[发明专利]化学镀催化剂和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及金属化学镀领域。更特别地，涉及电子器件制造用的非导电基底的金属化学镀催化剂。

背景技术

印刷电路板包括层状非导电绝缘基底，这些基底通过钻通孔或镀通孔实现电路板相对两侧或板相邻两层之间的连接。金属化学镀是一种在表面上制备金属镀膜的熟知工艺。绝缘表面的金属化学镀需要先沉积上一种催化剂。通常用于催化或催化层状非导电绝缘基底的方法是，在化学镀之前，使用酸性氯化物介质中的锡-钯水溶胶处理基底。胶体包括一个被锡(II)离子络合物的稳定层，例如SnCl₃^-所包围的金属钯核，目的是作为表面稳定组分来阻止悬浮液中的胶体凝聚。

在催化过程中，钯基胶体吸附到绝缘基底表面上，例如环氧树脂或聚酰亚胺以催化金属化学镀，例如化学镀铜。虽然不希望受到理论限制，但人们通常认为在镀液中催化剂颗粒扮演了从还原剂向金属离子传输电子的载体角色。尽管化学镀的性能受到许多因素的影响，例如镀液配方和配体选择，但是催化步骤仍然是控制化学镀速率和机理的关键因素。

尽管锡/钯胶体催化剂作为金属尤其是铜的化学镀催化剂已经在商业上使用几十年了，其具有很多缺点，例如对空气敏感，价格高昂。伴随着电子器件尺寸缩小和性能提升，电路的封装密度越来越高，工业质量标准也随之提高。由于对可靠性的要求越来越高，特别是由于钯的价格过高且不稳定，寻找其它的催化剂组合物或者采用较便宜金属或者减少甚至淘汰使用先前金属的组合物尤为必要。另外，锡-钯胶体催化剂的稳定性也让人担忧。反离子可以阻止钯的凝聚，但是锡(II)离子很容易氧化成锡(IV)，因此胶体不可能始终保持胶体结构。温度升高，搅拌加快，可以促进氧化。如果锡(II)含量降至接近于零，钯颗粒尺寸增加，团聚，沉降，化学镀停止。

人们花费了大量努力去寻找新的更好的化学镀催化剂。例如，由于钯价格高昂，一些人开始转向发展非贵金属催化剂，特别是胶体铜催化剂。另外，由于使用氯化锡还原钯成本较高并且氧化的锡需要单独的加速步骤，有一些人转去发展无锡的钯催化剂。然而，这些催化剂活性和可靠性不够，难以满足穿孔电镀要求。而且，这些催化剂稳定性不够，放置后一般活性逐渐降低，活性改变使这些催化剂在商业上使用不可靠和不实际。

人们研究了锡之外的钯离子稳定成分。例如，美国专利4,248,632公开了一些作为金属离子催化剂，例如钯离子(Pd²⁺)，的稳定剂的吡啶和咪唑配体的稳定剂。金属离子只有吸附到非导电基底后才被还原。其它已知的稳定成分包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和其它聚合物。PVP充当了保护剂和稳定剂的角色。根据报道，金属-配体成分中的配体在将钯(II)催化剂固定到基底的过程中起到了积极作用。另外，其它使用钯离子的金属胶体，例如银/钯和铜/钯，也有报道。尽管人们已经开发了许多常规的锡/钯催化剂的替代催化剂，但这些催化剂仍然使用钯离子而且无一能够满足电子器件例如印刷电路板制造所必需的稳定性，活性和绝缘表面吸附性能。

发明内容

本发明提供了一种组合物，包括0.5至100ppm的零价金属，稳定剂化合物和水；其中的零价金属选自钯银，钴，镍，金，铜和钌；其中的稳定剂化合物具有化学式