(57)【要約】  本発明は、非導電性基板材料上に、導電性構造体、特に、導電性経路を製造する方法に関し、これは少なくとも一種の金属化合物を有する添加剤（１）を有する。該基板材料は、該添加剤（１）中に含有される、例えば、無機金属化合物が選択的に活性化されるように、レーザーによって照射される。該非導電性基板材料上に該導電性構造体が創り出されるように、その活性化により形成された金属核は、引き続き金属化される。添加剤（１）が、基板材料中へ導入される前に、特に全面的にコーティングを設けられ、その結果、レーザー活性化により、添加剤（１）は還元され、そして、コーティングが酸化される場合、要求される添加剤（１）との化学反応に必要な反応相手は、そのコーティングによって提供される。それによって本質的に低減された基板材料との相互作用に起因して、同時に、特定のプラスチック又はプラスチック群への制限も排除される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一種の金属化合物を有する添加剤（１）を有する非導電性基板材料上に導電性構造体、特に、導体経路を製造する方法であって、その際、該基板材料は、レーザーによって照射され、そしてそれにより、該添加剤（１）中に含有される金属化合物が選択的に活性化され、それによって、そのようにレーザーで活性化された領域中に触媒的に活性な核が形成され、該核は引き続き金属化され、そしてそれにより、該非導電性基板材料上に該導電性構造体が創り出される方法であって、該添加剤（１）が、前記金属化合物によって形成された第一の領域（２）以外に、化学的に異なる組成を有する少なくとも一つの第二の領域（３）を含み、そして、レーザー活性化により該添加剤（１）中の金属の酸化状態が還元されることを特徴とする、上記の方法。
【請求項２】
前記金属化合物が前記添加剤（１）のコアを形成し、そして、特に、コーティングとしての前記第二の領域（３）によって少なくとも部分的に取り囲まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属化合物が、前記第二の領域（３）を通って少なくとも部分的に浸透していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属化合物が、前記第二の領域（３）を少なくとも部分的に取り囲むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記添加剤（１）が、少なくとも一次元において５μｍより小さいことを特徴とする、請求項１〜４の少なくとも一つに記載の方法。
【請求項６】
前記第二の領域（３）が、本質的に有機化合物であることを特徴とする、請求項１〜５の少なくとも一つに記載の方法。
【請求項７】
前記第二の領域（３）が、本質的に、還元性の金属化合物であることを特徴とする、請求項１〜６の少なくとも一つに記載の方法。
【請求項８】
前記第二の領域（３）が、５ｎｍ〜２μｍの厚さで施用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
添加剤（１）中に含有される金属化合物をレーザーにより活性化するようにレーザーエネルギーを変換するのを促進させる吸収剤が、前記第二の領域（３）中に導入されることを特徴とする、請求項１〜８の少なくとも一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記添加剤（１）中に含有される金属化合物が金属酸化物を含有することを特徴とする、請求項１〜９の少なくとも一つに記載の方法。
【請求項１１】
非導電性基板材料上に導電性構造体を製造するための、少なくとも一種の金属化合物を第一の領域（２）として含有する特定の添加剤（１）であって、該添加剤が、特に、第一の領域（２）のコーティングとして実施される、異なる化学的組成を有する第二の領域（３）を含有し、そして、レーザー活性化によって、該添加剤（１）中の金属の酸化状態が還元可能であることを特徴とする、上記の添加剤（１）。
【請求項１２】
