Grundsätzlich ist zwischen zwei unterschiedlichen Anwendungsfällen für das erfindungsgemäße Verfahren zu unterscheiden: i) Die großflächige elektrolytische Metallabscheidung ist wirtschaftlich, d.h. mit vernünftiger Pro- zeßgeschwindigkeit, nur mit sehr gut leitfähigen Substraten möglich. Es werden somit dicke leitfähige Beschichtungen oder eine ausreichende Leitfähigkeit im Volumen des zu beschichtenden Körpers gefordert, ii) Zur Herstellung von Durchkontaktierungen in Leiterplatten sind relativ schlecht leitende Startschichten ausreichend, da Metall nur in unmittelbarer Nähe der Kontaktierung durch die Kupferkaschierung elektrolytisch abgeschieden wird.A basic distinction must be made between two different applications for the method according to the invention: i) The large-area electrolytic metal deposition is economical, i.e. with reasonable process speed, only possible with very good conductive substrates. Thick conductive coatings or sufficient conductivity in the volume of the body to be coated are thus required, ii) relatively poorly conductive starting layers are sufficient for the production of plated-through holes in printed circuit boards, since metal is electrolytically deposited only in the immediate vicinity of the contact by the copper cladding.
Insbesondere bei den Beispielen zur großflächigen Metallabscheidung auf sehr gut leitenden Substraten wird jedoch deutlich, daß es nicht allein auf die Leitfähigkeit der zu metallisierenden Substrate ankommt. Eine ausreichende Ausbreitungsgeschwindigkeit des Metalls kann nämlich nicht mehr mit ausschließlich gut leitfähigen Startschichten erreicht werden. Vielmehr werden vor allem die morphologischen, topographischen und chemischen Eigenschaften der zu metallisierenden Oberfläche ausschlaggebend für die erreichbare technisch nutzbare Metallausbreitungsrate.In particular in the examples of large-area metal deposition on very well-conductive substrates, however, it becomes clear that it is not only the conductivity of the substrates to be metallized that is important. A sufficient propagation speed of the metal can no longer be achieved with exclusively highly conductive starting layers. Rather, the morphological, topographical and chemical properties of the surface to be metallized are decisive for the achievable technically usable metal spreading rate.
Als Substrate können grundsätzlich beliebige Grundmaterialien beschichtet werden, sofern eine ausreichende Haftung des Metallfilmes durch ein geeignetes Vorbehandlungsverfahren erreicht werden kann. So können Kunst- Stoffe, Keramiken, halbleitende Oxide oder andere Chalcogenide beschichtet werden. Als Kunststoffe kommen prinzipiell die galvanotechnisch beschichtbaren Materialien in Frage: Thermoplaste wie Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymer (ABS), Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polystyrol sowie deren Mischungen, ferner Duroplaste wie Epoxidharze, Phenolharze, Polyimid, Cyanatester, Poly- tetrafluorethylen sowie andere halogenierte Polyalkene. Ferner sind anorganische Materialien beschichtbar, beispielsweise Glas, Siliziumdioxid-, Aluminium-oxid-Keramik, Titandioxid und Indium/Zinnoxid (ITO).In principle, any base materials can be coated as substrates, provided adequate adhesion of the metal film can be achieved by a suitable pretreatment process. For example, plastics, ceramics, semiconducting oxides or other chalcogenides can be coated. In principle, the materials that can be coated by electroplating are suitable as plastics: thermoplastics such as acrylonitrile-butadiene-styrene Copolymer (ABS), polyamide, polycarbonate, polyester, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polystyrene and mixtures thereof, and also thermosets such as epoxy resins, phenolic resins, polyimide, cyanate esters, polytetrafluoroethylene and other halogenated polyalkenes. In addition, inorganic materials can be coated, for example glass, silicon dioxide, aluminum oxide ceramic, titanium dioxide and indium / tin oxide (ITO).
Die Substrate werden zunächst mit einem geeigneten Verfahren für die nachfolgenden chemischen Behandlungsmittel benetzbar gemacht. FürThe substrates are first made wettable with a suitable process for the subsequent chemical treatment agents. For
Kunststoffe werden üblicherweise Ätzlösungen verwendet, beispielsweise Chromsäure, Chromschwefelsäure oder Schwefelsäure oder alkalische Permanganatlösungen. Gegebenenfalls werden die Kunststoffoberflächen vor der Ätzbehandlung zusätzlich mit einem geeigneten organischen Quell- mittel behandelt, beispielsweise einem Alkylenglykolether oder -etherester bzw. deren wäßrige Lösungen. Nach der Ätzbehandlung mit Chrom(VI)- oder Permanganat-Ionen enthaltenden Lösungen werden die Substrate zur Entfernung von Resten des Ätzmittels mit geeigneten Reduktionsmitteln behandelt, beispielsweise Hydroxylamin- oder Sulfit-Lösungen. Zwischen den einzelnen Behandlungsschritten werden die Substrate jeweils gespült, vorzugsweise in Wasser.Plastics are usually used in etching solutions, for example chromic acid, chromosulfuric acid or sulfuric acid or alkaline permanganate solutions. If necessary, the plastic surfaces are additionally treated with a suitable organic swelling agent before the etching treatment, for example an alkylene glycol ether or ether ester or their aqueous solutions. After the etching treatment with solutions containing chromium (VI) or permanganate ions, the substrates are treated with suitable reducing agents, for example hydroxylamine or sulfite solutions, in order to remove residues of the etchant. Between the individual treatment steps, the substrates are rinsed, preferably in water.
Anschließend werden die zu behandelnden Oberflächen gereinigt und kondi- tioniert (Behandlung mit adsorptionsfördemden Mitteln), um eine ausrei- chende Beschichtung mit Ruß zu erreichen. Hierzu sind Lösungen geeignet, die unter anderem Netzmittel, organische Lösungsmittel und Komplexbildner enthalten, wie beispielsweise nichtionische Netzmittel, Monoethanolamin, Ethylenglykol, kationische Polyelektrolyte (insbesondere zur Konditionie- rung) und andere Stoffe. Bevorzugt wird eine Lösung von Nonylphenolpoly- glykolether in schwefelsaurer Lösung eingesetzt. Anschließend werden dieThe surfaces to be treated are then cleaned and conditioned (treatment with adsorption-promoting agents) in order to achieve a sufficient coating with soot. For this purpose, solutions are suitable which contain, among other things, wetting agents, organic solvents and complexing agents, such as nonionic wetting agents, monoethanolamine, ethylene glycol, cationic polyelectrolytes (in particular for conditioning) and other substances. A solution of nonylphenol polyglycol ether in sulfuric acid solution is preferably used. Then the
Substratoberflächen gespült. Zur Erzielung einer substratinduzierten Koagulation von Ruß auf dem Substrat können die zuvor beschriebenen Stoffe für die Konditionierung verwendet werden. Besonders geeignet sind Gelatine, Polyvinylalkohol, beispielsweise Mowiof 8-88 (Firma Hoechst AG, Deutschland), Carboxymethylcellulose-Natriumsalz, Polyacrylsäureamid, Natriumalgi- nat und Polyvinylpyrrolidon. Gelatine mit hoher Gelstärke eignet sich besonders gut als Koagulationsauslöser, beispielsweise Gelatine-Typ B, das in einem basischen Verfahren aus Rinderschwarte gewonnen wird. Sehr gute Ergebnisse wurden insbesondere mit Gelatine-Typ 280 B (hohe Gelstärke) erhalten (Hersteller: Firma Deutsche Gelatinefabrik Stoess AG, Ebersbach, Deutschland) . Anschließend werden die Substrate wieder gespült.Rinsed substrate surfaces. In order to achieve substrate-induced coagulation of soot on the substrate, the substances described above can be used for the conditioning can be used. Gelatin, polyvinyl alcohol, for example Mowiof 8-88 (Hoechst AG, Germany), carboxymethyl cellulose sodium salt, polyacrylic acid amide, sodium alginate and polyvinyl pyrrolidone are particularly suitable. Gelatin with a high gel strength is particularly suitable as a coagulation trigger, for example gelatin type B, which is obtained from bovine rind in a basic process. Very good results were obtained in particular with gelatin type 280 B (high gel strength) (manufacturer: Deutsche Gelatinefabrik Stoess AG, Ebersbach, Germany). The substrates are then rinsed again.
Danach wird Ruß aufgetragen. Es werden vorzugsweise Ruße mit einer Teilchengröße von höchstens 3 μm verwendet. Der Ruß wird in einem Dispergiermittel, vorzugsweise Wasser, dispergiert. Die Dispersion wird durch Zugabe von oberflächenaktiven Stoffen, beispielsweise Hexadecyltrimethylam- moniumbromid oder C8H17OOCCH2CH(S03Na)COOC8H17, stabilisiert. ZurThen soot is applied. Carbon blacks with a particle size of at most 3 μm are preferably used. The carbon black is dispersed in a dispersant, preferably water. The dispersion is stabilized by adding surface-active substances, for example hexadecyltrimethylammonium bromide or C 8 H 17 OOCCH 2 CH (S0 3 Na) COOC 8 H 17 . to
Destabilisierung der Dispersion und Unterstützung der substratinduzierten Koagulation des Rußes auf den Substratoberflächen enthält die Dispersion gegebenenfalls einen Elektrolyten, beispielsweise Natriumacetat, Kaliumchlorid, Calciumchlorid oder Kaliumsulfat. In diesem Falle wird die Menge des stabilisierenden oberflächenaktiven Mittels sehr knapp gehalten, um dieDestabilization of the dispersion and support for substrate-induced coagulation of the soot on the substrate surfaces may contain an electrolyte, for example sodium acetate, potassium chloride, calcium chloride or potassium sulfate. In this case, the amount of the stabilizing surfactant is kept very short by that
Koagulation des Rußes zu begünstigen. Ferner kann die Dispersion auch andere übliche Zusatzstoffe enthalten, wie beispielsweise organische Lö¬ sungsmittel.To favor coagulation of the soot. Further, the dispersion may also contain other conventional additives, such as organic solvents Lö ¬.
