Entwicklung und Charakterisierung eines Pd-haltigen Sol-Gel-Beschichtungsmaterials mit Eignung zur Strukturierung im Tampondruck sowie zur nachfolgenden stromlosen Kupferabscheidung

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung und Charakterisierung eines Pd-haltigen, anorganisch-organischen Sol-Gel-Beschichtungsmaterials für oxidische Substrate wie Glas und Keramik beschrieben, welches nach einer UV-Bestrahlung sowie einer thermischen Behandlung hinsichtlich einer Cu-Abscheidung in einem (außen-)stromlosen Verkupferungsbad katalytisch wirksam ist, wobei elektrische Schichtwiderstände des abgeschiedenen Cu von bis zu 9 ± 1 m[Omega] erzielt werden konnten. Im Falle einer Strukturierung im Tampondruckverfahren gelingt ein vollständig additiver Aufbau von Leiterbahnen selektiv auf dem strukturierten Beschichtungsmaterial, wobei Strukturbreiten und -abstände bis herab zu jeweils 100 µm erzielt wurden. Das Beschichtungssol besteht im wesentlichen aus einem methacrylatmodifizierten Aminosilan sowie methacrylatmodifiziertem Diethylentriamin in alkoholischer Lösung, wobei die organische Copolymerisation beider Komponenten durch einen Photostarter während der UV-Bestrahlung initiiert wird. Das Palladium liegt im Beschichtungssol ionisch vor und wird während der thermischen Behandlung zu katalytisch wirksamem kolloidalem Palladium reduziert. Darüber hinaus enthält die Beschichtungslösung unvernetzbares Diethylentriamin, welches das vorliegende ionische Pd2+ unter Komplexbildung stabilisiert. Es hat sich dabei gezeigt, daß der arithmetische Mittenrauhwert Ra des verdichteten Beschichtungsmaterials mit zunehmenden Gehalt an Diethylentriamin im Beschichtungssol ansteigt und sich zwischen einem Wert von < 0,02 µm und 0,61 µm einstellen läßt, was hinsichtlich der Haftung des stromlos abgeschiedenen Kupfers von großer Bedeutung ist.

In the present work the development and characterization of a Pd-containing inorganic-organic sol-gel coating material for oxidic substrates like glass and ceramic is described. This material shows catalytic effectiveness for the electroless deposition of copper after UV- and thermal treatment. By this way electric sheet resistances of the deposited copper down to 9 ± 1 m[Omega] were achieved. In case of a structuring by pad-printing, a fully additive building of printed circuit lines on the structured sol-gel material is possible, while linewiths and -spaces down to 100 µm were reached.

The coating sol consists of a methacrylate modified aminosilane and methacrylate modified diethylenetriamine in alcoholic solution, in which an organic copolymerization of both componends is initiated by a uv-curing agent during irradiation. Besides this, the coating solution contains soluted ionic Pd2+ which is reduced to catalytic active Pd0 by the thermal treatment and is also containing unpolymerizable diethylenetriamine for the stabilization of the ionic Pd2+. It has been found that the roughness of the densified coatings increases significantly with an increasing content of diethylentriamine in the coating solution. By this way it is possible to adjust the arithmetical average height of the coatings between < 0,02 µm and 0,61 µm, what is very important for a good adhesion of the electroless deposited copper.