在非導(dǎo)電性的基底材料上制造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法以及用于此的特定添加物和基底材料的制作方法
【專利說明】在非導(dǎo)電性的基底材料上制造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法以及用于此 的特定添加物和基底材料
[0001] 本發(fā)明涉及在非導(dǎo)電性的基底材料上制造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，特別是印刷電路 (Leiterbahn)的方法，所述基底材料包括具有至少一種金屬化合物的添加物（Additiv)， 其中使所述基底材料部分經(jīng)受激光照射并且添加物中所含的金屬化合物被活化，以 便在這樣的激光活化的區(qū)域形成催化活性的種晶（Keime)，隨后將其在無外電流的 (au|3enstromlose)金屬化浴中金屬化，并由此在非導(dǎo)電性的基底材料上創(chuàng)建導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
[0002] 在實踐中，名為MID(MoldedInterconnectDevices)(模內(nèi)互連裝置）的立體注 塑電路板已為人所知并被廣泛應(yīng)用。所述MID技術(shù)在一個部件中結(jié)合了電氣和機(jī)械功能。 在這種情況下，將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)集成進(jìn)殼體并由此取代傳統(tǒng)的電路板，從而減少了重量、安裝空 間和安裝成本。
[0003] 在這種情況下，所謂的激光直接結(jié)構(gòu)化（LDS)特別受到重視。在LDS工藝中，基底 材料作為模制件在單組元注塑成型（Einkomponenten-Spritzguss)中以專門添加的塑料 顆粒注塑。借助于激光可使添加物在物理化學(xué)反應(yīng)中選擇定位性地（ortsselektiv)轉(zhuǎn)化 成催化活性的種晶，其中在隨后的化學(xué)金屬化浴（Metallisierungsbad)中金屬有針對性 地沉積于如此處理過的位點處。
[0004] 除了活化，激光還具有以下目的，即產(chǎn)生微粗糙的表面以確保金屬層在塑料基板 上的足夠的附著力。
[0005] 由于通過計算機(jī)軟件控制經(jīng)受激光照射的區(qū)域，因而在LDS工藝中可以在盡可能 短的時間內(nèi)并在不修改工具的情況下調(diào)整或改變電路布局。這種情況以及各種可用于LDS 的(LDS-fdhig)塑料的商業(yè)供應(yīng)最終導(dǎo)致，對于mid的制造來說LDS工藝是領(lǐng)先技術(shù)。
[0006] 在DE101 32 092A1中描述了非導(dǎo)電性基底材料上的印刷電路結(jié)構(gòu)，其包括金屬 種晶和隨后施加在其上的金屬化，其中通過使用電磁輻射擊碎基底材料中所含的精細(xì)粒度 分布的非導(dǎo)電性無機(jī)金屬化合物來形成金屬種晶。
[0007]DE10 2004 021 747A1也描述了這樣的印刷電路結(jié)構(gòu)，其中通過使用電磁輻射 擊碎基底材料中所含的精細(xì)粒度分布的納米級的金屬化合物來形成金屬種晶。為了保持基 底材料的透明度（其使光導(dǎo)（Lichtleitung)成為可能并由此使得印刷電路結(jié)構(gòu)和光導(dǎo)的 基底材料的組合能夠用于光電方面的應(yīng)用），而使用納米級的非導(dǎo)電性的金屬化合物，其顆 粒具有特征尺寸低于200nm的納米尺寸。由此基底材料的透明度和非導(dǎo)電性金屬化合物的 功能得以保持。
