镀敷催化剂及方法技术

本发明专利技术涉及镀敷催化剂及方法。具体来说，本发明专利技术涉及一种含有贵金属纳米颗粒以及具有羧基和氮原子的聚合物的催化剂溶液。所述催化剂溶液在非导电性表面无电镀金属方法中用作催化剂。

【技术实现步骤摘要】
镀敷催化剂及方法本申请是申请日为2012年12月31日、申请人为罗门哈斯电子材料有限公司、专利技术名称为镀敷催化剂及方法的中国专利申请第201210599285.6的分案，要求美国专利申请US61/582,265的优先权。专利
本专利技术涉及一种含有贵金属纳米颗粒的催化剂溶液。更具体的，本专利技术涉及一种包含贵金属纳米颗粒的催化剂溶液，其纳米颗粒是利用可应用于电子器件制造和装饰涂层的无电金属镀敷非导电性基材中的特定化合物来稳定化的。
技术介绍
在没有电源的情况下，无电金属沉积或无电金属镀敷对于在非导电或电介质表面沉积金属或金属混合物是很有用的。在非导电或电介质基材上的镀敷应用广泛，包括装饰性镀层和电子器件制造。主要应用之一为制造印刷电路板。将一种金属无电沉积到基材上通常要求对基材表面进行预处理或敏化处理以使表面在沉积过程中能够得到催化。目前已有若干种催化表面的方法。U.S.3，011，920披露了一种催化基材的方法，将基材浸入由钯离子和亚锡离子形成的钯-锡胶体制备的胶体催化剂中。这种方法在对基材表面进行催化后还需要一个促进步骤，因而使得催化剂核暴露了。U.S.3，904，792披露了一种改进了的胶体钯-锡催化剂，在酸性较小的环境中提供催化剂。在此盐酸部分被该酸的可溶性盐取代。从而这种钯-锡催化剂体系表现出很多局限。催化剂胶体(SnCl4)2-的外层很容易被氧化，同时催化剂颗粒变大因此极大的降低了其催化表面积。U.S.4，725，314披露了一种在水性溶液中制备催化吸附物的方法，利用有机悬浮剂保护胶体使其最大颗粒尺寸不超过500埃。聚乙烯吡咯烷酮可以作为有机悬浮剂。由于钯的高成本，人们付出了大量的努力开发非贵金属催化剂体系。U.S.3，993，799披露了非贵金属水合氧化物胶体在处理非导电基材上的应用，随后还原基材上的水合氧化物涂层为接下来的无电镀敷获得一定程度的活化。U.S.6，645，557披露了一种形成导电金属层的方法，该方法通过用一种含亚锡盐的水溶液与非导电表面接触形成敏化了的表面，然后将敏化的表面接触一种pH值在约5到约10之间的含银盐的水溶液以形成催化性表面。JP10229280A披露了一种催化剂溶液，其由硝酸银或硫酸铜组成，同时还含有一种阴离子表面活性剂，如聚氧乙烯月桂基醚硫酸钠和一种还原剂，如硼氢化钠。JP11241170A披露了一种无钯催化剂，其至少含有铁、镍、钴和银盐的一种，还含有一种阴离子表面活性剂和一种还原剂。JP2001044242A披露了一种具有高导电性的高分散性胶体金属溶液的制备方法，其含有至少一种氨基和一种羧基。U.S.7，166，152披露了一种银胶体基的预处理溶液，其含有三种组分：(i)银胶体颗粒；(ii)一种或多种选自具有能在溶液中将银离子还原为金属银的电位的金属离子的离子；和(iii)一种或多种离子，其选自羟基羧酸根离子、聚磷酸根离子和氨基羧酸根离子。通常，无锡银胶体水溶液比在空气搅拌下就能轻易氧化为锡(IV)的含二价锡离子体系更加稳定。这种银胶体催化剂体系还在无电镀工艺中表现出前景广阔的催化性能而无需牺牲互连可靠性。因此，期望得到一种同时具有镀液稳定性、吸附能力和催化活性的平衡的胶体催化剂体系。
技术实现思路
一种含有贵金属纳米颗粒和聚合物的溶液，所述聚合物在聚合物重复单元中有羧基和氮原子。一种在非导电表面进行无电镀金属的方法，包括将待镀基材浸入溶液的步骤，该溶液含贵金属纳米颗粒和聚合物的溶液，所述聚合物在其重复单元中有羧基和氮原子；在无需促进步骤的情况下在基材上进行无电镀敷。本专利技术的专利技术人已经发现一种贵金属胶体催化剂体系，该体系包含贵金属纳米颗粒，所述纳米颗粒被具有羧基和氮原子的特定聚合物稳定化，同时该体系不含锡，该体系表现出优异的稳定性和对于无电镀敷良好的催化活性。专利技术的详细说明除明确给出解释的外，本说明书中所用的缩写具有如下含义：g＝克；mg＝毫克；ml＝毫升；L＝升；m＝米；cm＝厘米；min.＝分钟；s＝秒；h＝小时；ppm＝百万分之一；M＝摩尔；g/L＝克每升；mmol＝毫摩尔；Mw＝分子质量；rpm＝转每分钟；以及DI＝去离子。在本说明书中，“沉积”和“镀敷”可互换，“催化”和“活化”可互换使用。本说明书中的“含贵金属纳米颗粒的溶液”和“催化剂溶液”可互换使用。本专利技术提供了一种用于无电镀的溶液，其包含贵金属纳米颗粒以及含羧基和氮原子的聚合物。所述用于本专利技术的聚合物要求同时具有羧基和氮原子。