Falls mit dem Verfahren zur substratinduzierten Koagulation gearbeitet wird, kann nachfolgend gespült werden. Andernfalls wird die Rußschicht auf der Substratoberfläche eingetrocknet, indem das Substrat einer erhöhten Temperatur, beispielsweise 80 ° C, ausgesetzt wird.If the method for substrate-induced coagulation is used, rinsing can subsequently be carried out. Otherwise, the soot layer on the substrate surface is dried by exposing the substrate to an elevated temperature, for example 80 ° C.
Anschließend wird Graphit aus einer Graphitdispersion aufgebracht. Hierzu ist keine weitere Vorbehandlung mehr erforderlich. Insbesondere wird auch eine Konditionierung nicht mehr durchgeführt. Eine spontane Koagulation des Graphits auf der Substratoberfläche wird bereits ohne Anwendung des Prinzips zur substratinduzierten Koagulation erreicht, so daß die Graphitschicht auch bei nachfolgendem Spülen nicht abgeschwemmt wird . Falls der Graphit durch substratinduzierte Koagulation niedergeschlagen werden soll, kann auch ein weiterer Behandlungsschritt mit einem geeigneten Polymeren unmittelbar vor der Graphitbehandlung durchgeführt werden. Zur substratinduzierten Koagulation des Graphits auf der Rußschicht reicht jedoch schon die vor der Rußbelegung aufgebrachte Konditioniermittelbele- gung aus, die durch die Rußschicht offensichtlich durchgreift.Then graphite is applied from a graphite dispersion. No further pretreatment is required for this. In particular, conditioning is no longer carried out. A spontaneous coagulation of the graphite on the substrate surface is achieved without using the principle for substrate-induced coagulation, so that the graphite layer is not washed off even during subsequent rinsing. If the graphite is to be deposited by substrate-induced coagulation, a further treatment step with a suitable polymer can also be carried out immediately before the graphite treatment. For the substrate-induced coagulation of the graphite on the soot layer, however, the conditioning agent coating applied before the soot coating is sufficient, which obviously penetrates through the soot layer.
Für die Graphitdispersion wird Graphit mit Teilchengrößen, vorzugsweise von 0, 1 bis 1 ,5 μm und einem Dicken/Durchmesserverhältnis von mindestens 5, vorzugsweise mindestens 10, eingesetzt. Der Graphit wird zur Bildung der feinen Partikelgröße in Gegenwart von Tensiden naßgemahlen. Vorzugsweise werden nichtionische Tenside zur Stabilisierung der Graphitdispersion eingesetzt. Es können dieselben Mittel verwendet werden wie für die Rußdispersion. Zusätzlich wird zur substratinduzierten Koagulation vorzugsweise auch ein Elektrolyt zur Graphitdispersion zugegeben, beispielsweise Natriumacetat. Ferner kann die Dispersion auch andere übliche Zu- satzstoffe enthalten, wie beispielsweise organische Lösungsmittel.For the graphite dispersion, graphite with particle sizes, preferably from 0.1 to 1.5 μm and a thickness / diameter ratio of at least 5, preferably at least 10, is used. The graphite is wet milled to form the fine particle size in the presence of surfactants. Nonionic surfactants are preferably used to stabilize the graphite dispersion. The same means can be used as for the carbon black dispersion. In addition to the substrate-induced coagulation, an electrolyte for graphite dispersion, for example sodium acetate, is preferably also added. Furthermore, the dispersion can also contain other customary additives, such as, for example, organic solvents.
Nach der Graphitbeschichtung kann das Substrat gespült werden., insbesondere wenn mit dem Verfahren der substratinduzierten Koagulation gearbeitet wurde. Anschließend kann die Graphitschicht durch Eintrocknen ver- festigt werden.After the graphite coating, the substrate can be rinsed, especially if the method of substrate-induced coagulation has been used. The graphite layer can then be solidified by drying.
Werden Leiterplatten in der angegebenen Weise beschichtet, so müssen die Kohlenstoffschichten von den Kupferoberflächen durch Abätzen wieder entfernt werden. Hierzu werden übliche Kupferätzlösungen, beispielsweise schwefelsaure Lösungen von Wasserstoffperoxid oder Natriumperoxodisul- fat, verwendet. Nach der Bildung der Doppelstartschicht aus Ruß und Graphit wird das Substrat direkt elektrolytisch metallisiert. Beispielsweise kann es mit Kupfer, Nickel, Gold, Palladium, Zinn, Blei, Eisen, Kobalt oder deren Legierungen untereinander oder mit anderen Elementen, wie beispielsweise Bor oder Phosphor, beschichtet werden. Hierzu können alle handelsüblichen Bäder eingesetzt werden.If circuit boards are coated in the specified manner, the carbon layers must be removed from the copper surfaces by etching. Customary copper etching solutions, for example sulfuric acid solutions of hydrogen peroxide or sodium peroxodisulfate, are used for this purpose. After the formation of the double start layer from soot and graphite, the substrate is directly electrolytically metallized. For example, it can be coated with copper, nickel, gold, palladium, tin, lead, iron, cobalt or their alloys with one another or with other elements such as boron or phosphorus. All standard baths can be used for this.
Wird eine intrinsisch leitfähige Polymerschicht, beispielsweise eine Polypyrrolschicht, anstelle von Ruß als erster leitfähiger Startschicht gebildet, so wird das zu beschichtende Kunststoffsubstrat vorzugsweise zunächst mit einer alkalischen Permanganatlösung behandelt, so daß sich durch Reaktion der Permanganationen mit der organischen Kunststoffoberfläche ein Braunsteinfilm auf der Oberfläche ausbildet. Dieser Film wirkt in saurer Lösung als Oxidationsmittel gegenüber Pyrrol, so daß sich beim Kontakt dieses Filmes mit einer schwach sauren Lösung von Pyrrol die Polypyrrolschicht ausbildet, die eine gute elektrische Leitfähigkeit und gute Haftfestigkeit zur Substratoberfläche aufweist. Bei dieser Reaktion wird der Braunstein zu in Wasser löslichen Mangansalzen reduziert und dadurch von der Oberfläche entfernt. Als Säure in der Pyrrollösung wird vorzugsweise Phosphorsäure eingesetzt. Nach der Beschichtung mit Polypyrrol kann die Oberfläche mit einem Kondi- tionierungsmittel zur Adsorptionsförderung für die Graphitbelegung behandelt werden.If an intrinsically conductive polymer layer, for example a polypyrrole layer, is formed as the first conductive starting layer instead of carbon black, the plastic substrate to be coated is preferably first treated with an alkaline permanganate solution, so that a brown stone film is formed on the surface by reaction of the permanganate ions with the organic plastic surface . In acidic solution, this film acts as an oxidizing agent against pyrrole, so that when this film comes into contact with a weakly acidic solution of pyrrole, the polypyrrole layer forms, which has good electrical conductivity and good adhesive strength to the substrate surface. In this reaction, the manganese dioxide is reduced to water-soluble manganese salts and thereby removed from the surface. Phosphoric acid is preferably used as the acid in the pyrrole solution. After coating with polypyrrole, the surface can be treated with a conditioning agent to promote adsorption for the graphite coating.
Andere elektrisch leitfähige Grundschichten können aus Metallfilmen oder halbleitenden Chalcogeniden bestehen. Gute Ergebnisse bei der vollflächigen Beschichtung mit Metall werden auch mit keramischen Substraten, die aus Ti02.x-Pulver gesintert sind, bzw. mit Substraten aus Titan-Metall, auf die leitfähige Oxide aus Ti02.x aufgesintert sind, erreicht.Other electrically conductive base layers can consist of metal films or semiconducting chalcogenides. Good results with full-surface coating with metal are also achieved with ceramic substrates made from Ti0 2 . x powders are sintered, or with substrates made of titanium metal, onto the conductive oxides made of Ti0 2 . x are sintered on.
Die Substrate können in herkömmlicher Weise mit den Behandlungslösungen durch Eintauchen in Kontakt gebracht werden. Im Falle von Leiterplatten werden diese in diesem Fall in vertikaler Lage in die Behandlungsbehäl- ter eingesenkt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Substrate mit den Behandlungslösungen zu besprühen oder zu beschwallen. In diesem Falle können insbesondere Leiterplatten in horizontaler Anordnung durch hierfür geeignete Behandlungsanlagen hindurchgeführt werden.The substrates can be brought into contact with the treatment solutions in a conventional manner by immersion. In the case of printed circuit boards, they are in this case placed vertically in the treatment containers. sunk. Another possibility is to spray or wash the substrates with the treatment solutions. In this case, printed circuit boards in particular can be passed through treatment systems suitable for this purpose.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen erläutert:The invention is illustrated in the following examples:
A: Für die Beschichtung von Leiterplattenbohrlöchern wurden zweiseitig mit Kupfer kaschierte FR4-(flame retardent)-Laminate eingesetzt. Die Leiterplatten bestanden aus mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz und wiesen eine Dicke von 1 ,6 mm auf. Die Dicke der Kupferkaschierung betrug 35 μm. Die Abmessung der Leiterplattenproben betrug 9, 5 cm x 7 cm. Jede Platte hatte 54 Langlöcher mit einer Länge von 4 mm und einer Breite von 1 mm sowie 48 Rundlöcher mit einem Durchmesser von 1 mm.A: Double-sided copper-clad FR4 (flame retardent) laminates were used to coat PCB holes. The circuit boards consisted of epoxy resin reinforced with glass fibers and had a thickness of 1.6 mm. The thickness of the copper cladding was 35 μm. The dimensions of the circuit board samples were 9.5 cm x 7 cm. Each plate had 54 elongated holes with a length of 4 mm and a width of 1 mm and 48 round holes with a diameter of 1 mm.
B: Für Beschichtungsbeispiele an Epoxidharzoberflächen wurden einseitig mit Kupfer kaschierte FR4-Laminate eingesetzt. Die Dicke der Kupferkaschierung betrug 35 μm und die der Laminate 1 ,6 mm.B: FR4 laminates laminated on one side with copper were used for coating examples on epoxy resin surfaces. The thickness of the copper cladding was 35 μm and that of the laminates was 1.6 mm.
