用于印刷电路板和通孔的无电极金属化的环保稳定催化剂制造技术

催化剂包括催化金属纳米粒子和淀粉作为稳定剂，其摩尔比能够在存储期间和在无电极金属电镀期间实现所述催化剂的稳定。所述催化剂是环保的并且不含锡。所述催化剂良好粘附到包括通孔壁的印刷电路板的介电材料。

【技术实现步骤摘要】
用于印刷电路板和通孔的无电极金属化的环保稳定催化剂
本专利技术涉及用于印刷电路板和通孔的无电极金属化的环保稳定催化剂，其包括一定摩尔比的淀粉稳定剂和催化金属纳米粒子并且不含锡。更具体地说，本专利技术涉及用于印刷电路板和通孔的无电极金属化的环保稳定催化剂，其包括一定摩尔比的淀粉稳定剂和催化金属纳米粒子并且不含锡以在存储期间以及在无电极电镀期间使催化剂稳定化，并且所述催化剂良好粘附到印刷电路板的介电材料以使得光滑并且均匀的金属沉积在板表面上和通孔壁上。
技术介绍
印刷电路板(PCB)包括依赖于钻探和电镀通孔(PTH)的层压不导电介电材料以形成板的相对侧面与内层之间的连接。无电极电镀是用于在表面上制备金属涂层的熟知方法。介电表面的无电极电镀需要预先将催化剂涂覆到待电镀衬底上。用以在无电极电镀之前催化或活化层压不导电介电衬底区的最常使用的方法是用含水性锡-钯胶体的酸性氯化物介质处理衬底。胶体由被呈[SnCl3-]络合物外壳形式的锡(II)离子稳定层包围的钯核心组成，所述络合物充当表面稳定基团以避免胶体在悬浮液中凝聚。在活化过程中，锡/钯胶体催化剂吸附到介电衬底，如含有环氧树脂或聚酰亚胺的衬底上以活化无电极金属沉积。理论上，催化剂充当无电极金属电镀浴中从还原剂到金属离子的电子转移路径中的载体。虽然无电极电镀的性能受许多因素影响，如电镀溶液的添加剂组合物，但活化步骤对于控制无电极电镀的速率和机制来说才是关键的。近年来，随着电子装置尺寸减小和所需性能提高，在电子包装工业中对无缺陷电子电路的需求越来越高。虽然锡/钯胶体在商业上已持续数十年用作无电极金属电镀的活化剂并且一直提供可接受的服务，但其具有许多随着对更高品质电子装置的需求提高变得更加明显的缺点。锡/钯胶体的稳定性是主要问题。如上文所提及，锡/钯胶体通过锡(II)离子层稳定化并且其抗衡阴离子可以防止钯凝聚。催化剂对空气敏感并且容易氧化成锡(IV)，因此胶体无法保持其胶态结构。此氧化进一步通过在无电极电镀期间提高温度和搅动来促进。如果锡(II)浓度下降到临界水平，如接近零，那么钯金属粒子的尺寸、附聚物和沉淀物生长，因此变得无催化活性。因此，对更稳定的催化剂的需求增加。另外，钯的较高并且波动的成本促进工业搜寻价格低廉的金属。已付出了相当多的努力来研发新型和改进的催化剂。因为钯的高成本，已付出许多努力来研发无钯催化剂，如胶态银催化剂。另一研究方向为不含锡钯催化剂，因为氯化亚锡成本较高并且氧化锡需要单独的加速步骤。除在总体无电极方法中添加另一个步骤以外，加速步骤中所使用的材料通常从待电镀衬底剥去催化剂，在电镀层中留下非所需空隙。此在印刷电路板制造中典型地使用的玻璃纤维衬底上是尤其常见的。然而，此类不含锡催化剂已显示为活性不够并且在印刷电路板制造中依赖于通孔电镀。此外，此类催化剂典型地在存储后活性逐渐降低，因此使得此类催化剂对于商业用途来说是不可靠和不可行的。已研究锡络合物的替代稳定部分，如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和树枝状聚合物。在文献中，多个研究小组已报导稳定和均匀的PVP受保护纳米粒子。在文献中也已报导其它金属胶体，如银/钯和铜/钯，其中钯经较便宜金属部分置换；然而，到目前为止，仍不含锡/钯胶态催化剂的商业上可接受的替代物。因此，仍然需要稳定并且可靠的无电极金属电镀催化剂。
技术实现思路
一种无电极电镀方法，其包含：提供衬底；将水性催化剂溶液涂覆到所述衬底上，所述水性催化剂溶液包含一种或多种选自银、金、铂、钯、铱、铜、铝、钴、镍和铁的金属的纳米粒子；淀粉；以及选自由葡萄糖、蔗糖、半乳糖、果糖、麦芽糖以及其混合物组成的群组的还原剂，其中淀粉与还原剂的重量比是150:1到1:5，所述水性催化剂溶液不含锡；使催化的衬底与无电极金属电镀浴接触；以及用无电极金属电镀浴使金属无电极沉积于催化的衬底上。催化剂可以用于使金属无电极电镀在衬底上，包括具有金属表面的衬底和具有介电材料的那些衬底。本专利技术的催化剂在存储后以及在无电极金属电镀期间是稳定的。相比于常规锡/钯催化剂，其并不易于氧化。另外，催化剂良好粘附到可以是金属、介电材料或其组合的衬底表面和孔口壁。本专利技术的催化剂对衬底的良好粘附性以及本专利技术的催化剂在衬底上的稳定性使得无电极电镀的金属能够在衬底上形成均匀并且平面的金属沉积物。