請求項１〜１１の少なくとも一つに記載の基板材料上に、導電性構造体、特に導体経路を製造するための添加剤（１）を有する基板材料であって、該基板材料が、本質的な材料部分として、ポリマー、半導体材料、セラミック、木材及び／又はガラスを含有することを特徴とする、上記の基板材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一種の金属化合物を有する添加剤を含有する非導電性基板材料上に導電性構造体、特に、導体経路を製造するための方法であって、その際、該基板材料は、部分的なレーザー照射に曝され、そして、添加剤中に含有される金属化合物が活性化され、それによってレーザー活性化された領域中に、触媒的に活性化された核が形成され、該核は引き続いて、外部電力のない金属化浴中で金属化され、そして、それによって導電性構造体が非導電性基板材料上に創り出される、上記の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体的に射出成形された回路基板は、実際には、ＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）の名称で知られていて、既に広く使用されている。ＭＩＤ技術は、一つの部品に、電気的な機能及び機械的な機能を統合する。その場合、重量、設置スペース及び組み立て費用を低減するために、導電性構造体は筐体に集積化され、そして従来のプリント回路板と置き換えられる。
【０００３】
ここで特に重要なのは、いわゆるＬａｓｅｒ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ（ＬＤＳ）である。ＬＤＳ工法の場合、基板材料は、特別に添加剤化（ａｄｄｉｔｉｖｉｅｒｔｅｍ）されたプラスチックペレットと共に一成分系射出成形において射出成形される。レーザーを用いる場合、物理−化学反応において、添加剤をその場で触媒的に活性な難燃剤の核に変換することができ、その際、引き続く化学的な金属化浴中で、そのように処理された箇所に的確に金属を堆積させる。
【０００４】
金属層のプラスチック基板上への十分な粘着力を確保するために、活性化以外に、該レーザーは、微細な粗面を生じさせるという目的を有する。
【０００５】
レーザー照射に曝される領域はコンピューターソフトウェアを用いて制御されるため、ＬＤＳ工法の場合、より短時間に、かつ、道具である回路のレイアウトを変更することなく、適合又は変更することができる。このような状況及び市場から入手可能な種々のＬＤＳ可能のプラスチックによって、結局はＬＤＳ工法がＭＩＤを製造する場合の先導的な技術となっている。
【０００６】
ドイツ国特許出願第１０１  ３２  ０９２  Ａ１（特許文献１）には、非導電性の基板材料上に導体構造が描かれ、該構造は金属核及び後続のこの施用された金属化からなり、その際、基板材料中に含有される非導電性の無機金属化合物を、電磁照射することにより微細粒子に分割することによって該金属核が得られる。
【０００７】
ドイツ国特許出願第１０  ２００４  ０２１  ７４７  Ａ１号（特許文献２）は、同様に、そのような導電性構造体を開示しており、その場合、基板材料中に含有されるナノスケールの金属化合物を、電磁照射により微細粒子に分割することによって金属核が得られる。導光が可能で、それにより、光電子工学的な利用を可能にするための、導体経路と、導光性の基板材料との組合せを可能にする、基板材料の透明性を維持するために、ナノスケールの非導電性金属化合物が使用され、このナノサイズの粒子は、２００ｎｍ未満の特徴的な大きさを有する。それによって、基板材料の透明性が維持され、そして非導電性金属化合物の機能が得られる。
【０００８】
さらに、国際公開第２０１２／０５６３８５  Ａ１号（特許文献３）は、ＬＤＳ材料の改善された後続の無電解によるめっき作用による方法を開示している。
【０００９】
技術的な制限に基き、ＬＤＳ工法を用いて、今日では最小１５０μｍのゲージが容易に製造できる。ＭＩＤの望ましい最小化を更に促進させるために、この制限を更に抑えることが絶対に必要である。この目的のために、一方では、レーザー照射にさらなる焦点を当て、そして、成形品の表面全体にわたって確度を得るための大きな努力が払われている。そして他方では、レーザーによる構造体の縁をより良好に鮮明にするために、添加剤の大きさが低減される。しかしながら、減少する粒度の場合の配合プロセス又は射出プロセスにおいて、添加剤は一般に増加する傾向があるため、この方法は制限されることに留意しなければならない。
【００１０】
ここで、三つの観点が特に重要である。
１）  ベースポリマー及び該ポリマーから製造される加工材料の物理的な特性、例えば、衝撃抵抗及び破壊強度は、添加剤の量、大きさ、形態及び種類の影響を受ける。
２）  添加剤の種類は、使用すべきレーザー照射がどの波長を有し得るか、そして、どの程度の効率でそれが吸収するかを本質的に決定する。
３）  触媒として作用する核における添加剤の化学−物理的な変換は、種々の材料により、様々な強さで助成され、そしていくつかの材料では成功しない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ドイツ国特許出願第１０１  ３２  ０９２  Ａ１