C: Für die Erfassung der zweidimensionalen Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektrochemischen Metallabscheidung auf Kohlenstoffbeschichtun- gen wurden Leiterplatten mit geätzten Kupferbahnen gemäß Figur 1 verwendet. Diese Testplatten wurden durch Belichten und Ätzen von einseitig mit Kupfer kaschierten und mit Photoresist beschichteten FR4-LaminatenC: Printed circuit boards with etched copper tracks according to FIG. 1 were used to record the two-dimensional propagation speed of the electrochemical metal deposition on carbon coatings. These test plates were made by exposing and etching one-sided copper-clad and photoresist-coated FR4 laminates
(B) erhalten.(B) received.
Die Struktur der geätzten Leiterbahnen beinhaltete unter anderem drei verschiedene offene, nicht mit Kupfer belegte Quadrate mit Kantenlängen von 3,6 bzw. 10 mm (S3, S6 und S10), die zur Beurteilung der Galvanisierungs- geschwindigkeit herangezogen wurden. D: Für Beschichtungsbeispiele an Glasoberflächen wurden handelsübliche Glasobjektträger eingesetzt.The structure of the etched conductor tracks included three different open, non-copper-covered squares with edge lengths of 3.6 and 10 mm (S3, S6 and S10), which were used to assess the electroplating speed. D: Commercial glass slides were used for coating examples on glass surfaces.
E: Polymere Netzwerkstrukturen (PNS) als Trägermaterialien für Elek- troden in Bleiakkumulatoren wurden aus zwei schmelzgesponnenenE: Polymer network structures (PNS) as carrier materials for electrodes in lead accumulators were made from two melt-spun ones
Polyester-Komponenten hergestellt, indem ein Mischzwirn zu einem offen- maschigen textilen Flächengebilde verstrickt und anschließend durch Ther- mofixierung versteift wurde. Der Mischzwirn ( 1 050 dtex) bestand dabei je zur Hälfte aus Multifilamenten von unmodifiziertem, hochfestem Polyethy- lenterephthalat (PET) und aus Multifilamenten von mit 1 2,5 Gew.-% Isopht- halsäure modifiziertem, niedrigschmelzendem PET. Durch die Thermofixie- rung des daraus hergestellten Gestricks in einem Infrarot-Heizfeld wurde durch Aufschmelzen der modifizierten Polyester-Garnkomponente ein biegesteifes Polymergitter mit Maschenöffnungen von alternierend 3 mm x 1 mm und 1 mm x 1 mm und einem Gitterstrangdurchmesser von 0,5 mm erzeugt, ohne dabei die hochfeste Komponente zu schmelzen. Aus diesem PNS-Material (Hersteller Firma Hoechst Trevira, Bobingen, Deutschland) wurden Batterieelektrodenträger mit den Abmesssungen 1 5 cm x 1 3 cm ausgeschnitten.Polyester components are produced by knitting a mixed thread into an open-mesh textile fabric and then stiffening it with heat setting. Half of the mixed thread (1 050 dtex) consisted of multifilaments of unmodified, high-strength polyethylene terephthalate (PET) and half of multifilaments of low-melting PET modified with 1 2.5% by weight of isophthalic acid. As a result of the heat-setting of the knitted fabric produced therefrom in an infrared heating field, a rigid polymer grid with mesh openings of alternating 3 mm x 1 mm and 1 mm x 1 mm and a grid strand diameter of 0.5 mm was produced by melting the modified polyester yarn component. without melting the high-strength component. Battery electrode carriers with the dimensions 1 5 cm x 1 3 cm were cut out of this PNS material (manufacturer Hoechst Trevira, Bobingen, Germany).
G 1 bis G3: PNS-Gitter, wie unter E. beschrieben, mit einer zusätzlichen Polypyrrol-Beschichtung, die nach dem Stricken und vor dem Thermofixie- ren von der Firma Milliken Research, Spartanburg, SC, USA aufgebracht wurde. Die drei Muster wurden unterschiedlich stark beschichtet und unter- schieden sich daher im Oberflächenwiderstand (gemessen mit quadratischerG 1 to G3: PNS grid, as described under E., with an additional polypyrrole coating, which was applied by Milliken Research, Spartanburg, SC, USA after knitting and before heat setting. The three samples were coated to different extents and therefore differ in surface resistance (measured with a square one
Meßelektroden-Anordnung auf dem unfixierten Gestrick): 700 Ohm (G 1 ), 200 Ohm (G2) und 1 00 Ohm (G3) . Dieses PNS-Material wurde ebenfalls von der Firma Hoechst Trevira hergestellt.Measuring electrode arrangement on the unfixed knitted fabric): 700 ohms (G 1), 200 ohms (G2) and 1 00 ohms (G3). This PNS material was also manufactured by Hoechst Trevira.
F: Mit Ebonex® (Firma Atraverda Ltd., Sheffield, Großbritannien) beschichtete Titangitter (Streckmetall; Lieferant: Atraverda Ltd.) : Die Beschichtung mit Ebonex* -Titanoxid war ungefähr 1 50 μm dick und wies eine durchschnittliche Rauhigkeit von 3 μm auf.F: coated Ebonex ® (company Atraverda Ltd., Sheffield, UK) titanium mesh (expanded metal; Supplier: Atraverda Ltd.): Coating with Ebonex * -Titanoxid was about 1 50 microns thick and had a average roughness of 3 μm.
Die Beschichtungen wurden, wenn nicht extra angeführt, in einer vertikalen Tauchanlage mit horizontaler Warenbewegung durchgeführt. (Hub: 4 cm, Frequenz 40 min"1)The coatings were, if not specifically mentioned, carried out in a vertical immersion system with a horizontal movement of goods. (Stroke: 4 cm, frequency 40 min "1 )
Beispiel 1 a:Example 1 a:
Eine Leiterplatte, wie oben unter A. beschrieben, wurde zur Kupfermetallisierung wie folgt vorbereitet: Die Leiterplatte wurde in der Reihenfolge der nachstehenden Verfahrensschritte und Tauchbäder ( 1 bis 1 5) mit den angegebenen Tauchzeiten und Temperaturen (in der Klammer angegeben) behandelt.A printed circuit board, as described under A. above, was prepared for copper metallization as follows: The printed circuit board was treated in the order of the following process steps and immersion baths (1 to 15) with the specified immersion times and temperatures (given in brackets).
Verfahrensschritte:Process steps:
1 . Reiniger ( 1 20 sec, 40 bis 60 ° C)1 . Cleaner (1 20 sec, 40 to 60 ° C)
2. Spülen mit Wasser (30 bis 60 sec) 3. Reiniger zur Entfernung von Bohrmehl (30 sec, Raumtemperatur)2. Rinse with water (30 to 60 sec) 3. Cleaner to remove drilling dust (30 sec, room temperature)
4. Spülen mit Wasser (30 bis 60 sec)4. Rinse with water (30 to 60 sec)
5. Lösung eines Koagulationsauslösers (60 sec, Raumtemperatur)5. Solution of a coagulation trigger (60 sec, room temperature)
6. Spülen mit Wasser ( 1 20 sec)6. Rinse with water (1 20 sec)
7. Behandeln in einer Rußdispersion ( 1 20 Sec, 25 bis 35 ° C) 8. Spülen mit Wasser (30 bis 60 sec)7. Treat in a carbon black dispersion (1 20 sec, 25 to 35 ° C) 8. Rinse with water (30 to 60 sec)
9. Behandeln in einer Graphitdispersion ( 1 5 sec, 25 bis 35 ° C)9. Treatment in a graphite dispersion (1 5 sec, 25 to 35 ° C)
1 0. Spülen mit Wasser (30 bis 60 sec)1 0. Rinse with water (30 to 60 sec)
1 1 . Trocknen mit Heißluft (60 bis 90 sec, 65 bis 95 ° C)1 1. Drying with hot air (60 to 90 sec, 65 to 95 ° C)
1 2. Behandeln in Kupfer-Reinigungslösung ( 1 5 sec, Raumtemperatur) 1 3. Spülen mit Wasser (30 bis 60 sec)1 2. Treat in copper cleaning solution (1 5 sec, room temperature) 1 3. Rinse with water (30 to 60 sec)
1 4. Trocknen mit Heißluft (60 bis 90 sec, 65 bis 95 ° C)1 4. Drying with hot air (60 to 90 sec, 65 to 95 ° C)
1 5. Elektrolytisch Metallisieren Bei Bad 1 handelte es sich um einen Reiniger, der aus der wäßrigen Lösung eines Tensids bestand (5 g Tensid und 10 g konzentrierte Schwefelsäure in einem Liter destilliertem Wasser) . Als Tenside wurden nichtionische Nonyl- phenolpolyglykolether (C9H19 PhO(CH2CH20)15H) , die unter dem Handels- namen Arkopaf bei Hoechst AG erhältlich sind, eingesetzt. Zur Verwendung kamen Arkopaf 1 10, 1 30 und 1 50; vorzugsweise wurde Arkopaf 1 50 verwendet. Zur Reinigung wurde die Leiterplatte während der Reinigung mit Ultraschall behandelt. Nach der Reinigung wurde die Leiterplatte mit Leitungswasser gespült. Der Reiniger in Verfahrensschritt 3 diente zur Entfer- nung von Bohrmehl von den in den Löchern freiliegenden Stirnseiten der1 5. Electrolytic metallization Bath 1 was a cleaner consisting of an aqueous solution of a surfactant (5 g of surfactant and 10 g of concentrated sulfuric acid in one liter of distilled water). Nonionic nonylphenol polyglycol ethers (C 9 H 19 PhO (CH 2 CH 2 0) 15 H), which are available under the trade name Arkopaf from Hoechst AG, were used as surfactants. Arkopaf 1 10, 1 30 and 1 50 were used; Arkopaf 1 50 was preferably used. For cleaning, the circuit board was treated with ultrasound during the cleaning. After cleaning, the circuit board was rinsed with tap water. The cleaner in process step 3 was used to remove drilling dust from the end faces of the holes exposed in the holes
Kupferinnenlagen. Die Zusammensetzung des Bades war wie folgt:Inner copper layers. The composition of the bath was as follows:
Natriumperoxodisulfat 1 0,0 Gew.-% konz. Schwefelsäure 2,0 Gew.-% Kupfersulfat 0,5 Gew. -%Sodium peroxodisulfate 1 0.0% by weight conc. Sulfuric acid 2.0% by weight copper sulfate 0.5% by weight
Rest dest. WasserRest of dest. water
Danach wurde die Leiterplatte mit Leitungswasser gespült. Als Koagulationsauslöser wurde die wäßrige Lösung eines Polyelektrolyten verwendet. Als geeigneter Polyelektrolyt wurde Gelatine-Typ B 280 (Hersteller: Deutsche Gelatine-Fabrik Stoess AG) mit einer Konzentration von 0,2 Gew.-% eingesetzt. Die Gelatine wurde bei 60 ° C in destilliertem Wasser gelöst und dann etwa 20 Stunden bei einer Temperatur zwischen 4 bis 7 ° C aufbewahrt. Danach wurde die Gelatine-Lösung auf 20 ° C erwärmt und der pH- Wert auf 5, 1 eingestellt (etwa isoelektischer Punkt).Then the circuit board was rinsed with tap water. The aqueous solution of a polyelectrolyte was used as the coagulation trigger. Gelatin type B 280 (manufacturer: Deutsche Gelatine-Fabrik Stoess AG) with a concentration of 0.2% by weight was used as a suitable polyelectrolyte. The gelatin was dissolved in distilled water at 60 ° C and then stored at a temperature between 4 to 7 ° C for about 20 hours. The gelatin solution was then heated to 20 ° C. and the pH was adjusted to 5.1 (approximately isoelectic point).