优选地，该聚合物在该聚合物重复单元中同时具有羧基和氮原子。如下所示，同时含有羧基和氮原子的聚合物的溶液与仅有氮原子而无羧基的聚合物如聚丙烯酰胺和聚乙烯基吡咯烷酮相比能获得稳定催化剂溶液的更好结果。然而不希望受限于理论，可以相信羧基对于纳米颗粒的静电稳定性更重要，而氮原子对于纳米颗粒的吸附性有用。本申请所述聚合物要求一种聚合物。如下所示，本专利技术的专利技术人进行了将溶液中的聚合物替换成L-天冬氨酸盐的对比实施例。L-天冬氨酸盐是一种具有羧基和氮原子的低分子量化合物。用L-天冬氨酸盐制备的纳米颗粒与用聚合物制备的纳米颗粒相比较不稳定，且其只能在碱性pH值的介质中稳定化。而且，用含L-天冬氨酸的溶液进行的背光测试与含有具有羧基和氮原子的聚合物的溶液得到的结果相比很差。组分中使用的聚合物的分子量(Mw)为400-1000000，更优选的为1000-10000。本专利技术所述聚合物优选为聚氨基酸和它们的共聚物。聚氨基酸和它们的共聚物的例子包括聚天冬氨酸、聚谷氨酸、聚蓝藻素、L-天冬氨酸和L-丙氨酸的共聚物、L-天冬氨酸和甘氨酸的共聚物、L-谷氨酸和甘氨酸的共聚物、苯丙氨酸和甘氨酸的共聚物。另外的优选聚合物包括含有酰胺结构的单体和具有羧基的单体的共聚物。具有酰胺结构的单体的例子为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、N-(羟甲基)甲基丙烯酰胺，和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸。具有羧基的单体的例子为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和柠康酸。所述聚合物占催化剂溶液总量的优选量为0.05-20g/L，更优选的为0.5-5.0g/L。本专利技术所述溶液的贵金属纳米颗粒可由任何具有催化活性的贵金属提供。贵金属的例子包括银、金、铂、钯、铑、钌、铱和锇。优选的贵金属为银。也可使用贵金属的混合物，例如银和钯的混合物。贵金属纳米颗粒占溶液的量(以重量计)为10-20000ppm，优选100-10000ppm，最优选200-5000ppm。在所述溶液中，金属和含羧基和氮原子的聚合物的比率是由金属和羧基在聚合物中的摩尔数比例决定的，例如从1:0.1到1:10，优选从1:0.5到1:5。任选的，本专利技术还包含一种或多种常用于无电镀敷催化剂配方中的不同种类的添加剂，例如表面活性剂、缓冲剂、络合剂和pH调节剂。pH调节剂可以含有例如但不局限于氢氧化钠和氢氧化钾的碱，以及酸，例如但不局限于硫酸、草酸、醋酸、柠檬酸和其他简单羧酸。pH调节剂的用量选择取决于目标pH值。本专利技术中使用的溶剂优选水，例如自来水或去离子水。其他溶剂还有例如酒精或可用于本专利技术的、任何可以与水混合的溶剂的混合物。通常，本专利技术溶液具有3-10的pH值。本专利技术溶液的优选pH值取决于聚合物的种类和用量以及在纳米颗粒制备步骤中使用的还原剂。优选地，本专利技术溶液通常具有大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有贵金属纳米颗粒和聚合物的溶液，其中所述贵金属选自银、钯、及其组合，所述聚合物选自聚天冬氨酸盐、聚谷氨酸、以及丙烯酸和2‑丙烯酰胺‑2甲基丙磺酸的共聚物，所述聚合物的分子量为400‑1,000,000，所述溶液的pH值为7‑9；所述溶液通过包括以下步骤的方法制备：制备含有贵金属离子和聚合物的溶液，所述贵金属离子选自银、钯、及其组合，所述聚合物选自聚天冬氨酸盐、聚谷氨酸、以及丙烯酸和2‑丙烯酰胺‑2甲基丙磺酸的共聚物，所述聚合物的分子量为400‑1,000,000；以及边搅拌边向上述溶液中加入0.01‑100g/L的二甲基氨基硼烷。

【技术特征摘要】
2011.12.31 US 61/582,2651.一种含有贵金属纳米颗粒和聚合物的溶液，其中所述贵金属选自银、钯、及其组合，所述聚合物选自聚天冬氨酸盐、聚谷氨酸、以及丙烯酸和2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸的共聚物，所述聚合物的分子量为400-1,000,000，所述溶液的pH值为7-9；所述溶液通过包括以下步骤的方法制备：制备含有贵金属离子和聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文佳，邝淑筠，D·C·Y·陈，D·K·W·余，周卫娟，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US