【特許文献２】ドイツ国特許出願第１０  ２００４  ０２１  ７４７  Ａ１号
【特許文献３】国際公開第２０１２／０５６３８５  Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、添加剤が単独で作用するよう、添加剤−シェル−ハイブリッドが、ベースポリマーに対する悪影響が少なく、そして、触媒として作用する核中で、レーザー照射によって著しい効果でもって変換する適切な種類及び方法で、添加剤を製造するという課題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法に従う本発明によって解決される。本発明のさらなる形態は、従属請求項から得られる。
【００１４】
それ故、本発明により、添加剤は、例えば、無機金属化合物によって形成された第一の領域の他に、異なる化学的組成を有する少なくとも一つの第二の領域を含有し、そして該添加剤中の金属の酸化状態がレーザー活性化によって還元される方法が提供される。異なる化学的組成を有する物質としての第二の領域を有する該添加剤によって、添加剤のための反応性の微細環境が作られ、そして基板材料との化学反応が本質的に低減されるか、又は完全に回避される。そのような方法により、触媒として作用する核中の添加剤の変換が、効果的に遂行でき、この添加剤の必要な配量も、またそれによって、基板材料中に必要な量割合も低減される。それ故、本発明により低減された最小量の添加剤によって、基板材料の特性に対する影響が直接低減される。添加剤−シェル−ハイブリッドが、必要な化学反応に要求される材料を全て提供するため、ある種のプラスチック又はプラスチック群への制限もまた同時に排除される。例えば、第二の領域と共に提供された添加剤が混合された場合、本発明の方法を遂行するためのＰＴＦＥの本質的な材料の割合を有する基板材料が適切なものとなる。当然ながら、本発明によれば、第二の領域としての材料を添加剤中へ追加的に混合することもまた、排除されない。
【００１５】
そのような第二の領域は、例えば、適切な場合、コーティングとして、凝集を明らかに抑えることができるだけでなく、その後の化学的な金属化に対してもまた有利に作用できることが判明した。正確な計算によって、適切なシェル材料が、触媒として作用する核中での添加剤の化学的−物理的変換を、基板材料のプラスチックマトリックスを取り囲むように、より良好に促進することが明らかになった。
【００１６】
本発明の本質的な利点は、主として、添加剤を、任意の基板材料に提供することができ、それ故、基板材料の特定の特性を考慮することなく、所望のレーザー活性化を確実に達成できるという事実から明らかとなる。そのため、特に、基板材料の様々な特性に適合させるためにこれまでに要求されていた助剤を省くことができる。それ故、添加剤は、造形プロセスにおいて初めて供給するか、又は混合することができ、そのため、その添加剤は、加工前に予め基板材料中に存在させる必要がない。
【００１７】
しかしながら、第二の領域もまた、これが、本質的に有機化合物を含有する場合には、基本的に機械的特性を著しく改善する。これにより、いずれも場合も、本質的に、第二の領域と基板材料との間の境界面で、有機部分が互いに遭遇する。第二の領域によって、基板材料としてのプラスチックの構造における添加剤の干渉が著しく低減される。特に、金属化合物を封じ込めた第二の領域によって、存在する粒子の縁部を一定レベルにすることができ、そのため、従来技術では確実に封じ込めることができなかった基板材料中の添加剤のノッチ効果が低減されるか、それどころか回避される。
【００１８】
添加剤を基板材料からそのように分離させるように、その第二の領域は、コーティングとして、好ましくは添加剤の全面上に施用することができる。このために、コーティングの厚さは、それが添加剤に対して十分な粘着力を有するように選択されるため、特に、コーティングが設けられた添加剤の基板材料中への干渉時に、添加剤から分離されないか、又はコーティングが損傷しない。特に好ましくは、コーティング中に含有される少なくとも一種の材料と、添加剤との間の化学量論量に対応した量のコーティングを添加剤上に施用することによって、コーティング中の添加剤量の低減に必要な材料の量が利用できる。その結果、添加剤と基板材料との間の相互作用あるいは化学反応が大幅に抑制される。実際上、本発明よれば、５ｎｍ〜２μｍの厚さのコーティングが施用される。
【００１９】
添加剤は水溶液中に存在させることができ、これは、液状形態で基板材料中へ導入される。しかしながら、好ましい成果は、第二の領域が設けられた添加剤が、分散形態又は流動形態、特に、粉末形態で製造され、そして基板材料中へ混入させる場合の本発明の形態である。その結果、混合物を製造するための、製造工程、そしてさらには、システムの前提条件が簡略化される。特に、所望の混合物を、質量比に基づいて簡単な方法で監視することができる。