Anschließend wurde die Leiterplatte wiederum in Leitungswasser gespült. Eine unzureichende Spülung hätte im nachfolgenden Schritt durch Verschleppung der Gelatine zu einer Koagulation der Rußdispersion geführt. Daher mußte diese Spülung sehr sorgfältig durchgeführt werden.The circuit board was then rinsed again in tap water. In the subsequent step, insufficient rinsing would have caused the soot dispersion to coagulate due to the gelatin being carried over. Therefore, this flushing had to be carried out very carefully.
Zur Präparation der wäßrigen Rußdispersion wurde Printex" L6 (Hersteller: Firma Degussa, Deutschland) in Wasser verwendet. Als Stabilisierung diente das anionische Tensid Aerosol OT 1 00 (Hersteller: Firma Cytec Industries B.V., Niederlande), das zunächst in Wasser unter Erwärmung (40 ° C) und ständigem Rühren aufgelöst wurde. Daraufhin wurden die entsprechende Rußmenge und ferner Natriumacetat zugegeben. Die Zusammensetzung desTo prepare the aqueous soot dispersion, Printex "L6 (manufacturer: Degussa, Germany) used in water. The anionic surfactant Aerosol OT 1 00 (manufacturer: Cytec Industries BV, the Netherlands) served as stabilization, which was first dissolved in water with heating (40 ° C.) and constant stirring. The appropriate amount of carbon black and sodium acetate were then added. The composition of the
Bades war wie folgt:Bades was as follows:
Ruß Printex® L6 1 ,00 Gew.-%Carbon black Printex ® L6 1.00% by weight
Tensid Aerosol OT 100 0, 1 2 Gew.-% Natriumacetat 0,33 Gew. -%Aerosol OT 100 surfactant 0.1 2% by weight sodium acetate 0.33% by weight
Rest dest. WasserRest of dest. water
Anschließend wurde die Leiterplatte in Leitungswasser gespült. Bad 9 war eine kommerziell erhältliche wäßrige Graphitdispersion (Aquadag" von Firma Acheson Industries Deutschland, Deutschland), die mit destilliertem Wasser im Volumenverhältnis 1 Teil Dispersion zu 9 Teile Wasser verdünnt wurde. Die durchschnittliche Teilchengröße der Graphitpartikel betrug laut Herstellerangaben zwischen 0,4 und 0,6 μm. Der verdünnten Graphitdispersion wurde unter Rühren 0,04 mol/l Natriumacetat als Elektrolyt beigemengt, und anschließend wurde die Lösung 1 5 Minuten lang mit Ultraschall behandelt.The circuit board was then rinsed in tap water. Bath 9 was a commercially available aqueous graphite dispersion (Aquadag "from Acheson Industries Germany, Germany), which was diluted with distilled water in a volume ratio of 1 part dispersion to 9 parts water. According to the manufacturer, the average particle size of the graphite particles was between 0.4 and 0 , 6 μm, 0.04 mol / l of sodium acetate as an electrolyte was added to the diluted graphite dispersion with stirring, and then the solution was treated with ultrasound for 5 minutes.
Nach der Behandlung der Leiterplatte in der Graphitdispersion wurde diese mit Wasser gespült (Verfahrensschritt 10) und anschließend mit Heißluft getrocknet (Verfahrensschritt 1 1 ) . Dieser Schritt diente zur Verdampfung des Wassers von den Leiterplatten und zur Erhöhung der Adhäsion zwischen den Kohlenstoffpartikeln und der Leiterplatte.After the circuit board had been treated in the graphite dispersion, it was rinsed with water (process step 10) and then dried with hot air (process step 11). This step was used to evaporate the water from the circuit boards and to increase the adhesion between the carbon particles and the circuit board.
Zur Entfernung der Kohlenstoffpartikel von der Kupferkaschierung der Lei- terplatten in Verfahrensschritt 1 2 wurde die Ätzlösung Scheretch" M (Hersteller: Firma Atotech Deutschland GmbH, Deutschland) eingesetzt. Bei dieser Behandlung wurde die Haftung der abgeschiedenen Kohlenstoffteil- chen an den Bohrlochwänden nicht beeinträchtigt.The Scheretch "M etching solution (manufacturer: Atotech Deutschland GmbH, Germany) was used to remove the carbon particles from the copper lamination of the printed circuit boards in process step 1 2. Chen on the borehole walls not affected.
Danach wurde die Leiterplatte wiederum gespült und anschließend in Verfahrensschritt 14 getrocknet.The circuit board was then rinsed again and then dried in process step 14.
Abschließend wurde die beschichtete Leiterplatte in einem sauren Kupferbad elektrolytisch metallisiert. Die Badtemperatur betrug 25 ° C und die Stromdichte 3 A/dm2, bezogen auf die Gesamtoberfläche der Platte. Nach einer Beschichtungszeit von 90 Sekunden waren die Bohrlöcher vollständig verkupfert, d.h. die Kohlenstoffschicht war völlig mit Kupfer bedeckt. DieFinally, the coated circuit board was electrolytically metallized in an acid copper bath. The bath temperature was 25 ° C and the current density 3 A / dm 2 , based on the total surface of the plate. After a coating time of 90 seconds, the drill holes were completely copper-plated, ie the carbon layer was completely covered with copper. The
Zusammensetzung des Kupferbades war wie folgt:The composition of the copper bath was as follows:
Kupferbad-Konzentrat Cupracid *) 250 ml/1Cupracid copper bath concentrate *) 250 ml / 1
H2S04, ehem. rein 1 20 ml/1 NaCI, ehem. rein 40 mg/1H 2 S0 4 , formerly pure 1 20 ml / 1 NaCI, formerly pure 40 mg / 1
Grundeinebner Cupracid" BL-CT *) 1 5 ml/1Basic level Cupracid "BL-CT *) 1 5 ml / 1
Glanzzusatz Cupracid® *) 3 ml/1Cupracid ® * 3 ml / 1 gloss additive
Hersteller: Firma Atotech Deutschland GmbHManufacturer: Atotech Deutschland GmbH
Beispiel 1 b:Example 1 b:
Beispiel 1 a wurde wiederholt. Allerdings wurden die Proben zwischen den Schritten 8 und 9 (Spülen mit Wasser und Graphitbeschichtung) mit Heiß- luft (Dauer 60 sec) getrocknet. Abschließend wurde die beschichtete Leiterplatte in einem sauren Kupferbad galvanisch metallisiert. Die Badtemperatur betrug 25 ° C und die Stromdichte 3 A/dm2, bezogen auf die Gesamtoberfläche der Platte. Nach 75 Sekunden Metallisierungsdauer waren die Bohrlöcher vollständig verkupfert.Example 1a was repeated. However, the samples were dried between steps 8 and 9 (rinsing with water and graphite coating) with hot air (duration 60 seconds). Finally, the coated circuit board was electroplated in an acid copper bath. The bath temperature was 25 ° C and the current density 3 A / dm 2 , based on the total surface of the plate. After 75 seconds of metallization, the drill holes were completely copper-plated.
Beispiel 1 c: Beispiel 1 a wurde wiederholt. Allerdings wurde die Leiterplatte anstelle des Schrittes 8 (Spülen) 60 Sekunden lang mit Heißluft getrocknet.Example 1 c: Example 1a was repeated. However, instead of step 8 (rinsing), the circuit board was dried with hot air for 60 seconds.
Abschließend wurde die beschichtete Leiterplatte in einem sauren Kupferbad galvanisch metallisiert. Die Badtemperatur betrug 25 ° C und die Stromdichte 3 A/dm2, bezogen auf die Gesamtfläche der Platte. Nach 60 Sekunden waren die Bohrlöcher vollständig verkupfert, d.h. die Kohlenstoffschicht war völlig mit Kupfer bedeckt.Finally, the coated circuit board was electroplated in an acid copper bath. The bath temperature was 25 ° C and the current density 3 A / dm 2 , based on the total area of the plate. After 60 seconds the drill holes were completely copper-coated, ie the carbon layer was completely covered with copper.