本专利技术的催化剂也在孔口的壁和拐点上实现均匀、平面并且保形的金属电镀。催化剂典型地用于在电解金属电镀，如铜电镀之前在孔口的表面和壁上形成薄镀层或触击层。用本专利技术的催化剂形成的触击层在电解金属电镀期间帮助实现均匀并且基本上完整的孔口(如印刷电路板中的通孔)填充形成。与催化剂的碳水化合物还原剂组合的淀粉稳定剂不仅能够使得催化剂良好粘附到衬底，而且还是生物可降解的，因此其并不存在环境危害。另外，本专利技术的催化剂不含锡并且并不会引起常规锡/钯催化剂的环境毒性处理问题。具体实施方式如本说明书通篇所使用，除非上下文另外明确指示，否则以下缩写将具有以下含义：A＝安培；A/dm2＝安培每平方分米；℃＝摄氏度；g＝克；mg＝毫克；ppm＝百万分率；ppm＝mg/L；L＝升，nm＝纳米；μm＝微米(micron/micrometer)；mm＝毫米；cm＝厘米；b.v.＝按体积计；DI＝去离子；mL＝毫升；Mw＝重量平均分子量；除非另外指出，否则所有量都是重量百分比。所有数值范围是包括性的并且可按任何次序组合，除非很明显这些数值范围被限制于总计为100％。如在整个说明书中所使用，“特征”是指衬底上的几何结构。“孔口”是指包括通孔和盲通道的凹陷特征。如本说明书通篇所使用，除非另外指定，否则术语“电镀”是指金属无电极电镀。术语“平面”是指具有均匀的表面构形的基本上平坦的表面。“沉积”和“电镀”在本说明书通篇可互换使用。术语“印刷电路板”和“印刷布线板”在本说明书通篇可互换使用。不定的冠词“一个(种)(a和an)”表示单数和复数两者。水性催化剂溶液包括选自银、金、铂、钯、铱、铜、铝、钴、镍和铁的金属纳米粒子；一种或多种稳定淀粉；以及选自由以下组成的群组的还原剂：葡萄糖、蔗糖、半乳糖、果糖、麦芽糖以及其混合物。优选地，金属选自银、金和铜，更优选地，金属选自银和铜，最优选地，金属是银。优选地，淀粉稳定化合物具有以下通式：其中“n”是使得淀粉的Mw是1000或更大，优选10,000到1000,000的数字。稳定淀粉化合物和还原剂以足够的量包括于水性催化剂中以提供所需稳定和无电极金属电镀。优选地，淀粉与还原剂的重量比是150:1到1:5，更优选110:1到1:2，并且最优选80:1到1:1。可以进行微量实验以获得使无电极金属电镀催化剂稳定化的特定淀粉稳定剂或淀粉稳定剂与还原剂的组合的量。一般来说，一种或多种稳定化合物以250ppm到10g/L的量包括于水性催化剂中。一般来说，以10ppm到250ppm的量包括还原剂。任选地，一种或多种抗氧化剂包括于催化剂中。此类抗氧化剂包括(但不限于)有机酸，如单羧酸和聚羧酸。此类酸的实例包括苯甲酸和其衍生物、抗坏血酸、异抗坏血酸、苹果酸、乙酸、酒石酸、罗谢尔(Rochelle)盐和柠檬酸。以10ppm到200ppm，优选20ppm到100ppm的量包括此类酸。金属来源包括所属领域和提供具有催化活性的金属的文献中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电极电镀的方法，其包含：a)提供衬底；b)将水性催化剂溶液涂覆到所述衬底上，所述水性催化剂溶液包含一种或多种选自银、金、铂、钯、铱、铜、铝、钴、镍和铁的金属的纳米粒子；淀粉；以及选自由葡萄糖、蔗糖、半乳糖、果糖、麦芽糖以及其混合物组成的群组的还原剂，其中所述淀粉与还原剂的重量比是150:1到1:5，所述水性催化剂溶液不含锡；c)使催化的衬底与无电极金属电镀浴接触；以及d)用所述无电极金属电镀浴使金属无电极沉积于所述催化的衬底上。

【技术特征摘要】
2015.12.14 US 62/2667801.一种无电极电镀的方法，其包含：a)提供衬底；b)将水性催化剂溶液涂覆到所述衬底上，所述水性催化剂溶液包含一种或多种选自银、金、铂、钯、铱、铜、铝、钴、镍和铁的金属的纳米粒子；淀粉；以及选自由葡萄糖、蔗糖、半乳糖、果糖、麦芽糖以及其混合物组成的群组的还原剂，其中所述淀粉与还原剂的重量比是150:1到1:5，所述水性催化剂溶液不含锡；c)使催化的衬底与无电极金属电镀浴接触；以及d)用所述无电极金属电镀浴使金属无电极沉积于所述催化的衬底上。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述淀粉与所述还原剂的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·E·克利里，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US