[0008] 此外，W0 2012/056385A1描述了一種LDS材料的經(jīng)改進(jìn)的無電流的電鍍性能 (stromlosenPlattierungsleistung)的方法。
[0009] 由于技術(shù)方面的限制，現(xiàn)如今借助于LDS工藝能夠可靠地制造最小間距為150ym 的電路板電路。為了進(jìn)一步推動所需的MID的小型化，當(dāng)務(wù)之急是將所述限制進(jìn)一步向后 推。為此作出了很大的努力，使激光照射聚焦程度更高并將其更精確地在模件的表面引導(dǎo)。 其次是減小添加物的尺寸，以確保更好的激光結(jié)構(gòu)化的邊緣銳度。然而，必須注意的是這種 方式受到限制，因為在混煉或注塑成型的過程中在顆粒尺寸減小的情況下一般會使添加物 聚集在一起的可能性增加。
[0010] 在此，以下三個方面尤為重要：
[0011] 1)基礎(chǔ)聚合物以及由其制造出的工件的物理特性，例如耐沖擊性和斷裂強(qiáng)度，受 到添加物的數(shù)量、大小、形狀和類型的影響。
[0012] 2)添加物的類型在本質(zhì)上決定所使用的激光射線可具有什么樣的波長并且其是 如何有效地被吸收的。
[0013] 3)使用不同的材料來不同程度地促進(jìn)添加物向催化活性的種晶的化學(xué)物理的轉(zhuǎn) 化并且在某些材料中可以不發(fā)生所述轉(zhuǎn)化。
[0014] 本發(fā)明的目的在于，以適當(dāng)?shù)姆绞絹韺嵤┨砑游铮沟孟啾扔谔砑游锏莫毩⒆饔茫?添加物-包覆-混合對基礎(chǔ)聚合物的物理性能的不利影響較小并且通過激光照射更有效地 轉(zhuǎn)化成催化活性的種晶。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征的方法得以實現(xiàn)。本發(fā)明進(jìn)一 步的實施方式由從屬權(quán)利要求來限定。
[0016] 本發(fā)明還提供一種方法，其中添加物包括除由例如無機(jī)金屬化合物形成的第一區(qū) 域以外的至少一個第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有不同的化學(xué)組成，并且通過激光活化來降 低所述添加物中的金屬的氧化態(tài)。當(dāng)所述添加物具有第二區(qū)域作為含不同化學(xué)組成的物質(zhì) 時，為該添加物創(chuàng)建了反應(yīng)性的微環(huán)境，并且基本減少或完全避免了與基底材料的化學(xué)反 應(yīng)。由于通過這樣的方法可有效地進(jìn)行添加物至催化活性的種晶的轉(zhuǎn)化，因而還降低了所 需的添加物的劑量，并由此降低了基底材料中所需的比重。根據(jù)本發(fā)明降低的添加物的最 小量由此直接導(dǎo)致較小的對基底材料的性能的影響。由于添加物-包覆-混合為所需的化 學(xué)物理反應(yīng)提供了所有必要的物質(zhì)，因而還同時解除了對特定塑料或塑料組的限制。當(dāng)基 底材料混合了具備第二區(qū)域的添加物時，例如具有相當(dāng)大比例的PTFE的基底材料適用于 實施本發(fā)明的方法。當(dāng)然，本發(fā)明不排除在添加物中還額外混合作為第二區(qū)域的物質(zhì)。
[0017] 已表明，這樣的第二區(qū)域（例如在某些情況下作為涂層）不僅可以顯著地壓 制聚集，而且還有利地影響到隨后的化學(xué)金屬化。更準(zhǔn)確的檢查表明，一些包覆物質(zhì) (HUllsubstanzen)能夠比它們周圍的基底材料的塑料基質(zhì)更好地促進(jìn)添加物至催化活性 種晶的化學(xué)物理的轉(zhuǎn)化。
[0018]本發(fā)明的一個顯著的優(yōu)勢主要來自以下事實，可將添加物供給任何基底材料并因 而無需考慮基底材料的特定屬性而實現(xiàn)可靠的所需的激光活化。因此，特別地，可省去先前 為適應(yīng)基底材料的不同屬性而要求的輔助手段。因此，也可以僅在成型（formgebend)過程 中才提供或混入添加物，從而添加物并不一定要在處理之前就存在于基底材料中。