Beispiel 2 (Vergleich) :Example 2 (comparison):
Beispiel 1 a wurde wiederholt. Allerdings wurde das Verfahren ohne die Schritte 9 bis 1 1 (Graphitbeschichtung, Spülen, Trocknen) durchgeführt und die Leiterplatte (Typ A) zur Kupfermetallisierung vorbereitet (zwei Minuten Behandlungszeit in der Rußdispersion) . Anschließend wurde die beschichtete Leiterplatte im Kupferbad galvanisch metallisiert. Erst nach vier Minuten (um den Faktor 2,7 länger als die Verkupferung im Beispiel 1 a) waren die Bohrlöcher vollständig verkupfert.Example 1a was repeated. However, the process was carried out without steps 9 to 11 (graphite coating, rinsing, drying) and the printed circuit board (type A) was prepared for copper metallization (two minutes of treatment time in the carbon black dispersion). The coated circuit board was then galvanically metallized in a copper bath. Only after four minutes (by a factor of 2.7 longer than the copper plating in Example 1 a) were the drill holes completely copper plated.
Beispiel 3 (Vergleich):Example 3 (comparison):
Beispiel 2 wurde wiederholt. Allerdings wurden die Verfahrensschritte 5 bis 8 wiederholt (zweifache Rußbeschichtung mit je einer Minute Behandlungszeit). Anschließend und ohne Graphitbeschichtung wurde die beschichtete Leiterplatte im Kupferbad elektrolytisch metallisiert. In diesem Fall waren die Bohrlöcher nach 3 Minuten vollständig verkupfert, woraus sich eine Verkürzung der Galvanisierzeit von nur 25 % gegenüber der Galvanisierzeit von 4 Minuten im Beispiel 2 ergibt. Daraus folgt, daß weniger die signifikante Erhöhung der Leitfähigkeit zu der Erhöhung der Galvanisiergeschwindigkeit führt als die Oberflächenveränderung durch die Graphitbeschichtung wie in Beispiel 1 (zwei Minuten Galvanisierzeit bis zur vollständigen Bedeckung) .Example 2 was repeated. However, process steps 5 to 8 were repeated (double soot coating with one minute each treatment time). Subsequently and without graphite coating, the coated circuit board was electrolytically metallized in a copper bath. In this case, the boreholes were completely copper-plated after 3 minutes, resulting in a reduction in the electroplating time of only 25% compared to the electroplating time of 4 minutes in Example 2. It follows that less the significant increase in conductivity leads to the increase in the electroplating rate than the surface change due to the graphite coating as in FIG Example 1 (two minutes electroplating time until fully covered).
Beispiel 4:Example 4:
Sechs Epoxidharz-Leiterplatten, wie unter B. beschrieben, wurden nach dem vorstehend angegebenen Verfahren (Beispiel 1 a) bis Schritt 6 behandelt. Anschließend wurden die Platten (B1 bis B6) zweimal je eine Minute lang in der Rußdispersion beschichtet (Schritte 7 bis 8) . Danach wurden die Leiterplatten (B2, B3, B4, B5 und B6) 1 sec, 5 sec, 1 5 sec, 30 sec bzw. 60 sec lang mit Graphit beschichtet (Schritt 9; siehe Tabelle 1 ), anschließend 60 sec lang gespült (Schritt 1 0) und danach getrocknet (Schritt 1 1 ) . Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Figur 2 dargestellt.Six epoxy resin printed circuit boards, as described under B., were treated according to the procedure given above (Example 1 a) up to step 6. The plates (B1 to B6) were then coated twice in the carbon black dispersion for one minute each (steps 7 to 8). The circuit boards (B2, B3, B4, B5 and B6) were then coated with graphite for 1 sec, 5 sec, 1 5 sec, 30 sec and 60 sec (step 9; see Table 1), then rinsed for 60 sec ( Step 1 0) and then dried (Step 1 1). The results are shown in Table 1 and Figure 2.
Danach wurden die Leiterplatten 30 Sekunden lang gespült und 24 Stunden lang getrocknet. Die Leitfähigkeit der beschichteten Leiterplatten wurde nach der Van der Pauw-Methode gemessen. Der Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit wurde daher folgende Formel zugrunde gelegt:The circuit boards were then rinsed for 30 seconds and dried for 24 hours. The conductivity of the coated printed circuit boards was measured using the Van der Pauw method. The calculation of the electrical conductivity was therefore based on the following formula:
2 1n2
Figure imgf000032_0001
2 1n2
Figure imgf000032_0001
wobei σ = elektrische Leitfähigkeit, d = Dicke der Schicht,where σ = electrical conductivity, d = thickness of the layer,
RpQ RS = Widerstand der Schicht, wenn die Stromzuführung an P/Q und Spannungsmessung an R/S er- folgt,R pQ RS = resistance of the layer when the current is supplied at P / Q and voltage measurement at R / S,
RQR SP = Widerstand der Schicht, wenn die Stromzuführung an Q/R und Spannungsmessung an S/P erfolgt, P, Q, R und S: vier Kontaktpunkte in der Nähe der Probenkanten sind. Beispiel 5:R QR SP = resistance of the layer when the current is supplied at Q / R and voltage measurement at S / P, P, Q, R and S: there are four contact points near the edges of the sample. Example 5:
Sechs Glasobjektträger (Typ D) wurden, wie bei Beispiel 4 beschrieben, mitSix glass slides (type D) were, as described in Example 4, with
Kohlenstoff beschichtet (siehe Tabelle 2) und die elektrischen Leitfähigkeiten gemessen. Die Ergebnisse sind in Figur 3 dargestellt.Carbon coated (see Table 2) and the electrical conductivities measured. The results are shown in Figure 3.
Die Beispiele 4 und 5 machen deutlich, daß die zusätzliche Beschichtung mit Graphit nur einen geringen zusätzlichen Leitfähigkeitsbeitrag liefert.Examples 4 and 5 make it clear that the additional coating with graphite only makes a small additional contribution to conductivity.
Dennoch kann, wie die Beispiele 1 und 2 zeigen, durch eine 1 5 Sekunden dauernde Behandlung mit der Graphitdispersion, die die Leitfähigkeit gemäß Figur 2 nur um etwa 30% steigert, eine 100%ige Steigerung der Galvanisiergeschwindigkeit bewirkt werden.Nevertheless, as Examples 1 and 2 show, treatment with the graphite dispersion for 15 seconds, which only increases the conductivity according to FIG. 2 by about 30%, can bring about a 100% increase in the electroplating rate.
Beispiel 6:Example 6:
Sechs Testplatten, wie unter C beschrieben, wurden nach dem Verfahren bis Schritt 6 behandelt. Testplatte C1 wurde zwei Minuten lang mit Ruß nach den Schritten 7 und 8 beschichtet. Die anderen Platten (C2 bis C6) wurden zweimal je eine Minute lang mit Ruß beschichtet (Schritte 7 und 8 wurden je einmal wiederholt, bei einer Eintauchzeit in die Rußdispersion von einer Minute). Die Platten C3 bis C6 wurden zusätzlich mit Graphit nach den Schritten 9 bis 1 1 beschichtet (unterschiedliche Eintauchzeiten in die Graphitdispersion aus Tabelle 3 ersichtlich). Anschließend wurden sie zweiSix test plates as described under C were treated according to the procedure up to step 6. Test plate C1 was coated with carbon black according to steps 7 and 8 for two minutes. The other plates (C2 to C6) were coated with carbon black twice for one minute each (steps 7 and 8 were repeated once, with a one minute immersion time in the carbon black dispersion). The plates C3 to C6 were additionally coated with graphite according to steps 9 to 11 (different immersion times in the graphite dispersion can be seen in table 3). Then they became two
Minuten lang bei einer Stromstärke von 3 A/dm2 im Kupferbad metallisiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 und Figur 4 dargestellt.Metallized in a copper bath at a current of 3 A / dm 2 for minutes. The results are shown in Table 3 and Figure 4.
Die Ergebnisse zeigen sehr deutlich, daß sich die Ausbreitungsgeschwindig- keit der Kupferschicht durch die kurzzeitige Nachbehandlung mit der Graphitdispersion drastisch verbessert, obwohl diese Nachbehandlung nur geringe Auswirkungen auf die elektrische Leitfähigkeit hat (gemäß Figur 2 beispielsweise nur etwa 27% bei 5 Sekunden langer Nachbehandlung in der Graphitdispersion) .The results show very clearly that the speed of propagation of the copper layer improves drastically as a result of the brief aftertreatment with the graphite dispersion, although this aftertreatment has only minor effects on the electrical conductivity (according to FIG. 2 for example only about 27% after 5 seconds of aftertreatment in the graphite dispersion).
Die nachfolgenden Beispiele zur großflächigen Metallabscheidung beziehen sich auf Gitter für Bleiakkumulatoren, die aus einem Kunstfaser-(Polyester) Kern bestehen, der nach einer Beschichtung mit Kohlenstoffmaterialien beispielsweise mit Kupfer und/oder Blei galvanisiert werden kann.The following examples of large-scale metal deposition relate to grids for lead accumulators, which consist of a synthetic fiber (polyester) core, which can be galvanized with copper and / or lead, for example, after being coated with carbon materials.
Als Elektrodenträger wurden vor allem primär mit relativ hochviskosenThe electrode carriers were primarily primarily with relatively high viscosity
Kohlenstoff-Pasten beschichtete Gitter aus Polyester-Fasern verwendet, die anschließend sehr kurzzeitig mit Graphitdispersionen behandelt wurden, wodurch sich die technisch nutzbare Metallabscheidungsgeschwindigkeit in vielen Fällen etwa verdoppeln ließ. Die Kohlenstoffpasten enthielten Ruß, Graphit oder graphitierten Ruß. Ähnlich drastische Verbesserungen wurden auch mit Polyester-Gittern erzielt, die mit einer dicken Schicht von hochleit- fähigen Polypyrrol-Partikeln beschichtet waren.Carbon pastes coated grids made of polyester fibers were used, which were then treated for a very short time with graphite dispersions, whereby the technically usable metal deposition rate could be doubled in many cases. The carbon pastes contained carbon black, graphite or graphitized carbon black. Similar drastic improvements have also been achieved with polyester grids coated with a thick layer of highly conductive polypyrrole particles.
