[发明专利]将催化性溶液应用于化学沉积的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在非导电性基材上进行传送带式化学沉积的改良方法，其通过在化学镀敷前在基材上使用催化剂，通过延缓周围氧气对催化性溶液的氧化影响(其固有地对传送带式系统非常不利)而实现。更具体而言，本发明涉及在传送带单元中使用氮气取代周围氧气来减缓二价锡离子的氧化，并降低活化剂溶液中溶解氧的含量。

本发明的方法可用于使金属沉积在非导电性表面使基材具有导热性、导电性、更坚固或更坚硬、或这些性质的组合的功能性应用。本发明的方法还可用于装饰性应用，并且对于印刷电路板的制造特别有用。

背景技术

使用锡-钯胶体催化剂(又名为液态活化剂溶液)将金属化学沉积于非导电性基材上的方法是公知并被使用的。该方法包括使非导电性表面-例如塑料或已固化树脂-先与胶体锡-钯催化剂接触，并优选随后在另一种溶液中移除锡，以确保基本上使金属钯层保持吸附在表面上。这种广泛使用的锡-钯催化剂溶液以及移除锡的促进剂描述于美国第3,011,920号专利及美国第3,532,518号专利，其公开的内容以参照的方式全文并入于此。接着，各种金属可在使用还原剂(例如甲醛或次磷酸盐)的化学镀液中沉积在基材上。许多传统的铜或镍(或其他化学金属镀液)可用于此步骤。在镍沉积物的情形中，一种合适的镀液描述于美国第2,532,283号专利的实施例III、表II中。类似地，一种合适的铜镀液公开于美国第3,095,309号专利的实施例2中。由于化学金属沉积物通常很薄，该方法通常伴随着以铜、镍或其他想要的金属的传统电镀。

历史上，这种方法，特别是催化步骤，是在“垂直的”浸渍槽中进行的。在这样一种方法中，基材仅是浸渍在含有各溶液或胶体的槽中持续预定的一段时间。然而，已证实该方法会产生有些不均匀的被覆层，特别是在需要均匀的被覆层以得到适当的可再现的导电性的印刷电路板的制造中这是极其不利的。印刷电路板需要具有钻出来的“通孔”，电流必须能由此经过。这些通孔只不过是钻穿电路板的数层的孔，但因为各层主要由固化的树脂塑料构成，这些通孔并非是导电性的。因此，上述方法用来沉积一层铜到这些孔中以赋予其导电性。然而，这些孔通常相当小，使得使溶液与基材接触成为更困难的命题。这种难处见于整个方法中基材必须接触到的所有溶液，包括催化性胶体。

为了在保留垂直浸置方法的同时，减轻不均匀被覆层的难处，已使用了各种方法并授予了它们专利权。这些方法的范围包括在混合并搅拌溶液及胶体的机构中、在表面活性剂的使用中、甚至在快速振动基材的复杂的机构中增加以周期性动作移动基材的机构，如美国第5,077,099号专利所示。然而，这些解决方法之中没有一个能像完全舍弃垂直浸渍法来使用传送带式方法那样，提供被覆层的均匀性、或更具生产性和效率。这些方法越来越成为主流并为工业界所期望，因此有一个要求，那就是对于整个方法，从预催化剂调理至化学镀敷，可在完全的传送带式动态生产线中实施。

动态传送带以两种不同方式作业。一种使用喷洒型机构，其中基材被传送通过该单元，并用从主传送室之下的储槽泵取的活化溶液或胶体喷洒。在与溶液接触后，液体吸回到储槽室中待再次泵取。第二种传送的型式并且是本发明优选的使用型式，为动态液流传送带(dynamic flood conveyor)。这种机构描述于美国第4,724,856号专利。基本上，基材经过选择性关闭的机构传送至单元，该机构通常为紧紧地连在一起的两个辊。在单元的内部维持着流动的活化溶液的“河流”，其自储槽泵取上来并吸回。使用这些使基材与溶液接触的设备，结果得到更为一致且均匀的被覆层。液体及基材本身的动作使得即使是狭小的通孔也能够连续地与新鲜溶液接触。此外，传送带式系统的使用获得了大幅增加的生产性和效率。

然而，使用传送带式系统，特别是对使用锡-钯催化剂的系统，会引起某些问题，这是本发明所要解决的问题。锡-钯催化剂中的锡扮演两个重要的功能。第一，当制造胶体时，二价锡离子将Pd²⁺离子从氯化钯中还原为金属钯微粒(其将构成胶体)，并由此被氧化成四价锡离子，其接着以络合的四氯化锡的形式变得毫无用处。第二，且对本发明最为重要的是，在还原所有钯离子之后，剩余的二价锡离子能够将金属钯稳定为胶体形式。其结果是得到非常稳定的胶体，但如果这些二价锡离子不存在或被氧化成四价锡离子，胶体将变得无用。不幸的是，二价锡离子对于氧化相当敏感，并且即使在标准温度和压力下仍会自发性地被环境氧气所氧化。在垂直浸渍系统中，由于周围氧气而损失的二价锡离子几乎可以忽略不计，因为溶液相对于其上的空气基本上是静止的。但是，在传送带式系统中，溶液由于被泵取、搅拌并且有时候喷洒而处于持续运动状态。