【００２０】
本発明の方法によれば、添加剤と基板材料との間の相互作用が大幅に排除される。なぜなら、添加剤のための特定の反応相手が第二の領域中に含有され、基板材料を選択する際に、そのような化学反応に適したプラスチック材料に限定されないからである。それにより、反応が緩慢であるか又は反応能力のない方法を遂行するためのそのような基板材料もまた適している。
【００２１】
同様に、好ましい成果をもたらす本発明の別の形態は、添加剤中に含有される金属化合物をレーザーにより活性化するためのレーザーエネルギーを変えることによって有利に作用する吸収剤を第二の領域中に導入することによって達成される。このため、レーザー照射を使って導入されたエネルギーを、一方の第二の領域中含有される反応相手と、他方の添加剤粒子中に含有される反応相手との間の反応を開始させるのに必要な活性化エネルギーに変更し、これは任意の方法で行われ、それ故効率が増大する。これは、第二の領域中の吸収剤として作用する物質を可能にするため、第二の領域又は添加剤が、レーザー照射の波長に対して透過性である場合に、所望の活性化も特に有利な方法で可能にする。本発明によれば、選択されたレーザーによって活性化可能であるような添加剤を使用することもできる一方で、第二の領域中の対応する反応相手及びそれから結果として得られる、第二の領域中に含有される物質及び添加剤の相乗効果によって、反応が実現可能となる。その結果、添加剤はレーザーの選択から大きく切り離される。これに加えて、吸収剤はレーザーの波長に合わされる。これに関しては、例えば、ＩＲ波長範囲の吸収剤が適している。
【００２２】
本発明のさらなる見地によれば、基板材料は、本質的な材料部分として、半導体材料、セラミック及び／又はガラスを含有し、そのため、本発明方法は、選択的に活性化させる方法及びその後の金属化する方法もまた、それ自体は添加剤に対して化学的に還元する作用を有さないような基板材料と組み合わせて遂行することができる。さらに、添加剤のそれの第二の領域との化学的な反応によって、基板材料の化学的な又は物理的な特性の変化は本質的に低減される。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施形態１
一部の酸化銅（ＩＩ）粉末（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社）を、真空乾燥棚中、１５０℃で乾燥させ、そして、一部のポリブチレンテレフタレート（Ｌａｎｘｅｓｓ社）と共に、二軸押出機（Ｃｏｌｌｉｎ社）で均質なペレットに加工する。そのペレットを最初に、衝撃式粉砕機（Ｈｏｓｏｋａｗａ／Ａｌｐｉｎｅ社）で０．５ｍｍの粒度に粉砕し、そして引き続いて、遊星ボールミル（Ｆｒｉｔｓｃｈ社の、Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ  ７  Ｐｒｅｍｉｕｍ  Ｌｉｎｅ／１ｍｍジルコニア−球／ジルコニア−粉砕ボール）で、約１μｍの最終的な微粉度に粉砕する。そのようにして得られた酸化銅（ＩＩ）−ポリブチレンテレフタレート−ハイブリッドを、ポリプロピレン（Ｅｎｓｉｎｇｅｒ社）中に１０重量％配合し、そしてワークピースに射出成形する。そのようにして得られたこのワークピースは、レーザーを使って、外部の無電解による（ａｕｓｓｅｎｓｔｒｏｍｌｏｓｅ）金属化のために位置選択的に活性化することができる。容易に変化しない酸化銅（ＩＩ）を含有する試料片と比較して、そのようにして得られたポリプロピレンワークピースは、金属化に関して何倍も高められた性能を有する。
【００２４】
実施形態２
二部の酸化銅（Ｉ）の粒子を、一部のポリエステル樹脂（Ｐｒｅｓｔｏ社）中に混入させ、そして、薄いプレートに成形する。そのプレートを完全に硬化させた後、これを最初に機械で予備的に細かく粉砕する。引き続いて、その粒状物を、衝撃式粉砕機（Ｈｏｓｏｋａｗａ／Ａｌｐｉｎｅ社）で０．５ｍｍの粒度に粉砕し、そして引き続いて、遊星ボールミル（Ｆｒｉｔｓｃｈ社の、Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ  ７  Ｐｒｅｍｉｕｍ  Ｌｉｎｅ／１ｍｍジルコニア−球／ジルコニア−粉砕ボール）で約１μｍの最終的な微粉度に粉砕する。そのようにして得られた熱硬化性の酸化銅（Ｉ）−ポリエステル−ハイブリッドを、ポリエチレン（ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社）中に８重量％配合し、そして射出成形してワークピースにする。そのようにして得られたこのワークピースは、レーザーを使って、外部の無電解による（ａｕｓｓｅｎｓｔｒｏｍｌｏｓｅ）金属化のために位置選択的に活性化することができる。容易に変化しない酸化銅（Ｉ）を含有する試料片と比較して、そのようにして得られたポリエチレンワークピースは、金属化に関して何倍も高められた性能を有する。