[0019] 然而，當(dāng)?shù)诙^(qū)域基本上包含有機(jī)化合物時，該區(qū)域也基本會導(dǎo)致明顯改善的機(jī) 械性能。在此，在第二區(qū)域和基底材料之間的界面處有機(jī)成分基本上總是彼此重疊在一起。 通過第二區(qū)域，在作為添加物的基底材料的塑料的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)小得多的干擾。特別地，通過 包圍金屬化合物的第二區(qū)域可將所存在的顆粒邊緣整平，從而減少或者甚至避免了在現(xiàn)有 技術(shù)中不能可靠排除的基底材料中添加物的缺口效應(yīng)（Kerbwirkung)。
[0020] 可將第二區(qū)域作為涂層優(yōu)選全包圍地涂覆于添加物，以實現(xiàn)添加物相對于基底材 料的分離。這種情況下，這樣來選擇涂層厚度，以使涂層在添加物上具有足夠的附著強(qiáng)度， 并因此特別是在將設(shè)置有涂層的添加物混入基底材料時不會使涂層與該添加物分離或損 壞該涂層。特別優(yōu)選的是，以相應(yīng)于涂層中所含的至少一種活性成分與添加物的化學(xué)計量 比的量將所述涂層涂覆于添加物上，以在涂層中提供還原添加物所需的物質(zhì)的量。其結(jié) 果是，添加物與基底材料的相互作用或化學(xué)反應(yīng)被大大抑制。在實踐中，根據(jù)本發(fā)明涂覆 5nm~2ym的涂層厚度。
[0021] 所述添加物可存在于富水溶液中，其以液體的形式被施用于基底材料中。然而，本發(fā) 明的一項特別有希望的實施方式是，其中以可撒布或可流動的形式，特別是粉末的形式來制 備具備第二區(qū)域的添加物，并將其混入基底材料。其結(jié)果是，用于制備所述混合物的制備過程 以及另外的系統(tǒng)需求被簡化。特別是能夠依據(jù)質(zhì)量比以簡單的方式來監(jiān)測所需的混合。
[0022] 通過根據(jù)本發(fā)明使添加物與基底材料的相互作用被基本消除，由于在第二區(qū)域中 包含對所述添加物特定的反應(yīng)物，因而在選擇基底材料時沒有那些針對適用于化學(xué)反應(yīng)的 塑料材料的限制。由此，這樣的反應(yīng)遲緩或不反應(yīng)的基底材料也適用于所述方法的實施。
[0023] 本發(fā)明的另一項，同樣也特別有希望的實施方式通過以下來實現(xiàn)，在第二區(qū)域引 入吸收劑，其有利于激光能量用于實現(xiàn)添加物中所含的金屬化合物的激光活化的轉(zhuǎn)化。其 結(jié)果是，以最佳的方式將通過激光照射引入的能量轉(zhuǎn)化成所需的活化能（該活化能對于引 發(fā)一面包含在第二區(qū)域中的反應(yīng)物與另一面包含在添加物顆粒中的反應(yīng)物之間的反應(yīng)是 必須的）并且因此效率被提高。因此，在第二區(qū)域或添加物對激光射線的波長為透明的情 況下，所述充當(dāng)吸收劑的物質(zhì)在第二區(qū)域甚至以特別有利的方式使所需的活化成為可能。 根據(jù)本發(fā)明還可以使用這種添加物，使用所選擇的激光并不能將其活化，而通過使用第二 區(qū)域中的和由此產(chǎn)生的第二區(qū)域所含的物質(zhì)與添加物的相互作用中的合適的反應(yīng)物使反 應(yīng)得以實現(xiàn)。因此，以這種方式使添加物基本上脫離激光的選擇。這種情況下，吸收劑被調(diào) 整至激光的波長。例如，此處吸收劑位于紅外的波長范圍(IR-WeMenlihigenbereich)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的其它方面，基底材料包括半導(dǎo)體材料、