Beispiel 7:Example 7:
Ein Kunststoffgitter in Form einer Batterieelektrode für Bleiakkumulatoren (PNS-Elektrode), wie oben unter E. beschrieben, wurde zur Vorbereitung einer Kupfermetallisierung wie folgt behandelt: Die Elektrode wurde mit der leitfähigen Startschicht aus Kohlenstoff durch Tauchen der Elektrode in die entsprechenden Bäder diskontinuierlich beschichtet. Die Elektrode wurde in der Reihenfolge der nachstehenden Bäder (I. bis III.) mit den angegebenen Tauchzeiten beschichtet:A plastic grid in the form of a battery electrode for lead accumulators (PNS electrode), as described above under E., was treated as follows to prepare for copper metallization: The electrode was discontinuously coated with the conductive starting layer made of carbon by immersing the electrode in the corresponding baths. The electrode was coated with the specified immersion times in the order of the following baths (I. to III.):
I. Reiniger ( 1 min) II. Spülen mit Wasser (20 sec)I. cleaner (1 min) II. Rinsing with water (20 sec)
III. Leifähigkeitsrußpaste (60 sec), anschließend mit Druckluft und Warmluftstrom trocknen (30 sec), um die überschüssige Rußpaste von den Gittermaschen zu entfernen und die gebildete Schicht zu trocknen.III. Conductive carbon black paste (60 sec), then dry with compressed air and warm air flow (30 sec) to remove the excess soot paste from the mesh and to dry the layer formed.
Zur Reinigung wurde das Kunststoffgitter in Schritt I (wie oben Schritt 1 imFor cleaning, the plastic grid in step I (as step 1 above in
Beispiel 1 ) eine Minute lang in eine 50 ° C warme Lösung von Arkopaf im Ultraschallbad behandelt. Nach der Reinigung wurde das Kunststoffgitter mit destilliertem Wasser gewaschen (Schritt II) .Example 1) treated for one minute in a 50 ° C solution of Arkopaf in an ultrasonic bath. After cleaning, the plastic grid was washed with distilled water (step II).
In Schritt III wurde eine Paste aus Leitfähigkeitsruß Printex8 L6 ( 10 Gew.-%In step III, a paste made of conductivity carbon black Printex 8 L6 (10% by weight
Ruß; Hersteller Degussa), einem organischen wasserlöslichen Bindemittel auf Polyacrylatbasis (7, 5 Gew.-% Basoplast" 400 DS: anionische Styrol- Acrylat-Dispersion; Hersteller: BASF, Deutschland), einem anionischen Tensid (2 Gew.-% Aerosol OT100) und destilliertem Wasser (80, 5 Gew.-%) verwendet. Zur Herstellung der Paste wurde das Tensid in der entsprechenden Wassermenge bei leichter Erwärmung (40 ° C) unter ständigem Rühren aufgelöst. Im Anschluß daran wurde der Ruß portionsweise zugegeben und etwa 1 5 Minuten lang gerührt, um eine ausreichende Benetzung der Partikel zu erreichen. Zur Desagglomerierung und Dispergierung der Rußpartikel wurde das Präparat noch 1 0 Minuten lang im Ultraschallbad behandelt. Abschließend wurde die anteilige Menge an Bindemittel unter Rühren zugegeben. Zur Stabilisierung wurde die Rußpaste noch 1 0 Minuten lang im Ultraschallbad weiterbehandelt. Das Kunststoffgitter wurde während einer Zeitspanne von 60 Sekunden in die gerührte Rußpaste getaucht und an- schließend mit Druckluft und einem Warmluftstrom (Dauer: 30 Sekunden) von überschüssiger Rußpaste in den Gittermaschen bei gleichzeitigem Trocknen der Rußbeschichtung auf den Gittersträngen befreit. Beste Be- schichtungsergebnisse wurden bei einer Temperatur des Bades III von 35 bis 40 ° C erhalten. Beispiel 8:Soot; Manufacturer Degussa), an organic water-soluble binder based on polyacrylate (7.5% by weight Basoplast "400 DS: anionic styrene-acrylate dispersion; manufacturer: BASF, Germany), an anionic surfactant (2% by weight aerosol OT100) and distilled water (80.5% by weight) was used to prepare the paste, the surfactant was dissolved in the appropriate amount of water with gentle heating (40 ° C.) with constant stirring, after which the carbon black was added in portions and for about 15 minutes The preparation was treated in an ultrasound bath for a further 10 minutes to deagglomerate and disperse the soot particles, and finally the proportionate amount of binder was added with stirring, and the soot paste was stabilized for a further 10 minutes The plastic grid was immersed in the stirred soot paste for a period of 60 seconds t and then with compressed air and a warm air stream (duration: 30 seconds) freed of excess soot paste in the mesh mesh while drying the soot coating on the mesh strands. The best coating results were obtained at a bath III temperature of 35 to 40 ° C. Example 8:
Beschichtung von Kunststoffgittern (Typ E) mit Ruß (Behandlungszeit eine Minute) und Graphit (Beispiele 8a bis 8d: Variation der Eintauchzeiten in der Graphitdispersion, siehe Tabelle 4). Die Proben wurden wie in Beispiel 7 behandelt; nur im Anschluß an die Beschichtung in Schritt III wurde die Elektrode 1 5 sec, 30 sec, 45 sec bzw. 60 sec lang (Beispiele 8a bis 8d) in Bad 9 (wie oben beschrieben) eingetaucht.Coating of plastic grids (type E) with carbon black (treatment time one minute) and graphite (examples 8a to 8d: variation of the immersion times in the graphite dispersion, see table 4). The samples were treated as in Example 7; only after the coating in step III was the electrode 1 immersed in bath 9 (as described above) for 5 sec, 30 sec, 45 sec or 60 sec (examples 8a to 8d).
Anschließend wurden die Kunststoffgitter mit Druckluft und im Warmluftstrom 30 Sekunden lang behandelt, um die überschüssige Rußpaste von den Gittermaschen zu entfernen und um die Beschichtung zu trocknen. Eine Messung ergab keine signifikante Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit nach einer längeren Beschichtung in Bad 9 als 30 Sekunden (Beispiele 8b bis 8c: etwa gleiche Leitfähigkeit, siehe Figur 5) .The plastic grids were then treated with compressed air and in a stream of warm air for 30 seconds in order to remove the excess soot paste from the grid mesh and to dry the coating. A measurement showed no significant increase in the electrical conductivity after a longer coating in bath 9 than 30 seconds (Examples 8b to 8c: approximately the same conductivity, see FIG. 5).
Beispiel 9:Example 9:
Ein Kunststoffgitter (Typ E) wurde zweifach mit Ruß beschichtet (zweimal je eine Minute lang). Zusätzlich wurde das Gitter 1 5 Sekunden lang mitA plastic grid (type E) was coated twice with soot (twice for one minute each). In addition, the grid was held for 1 5 seconds
Graphit beschichtet (entsprechend dem Verfahren gemäß Beispiel 8a; nur wurde die Beschichtung im Bad III wiederholt) . Es wurde eine Verbesserung der Leitfähigkeit bei zweifacher Beschichtung mit Ruß erhalten.Graphite coated (according to the procedure according to Example 8a; only the coating in bath III was repeated). An improvement in the conductivity was obtained with double coating with carbon black.
Zusammenfassung der Ergebnisse der Ausführungsbeispiele 7 bis 9:Summary of the results of working examples 7 to 9:
Der Widerstand [kΩ / Quadrat] der beschichteten Kunststoffgitter wurde durch eine Zwei-Punkt-Messung an 4 cm x 4 cm großen Gitterstücken, die zur Vermeidung von Kontaktwiderständen an zwei gegenüberliegenden En- den mit Leitsilber kontaktiert wurden, ermittelt. Die Widerstandswerte sind in Tabelle 4 wiedergegeben. Die durch die Verfahren erhaltenen beschichteten Kunststoffelektroden wurden durch elektrolytische Abscheidung von Kupfer mittels saurem Kupferelektrolytbad (Badtemperatur 25 ° C) bei einer Stromdichte von 3 A/cm2 mit Kupfer metallisiert.The resistance [kΩ / square] of the coated plastic grids was determined by a two-point measurement on 4 cm x 4 cm pieces of grid which were contacted with conductive silver to avoid contact resistance at two opposite ends. The resistance values are shown in Table 4. The coated plastic electrodes obtained by the processes were metallized with copper by electrolytic deposition of copper using an acidic copper electrolyte bath (bath temperature 25 ° C.) at a current density of 3 A / cm 2 .
Badbestandteile GehaltBath components content
CuS04 5H20 80 g/1 H2S04 1 00 ml/1CuS0 4 5H 2 0 80 g / 1 H 2 S0 4 1 00 ml / 1
NaCI 1 00 mg/1NaCI 100 mg / 1
Glanzzusatz Macuspec 9241 * 2 ml/1Macuspec 9241 * 2 ml / 1 gloss additive
*) Macuspec 9241 ist ein Produkt der Firma MacDermid GmbH, Deutschland*) Macuspec 9241 is a product of MacDermid GmbH, Germany
Das Kunststoffgitter wurde an einer Seite mittels Leitsilber kontaktiert und senkrecht mit der obenliegenden Kontaktierung in das Kupferbad getaucht. Die Anordnung der Gegenelektroden (Opferanoden) war parallel zur Gitter- elektrode. Als Kriterium für die Abscheidungsgeschwindigkeit wurde dieThe plastic grid was contacted on one side using conductive silver and dipped vertically into the copper bath with the contact above. The arrangement of the counter electrodes (sacrificial anodes) was parallel to the grid electrode. The criterion for the deposition rate was the
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Kupferfront [cm/min] gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.Velocity of propagation of the copper front [cm / min] measured. The results are shown in Table 5.