【００２５】
実施形態３
二部の酸化鉄（ＩＩＩ）を１３０℃で乾燥させ、そして、二軸押出機（Ｃｏｌｌｉｎ社）で、一部の液晶ポリマー（Ｔｉｃｏｎａ社）と共に均質なペレットに加工する。そのペレットを、最初に、衝撃式粉砕機（Ｈｏｓｏｋａｗａ／Ａｌｐｉｎｅ社）で０．５ｍｍの粒度に粉砕し、そして引き続いて、遊星ボールミル（Ｆｒｉｔｓｃｈ社の、Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ  ７  Ｐｒｅｍｉｕｍ  Ｌｉｎｅ／１ｍｍジルコニア−球／ジルコニア−粉砕ボール）で、約１μｍの最終的な微粉度に粉砕する。そのようにして改質された酸化鉄（ＩＩＩ）を、ポリウレタン（ＳＬＭ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社）中に１２重量％配合し、そして真空鋳造法で成形してワークピースにする。そのようにして得られたこのワークピースは、レーザーを使って、外部の無電解による（ａｕｓｓｅｎｓｔｒｏｍｌｏｓｅ）金属化のために位置選択的に活性化することができる。容易に変化しない酸化鉄（ＩＩＩ）を含有する試料片と比較して、そのようにして得られたポリウレタンワークピースは、金属化に関して何倍も高められた性能を有する。
【００２６】
本発明は様々な実施形態を許容する。本発明の基本的な原理をさらに明確にするために、それらのうちの一つを図面に示し、より詳細に説明する。それらの図はいずれも断面図の形で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】不規則に分布した第一及び第二の領域を有する添加剤。
【図２】核を形成する第一の領域上にコーティングとして施用された第二の領域を有する添加剤。
【図３】核を形成する第二の領域を有する添加剤。
【００２８】
図示されていない基板材料上に導電性の構造体を製造するための本発明の添加剤を、図１〜図３に基づいてより詳細に説明する。このために、添加剤１は、少なくとも一つの、第一の領域２を形成する金属化合物を含有する。レーザーを用いて照射することによって、この金属化合物は、好ましく選択的に活性化され、それによって、そのようにレーザーで活性化された領域は、その中に触媒として作用する核を形成し、これは引き続いて金属化される。追加的に、添加剤１は、その金属化合物の他に、その金属化合物とは化学的な組成が異なる一種又は様々な物質を有する第二の領域３を含有し、そのため、該レーザーによる活性化によって、添加剤１中の金属の酸化状態が還元される。添加剤１が、金属化合物に適した、異なる化学的組成を有する物質をさらに有する場合、このために反応性の微小環境が造られ、そして、基板材料との化学的な反応が本質的に低減されるか、あるいは完全に回避される。それにより、触媒として作用する核中のこの金属化合物の変換プロセスは、基板材料とは独立して本質的により効果的に遂行され、その際同時に、基板材料中の必要な量割合も低減される。添加剤１が、要求される化学的−物理的な反応に必要な物質の全てを提供する場合、特定のプラスチック又はプラスチック群への制限もまた同時に排除される。
【００２９】
図１に示した添加剤のバリエーションの場合、二つの領域２、３の不規則な混合が使用され、これは、例えば、成形方法の間でさえも、特に簡単な製造を可能にする。
【００３０】
対照的に、図２に示したバリエーションによれば、その基板材料と金属化合物との望ましくない化学反応を回避するために、この場合、第二の領域３は、コーティングとして、金属化合物上に全面的に施用されており、添加剤１を基板材料から分離することが達成できる。
【００３１】
さらに、図３に示したバリエーションの場合、これは、例えば、特定の用途目的において、添加剤１の基板材料との反応が望ましく、そして、第二の領域３の化学反応が容易に促進されるべきである場合であり、金属化合物は第二の領域３を完全に封じ込める。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2016507650.tif 000008
2016507650.tif 000009
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