Beispiele 10a bis 10c:Examples 10a to 10c:
Mit Polypyrrol behandelte Kunststoffgitter (PNS-Elektroden) in Form von Batterieelektroden für Bleiakkumulatoren, wie oben unter G 1 bis G3 beschrieben, wurden zur Vorbereitung einer Kupfermetallisierung für 30 Sekunden unter ständigem Rühren in Bad 9 eingetaucht, um Graphit auf die Gitter aufzubringen. Anschließend wurde die überschüssige Graphitdispersion von den Gittermaschen mittels Druckluft und in einem Warmluftstrom (Behandlungsdauer: 30 Sekunden) entfernt und die Beschichtung getrocknet. Die Herstellung und Zusammensetzung von Bad 9 ist in Beispiel 1 beschrieben. Ergebnisse von Messungen des elektrischen Widerstandes an den behandelten Kunststoffgittern sind in Tabelle 6 und die jeweiligen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Kupferbeschichtung beim elektrolytischen Verkupfern in Tabelle 7 angegeben.Plastic grids (PNS electrodes) treated with polypyrrole in the form of battery electrodes for lead accumulators, as described above under G 1 to G3, were immersed in bath 9 in preparation for copper metallization for 30 seconds with constant stirring in order to apply graphite to the grids. The excess graphite dispersion was then removed from the mesh using compressed air and in a hot air stream (treatment time: 30 seconds) and the coating was dried. The preparation and composition of bath 9 is described in Example 1. Results of measurements of the electrical resistance on the treated plastic grids are given in Table 6 and the respective propagation velocities of the copper coating during electrolytic copper plating are given in Table 7.
Beispiele 10d bis 10f (Vergleich)Examples 10d to 10f (comparison)
Als Vergleichsbeispiele zu 10a bis 10c wurden die unter G 1 bis G3 beschriebenen Substrate ohne weitere Beschichtung auf ihre Leitfähigkeit und ihr elektrochemisches Abscheideverhalten getestet. Es wurden die in den Tabellen 8 und 9 angegebenen Ergebnisse erhalten.As comparative examples to 10a to 10c, the substrates described under G 1 to G3 were tested for their conductivity and their electrochemical deposition behavior without further coating. The results given in Tables 8 and 9 were obtained.
Beispiele 1 1 a und 1 1 b:Examples 1 1 a and 1 1 b:
Die unter F. beschriebenen, mit Ti02 x beschichteten Titangitter wurden zur Vorbereitung einer Kupfermetallisierung unter ständigem Rühren 30 Sekunden lang in Bad 9 getaucht (Beispiel 1 1 a) . Das Substrat zeichnete sich durch eine hohe metallische Leitfähigkeit (0,3 Ohm) mit einer überaus rauhen Oberfläche aus (Rauhigkeit etwa 3μm) . Die Belegung mit einem Graphitfinish hatte bei diesem Substrat keinen Einfluß auf die Leitfähigkeit.The titanium grids, coated with TiO 2 ×, described under F., were immersed in bath 9 for 30 seconds in preparation for copper metallization with constant stirring (Example 1 1 a). The substrate was characterized by a high metallic conductivity (0.3 ohm) with a very rough surface (roughness about 3μm). The coating with a graphite finish had no influence on the conductivity of this substrate.
Durch die Beschichtung mit Graphit wurde eine glänzende Abscheidung mit Kupfer ermöglicht. Der Vergleich mit einem unbehandelten Substrat (Beispiel 1 1 b) zeigte eine Abscheidungsgeschwindigkeit, die angesichts der extrem hohen Leitfähigkeit des Substrates zwar nicht wesentlich langsamer war, wobei aber die Metallschicht eine weitaus schlechtere Qualität, d.h. eine matte, bräunliche Kupferschicht gegenüber einer rotgoldig, glänzenden Metallschicht (aus Beispiel 1 1 a) aufwies. Beispiele 1 2a und 1 2b:The coating with graphite made a shiny deposition with copper possible. The comparison with an untreated substrate (Example 1 1 b) showed a deposition rate that was not significantly slower in view of the extremely high conductivity of the substrate, but the metal layer was of a much poorer quality, ie a matt, brownish copper layer compared to a red-gold, shiny one Metal layer (from Example 1 1 a) had. Examples 1 2a and 1 2b:
Zur Demonstration der Rauheitsunterschiede zwischen einer mittels Ruß und mittels Graphit beschichteten und mit Hilfe der Kraftmikroskopie (AFM) untersuchten Probe wurden "atomar glatte" Graphitsubstrate (HOPG : HighlyIn order to demonstrate the roughness differences between a sample coated with carbon black and graphite and examined with the aid of force microscopy (AFM), "atomically smooth" graphite substrates (HOPG: Highly
Oriented Pyrolytic Graphite) mit den Abmessungen 1 0 mm x 1 0 mm x 3 mm wie folgt beschichtet: Die Beschichtung mit Ruß (Beispiel 1 2a; Behandlungszeit 2 min) wurde gemäß den Verfahrensschritten 5 bis 8 durchgeführt. Anschließend wurde getrocknet (Verfahrensschritt 1 1 ) . Die Beschich- tung mit Graphit (Beispiel 1 2b; Behandlungszeit 1 5 sec) wurde gemäß denOriented Pyrolytic Graphite) with the dimensions 1 0 mm x 1 0 mm x 3 mm coated as follows: The coating with carbon black (Example 1 2a; treatment time 2 min) was carried out according to process steps 5 to 8. It was then dried (process step 11). The coating with graphite (example 1 2b; treatment time 1 5 sec) was carried out in accordance with the
Verfahrensschritten 5, 6 und 9 bis 1 1 durchgeführt. Die so beschichteten Proben wurden mit einem AFM-Gerät (Nanoscope 3 der Firma Digital Instruments GmbH, Mannheim, Deutschland) im Tapping Mode untersucht und die Rauheitsprofile (siehe Figur 6: Ruß Printex L6, Figur 7: Graphit Aquadag") mit Hilfe der Section Analysis dargestellt. Zur Abrasterung derProcess steps 5, 6 and 9 to 1 1 performed. The samples coated in this way were examined with an AFM device (Nanoscope 3 from Digital Instruments GmbH, Mannheim, Germany) in tapping mode and the roughness profiles (see FIG. 6: carbon black Printex L6, FIG. 7: graphite Aquadag ") with the aid of the Section Analysis shown
Oberflächen dienten Silizium Tapping Mode Spitzen (Typ TESPW- 1 ) .Surfaces were used for silicon tapping mode tips (type TESPW-1).
Beispiele 1 3a und 1 3b:Examples 1 3a and 1 3b:
Zur Demonstration der Rauheitsunterschiede von elektrolytischen abgeschiedenen Kupferschichten auf Ruß (Beispiel 1 3a) bzw. auf Graphit (Beispiel 1 3b) wurden HOPG-Substrate wie folgt beschichtet:To demonstrate the roughness differences of electrolytically deposited copper layers on carbon black (example 1 3a) or on graphite (example 1 3b), HOPG substrates were coated as follows:
Zur Rußbeschichtung wurde wie in Beispiel 1 2a vorgegangen; die Verfah- rensschrittfolge 5 bis 8 wurde jedoch zweimal durchlaufen (Behandlung mitThe procedure for coating soot was as in Example 1 2a; however, steps 5 to 8 were run through twice (treatment with
Ruß je 2 min) . Zur Beschichtung mit Graphit wurde wie nach Beispiel 1 3a verfahren und nachträglich zweimal die Verfahrensfolge 9 bis 1 1 wie in Beispiel 1 2b durchlaufen (Behandlung mit Graphit je 1 5 sec). Die beschichteten HOPG-Plättchen wurden an der Rückseite und an den Seitenflächen mit Paraffin maskiert und anschließend mit einem sauren Kupferbad derSoot each 2 min). The coating with graphite was carried out as in Example 1 3a and the process sequence 9 to 11 was subsequently carried out twice as in Example 1 2b (treatment with graphite for 15 seconds each). The coated HOPG plates were masked on the back and on the side surfaces with paraffin and then with an acidic copper bath
Firma MacDermid (wie unter "Zusammenfassung der Ergebnisse der Beispiele 7 bis 9" angegeben) jeweils 20 Sekunden lang mit einer Stromstärke von 1 5 mA verkupfert. Die Rauheitsprofile wurden unter denselben Bedingungen, ermittelt wie in Beispiel 1 2 angegeben ist (Figur 8: Kupferabscheidung auf Ruß Printex" L6, Figur 9: Kupferabscheidung auf Ruß Printex* L6 + Graphit Aquadag"). MacDermid (as stated under "Summary of the Results of Examples 7 to 9") each with a current for 20 seconds copper of 1 5 mA. The roughness profiles were determined under the same conditions as specified in Example 12 (FIG. 8: copper deposition on carbon black Printex "L6, FIG. 9: copper deposition on carbon black Printex * L6 + graphite Aquadag").
Tabelle 1 : Eintauchzeiten der Leiterplatten Typ B in der Ruß- bzw. GraphitdispersionTable 1: Immersion times of Type B PCBs in the carbon black or graphite dispersion
Probennummer Rußdispersion [sec] Graphitdispersion [sec]Sample number carbon black dispersion [sec] Graphite dispersion [sec]
B 1 2x60 0 B 2 2x60 1 B 3 2x60 5 B 4 2x60 15 B 5 2x60 30 B 6 2x60 60B 1 2x60 0 B 2 2x60 1 B 3 2x60 5 B 4 2x60 15 B 5 2x60 30 B 6 2x60 60
Tabelle 2: Eintauchzeiten der Glasobjektträger Typ D in die Ruß- bzw.Table 2: Immersion times of type D glass slides in the soot or
GraphitdispersionGraphite dispersion
Probennummer Rußdispersion [sec] Graphitdispersion [sec]Sample number carbon black dispersion [sec] Graphite dispersion [sec]
D 1 2x60 0D 1 2x60 0
D 2 2x60 1D 2 2x60 1
D 3 2x60 5D 3 2x60 5
D 4 2x60 15D 4 2x60 15
D 5 2x60 30D 5 2x60 30
D 6 2x60 60 Tabelle 3: Die prozentuale Fläche des abgeschiedenen Kupfers im jeweiligen Quadrat S3, S6 und S1 0 Segmenttyp (siehe Abb. 1 )D 6 2x60 60 Table 3: The percentage area of the deposited copper in the respective square S3, S6 and S1 0 segment type (see Fig. 1)
Probennummer Rußdisp. Graphitdisp. Fläche des Kupfers [%] [sec] [sec] S3 S6 S1 0Sample number soot disp. Graphite disp. Copper area [%] [sec] [sec] S3 S6 S1 0
C 1 120 0 70,0 50,6 33,0C 1 120 0 70.0 50.6 33.0
C 2 2x60 0 81,5 59,5 35,2C 2 2x60 0 81.5 59.5 35.2
C 3 2x60 5 100,0 99,3 78,5C 3 2x60 5 100.0 99.3 78.5
C 4 2x60 15 100,0 98,6 78,2C 4 2x60 15 100.0 98.6 78.2
C 5 2x60 30 100,0 97,7 76,5C 5 2x60 30 100.0 97.7 76.5
C 6 2x60 60 100,0 97,1 74,7C 6 2x60 60 100.0 97.1 74.7
Tabelle 4: Widerstandswerte Beispiele 7 bis 9Table 4: Resistance values Examples 7 to 9
Beispiel Rußbeschichtung Graphit- WiderstandExample soot coating graphite resistance
[sec] Beschichtung [sec] [kΩ / Quadrat][sec] coating [sec] [kΩ / square]
7 60 - 1 ,47 60 - 1, 4
8 a 60 15 D28 a 60 15 D2
8 b 60 30 1 , 1 18 b 60 30 1, 1 1
8 c 60 45 1 , 18 c 60 45 1, 1
8 8 dd 6 600 6 600 1 ,078 8 dd 6 600 6 600 1, 07
9 2x60 15 0,8-0,9 Tabelle 5: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Kupferfront bei der elektrolytischen Verkupferung9 2x60 15 0.8-0.9 Table 5: Speed of propagation of the copper front during electrolytic copper plating
Beispiel AusbreitungsgeschwindigkeitExample of propagation speed
[cm/min][cm / min]
7 0,87 0.8
8 a 1,5 8 b 1,58 a 1.5 8 b 1.5
8 c 1,58 c 1.5
8 d 1,68 d 1.6
9 1,79 1.7
Tabelle 6: Elektrischer Widerstand von mit einer Polypyrrol- und einer Graphitschicht überzogenem KunststoffgitterTable 6: Electrical resistance of a plastic grid covered with a polypyrrole and a graphite layer
Beispiel WiderstandExample resistance
[Ω / Quadrat][Ω / square]
10 a 34510 a 345
10 b 127 10 c 62 Tabelle 7: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Kupferschicht beim elektrolytischen Verkupfern auf einer Polypyr- rol/Graphitschicht10 b 127 10 c 62 Table 7: Speed of propagation of the copper layer during electrolytic copper plating on a polypyrene / graphite layer
Beispiel AusbreitungsgeschwindigkeitExample of propagation speed
[cm/min][cm / min]
13 a 1,3 13 b 1,8 13 c 1,613 a 1.3 13 b 1.8 13 c 1.6
Tabelle 8: Elektrischer Widerstand von mit einer Polypyrrolschicht überzogenem Kunststoffgitter (Vergleichsversuch)Table 8: Electrical resistance of a plastic grid covered with a polypyrrole layer (comparative test)
Beispiel WiderstandExample resistance
[Ω / Quadrat][Ω / square]
13 d 37513 d 375
13 e 12213 e 122
13 f 6013 f 60
Tabelle 9: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Kupferschicht beim elektrolytischen Verkupfern auf einer Polypyrrolschicht (Vergleichsversuch)Table 9: Speed of propagation of the copper layer during electrolytic copper plating on a polypyrrole layer (comparative test)
Beispiel AusbreitungsgeschwindigkeitExample of propagation speed
[cm/min][cm / min]
13 d 0,6 13 e 0,7 13 f 0,6 13 d 0.6 13 e 0.7 13 f 0.6

Claims

Patentansprüche: Claims:
1 . Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden einer Metallschicht mit glatter Oberfläche auf einen elektrisch leitfähigen Körper oder einen mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung überzogenen nichtleitfähigen Körper als Substrat mit folgenden Verfahrensschritten:1 . Process for the electrolytic deposition of a metal layer with a smooth surface on an electrically conductive body or a non-conductive body coated with an electrically conductive coating as a substrate, with the following process steps:
1. In-Kontakt-Bringen des Substrats während einer Behandlungszeit von nicht mehr als 30 Sekunden mit einer Dispersion, enthaltend a. Graphitpartikel, b. oberflächenaktive Stoffe zur Dispergierung der Partikel und c. flüssige Dispergierungsmittel, wobei eine Graphitschicht auf der Substratoberfläche gebildet wird und1. contacting the substrate for a treatment time of not more than 30 seconds with a dispersion containing a. Graphite particles, b. surface-active substances for dispersing the particles and c. liquid dispersant, wherein a graphite layer is formed on the substrate surface and
II. anschließend elektrolytisches Abscheiden einer Metallschicht auf der Graphitschicht.II. Then electrolytic deposition of a metal layer on the graphite layer.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Rußpartikel für die elektrisch leitfähige Beschichtung des elektrisch nichtleitfähigen Körpers verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that soot particles are used for the electrically conductive coating of the electrically non-conductive body.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zur substratinduzierten Koagulation der Rußpartikel zunächst mit einer Lösung von hochmolekularen, zur Adsorption am elektrisch nichtleitfähigen Körper und als Koagulationsauslöser geeigneten Stoffen und danach mit der Rußdispersion in Kontakt gebracht wird, wobei die Rußdispersion zusätzlich Elektrolyte als die Dispersion destabilisierende Salze enthält.3. The method according to claim 2, characterized in that the body for substrate-induced coagulation of the soot particles first with a solution of high molecular weight, suitable for adsorption on the electrically non-conductive body and as a coagulation trigger and then brought into contact with the soot dispersion, the soot dispersion additionally Contains electrolytes as the dispersion destabilizing salts.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel auf den elektrisch nichtleitfähigen Körper und die Rußschicht auf die Graphitschicht aufgebracht werden. 4. The method according to any one of claims 2 and 3, characterized in that the graphite particles are applied to the electrically non-conductive body and the soot layer on the graphite layer.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß intrinsisch leitfähige Polymere, vorzugsweise Polypyrrol, als elektrisch leitfähige Beschichtung für den elektrisch nichtleitfähigen Körper verwendet werden.5. The method according to claim 1, characterized in that intrinsically conductive polymers, preferably polypyrrole, are used as an electrically conductive coating for the electrically non-conductive body.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zur elektrolytischen6. The method according to any one of the preceding claims for electrolytic
Metallisierung von Lochwänden in Leiterplatten.Metallization of perforated walls in printed circuit boards.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2 zur Herstellung von mit Blei beschichteten Elektroden für Akkumulatoren mit aus schmelzgesponne- nen Polyesterfasern gewirkter Netzwerkstruktur für die Elektroden mit folgenden Verfahrensschritten:7. The method according to any one of claims 1 and 2 for the production of electrodes coated with lead for accumulators with a network structure knitted from melt-spun polyester fibers for the electrodes with the following process steps:
a. Reinigen der Netzwerkstruktur mit einer wäßrigen Lösung eines Netzmittels, b. Beschichten der gereinigten Netzwerkstruktur mit einer Kohlenstoff enthaltenden Paste, enthaltend b1 . Kohlenstoffpartikel mit Teilchengrößen von höchstens 3 μm, b2. oberflächenaktive Stoffe zur Dispergierung der Kohlenstoffpartikel, b3. Bindemittel zur Einstellung der Viskosität der Paste und b4. ein flüssiges Dispergierungsmittel, c. Beschichten mit der Graphitdispersion während einer Behandlungszeit von nicht mehr als 30 Sekunden, d. Trocknen der beschichteten Netzwerkstruktur, e. Elektrolytisches Metallisieren der beschichteten Netzwerkstruktur mita. Cleaning the network structure with an aqueous solution of a wetting agent, b. Coating the cleaned network structure with a carbon-containing paste containing b1. Carbon particles with particle sizes of at most 3 μm, b2. surface-active substances for dispersing the carbon particles, b3. Binder to adjust the viscosity of the paste and b4. a liquid dispersant, c. Coating with the graphite dispersion for a treatment time of no more than 30 seconds, i. Drying the coated network structure, e. Electrolytic metallization of the coated network structure
Kupfer und danach mit Blei.Copper and then lead.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 und 5 zur Herstellung von mit Blei beschichteten Elektroden für Akkumulatoren mit aus schmelzgesponne- nen Polyesterfasern gewirkter Netzwerkstruktur für die Elektroden mit folgenden Verfahrensschritten: a. Reinigen der Netzwerkstruktur mit einer wäßrigen Lösung eines nichtionischen Netzmittels, b. Bilden einer Schicht von Polypyrrol auf der gereinigten Netzwerkstruktur, c. Beschichten der mit Polypyrrol beschichteten Netzwerkstruktur mit der Graphitdispersion während einer Behandlungszeit von nicht mehr als 30 Sekunden, d. Trocknen des Gitters, e. elektrolytisches Metallisieren der beschichteten Netzwerkstruktur mit Kupfer und danach mit Blei.8. The method according to any one of claims 1, 2 and 5 for the production of electrodes coated with lead for accumulators with a network structure knitted from melt-spun polyester fibers for the electrodes with the following process steps: a. Cleaning the network structure with an aqueous solution of a nonionic wetting agent, b. Forming a layer of polypyrrole on the cleaned network structure, c. Coating the polypyrrole-coated network structure with the graphite dispersion during a treatment time of not more than 30 seconds, i. Drying the grid, e. electrolytic metallization of the coated network structure with copper and then with lead.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat nach den einzelnen Verfahrensschritten jeweils gespült wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate is rinsed after the individual process steps.
PCT/DE1998/000667 1997-03-13 1998-03-02 Method for electrolytic deposition of a smooth surface metal on a substrate using graphite dispersion WO1998040538A2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111490020A (en) * 2020-04-16 2020-08-04 电子科技大学 Strong heat dissipation structure for heat dissipation of photoelectronic device and preparation method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5139642A (en) * 1991-05-01 1992-08-18 Olin Corporation Process for preparing a nonconductive substrate for electroplating

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