(57)【要約】  工作材料の金属化方法並びに工作材料と金属層とでできた層構造。  本発明は、工作材料表面の金属化方法に関する。工作材料表面は、金属化するべき領域において、周期的なマイクロ構造（６）が供され、このマイクロ構造（６）は、好ましくは、レーザー放射線（５）を用いてマイクロ構造化されたダイ（２）での変形または成形によって工作材料表面上に転写される。次いで、少なくとも、工作材料表面のマイクロ構造化された領域が付着堅牢性に金属化され、そうして層構造が形成される。
2016507642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非伝導性工作材料（４）の少なくとも部分的でかつ付着堅牢性の金属化のための方法であって、工作材料（４）中に、金属化するべき領域において、周期的なマイクロ構造（６）を一つまたは複数の境界線（１０）によって囲まれた金属化するべき面内で、成形面内の金属化するべき領域に対応してマイクロ構造化されたダイ（２）での成形によって導入する、前記方法。
【請求項２】
ダイ（２）として鋳造用金属ダイ（２）が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ダイ（２）として成形用金属ダイ（２）が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ダイ（２）のマイクロ構造（６）がレーザー放射線（５）によって生成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
レーザー放射線（５）のパルス長がナノセカンドよりも短いことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ダイ（２）中のマイクロ構造（６）が、いわゆる「Ｃｏｎｅ  Ｌｉｋｅ  Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎｓ（錐状の突起）」として生成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
金属層（９）が、少なくとも３Ｎ／ｃｍ、特に５Ｎ／ｃｍのＡＳＴＭ  Ｄ１８７６−０８準拠の付着強度を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
非伝導性工作材料（６）の構成分の一つがポリマーであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
異なる形態のマイクロ構造（６）が部分的に工作材料表面（３）に設けられることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
工作材料（４）が方法の過程で熱処理されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
マイクロ構造（６）が、ダイ（２）を用いて、同じ工作材料（４）の工作材料表面（３）上に複数回描写されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
付着堅牢性の金属層（９）が、特徴的パターンで、特に導体経路、または装飾的パターンで、工作材料表面（３）上に設けられることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
マイクロ構造（６）が、１μｍ超で２００μｍ未満の平均波長を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
マイクロ構造（６）が、５μｍ超で２００μｍ未満の平均構造高さ（山から谷間までの距離）を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
マイクロ構造（６）の平均波長に対するマイクロ構造（６）の平均構造高さ（山から谷間までの距離）の比率が０．３超、特に０．５超であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
工作材料（４）のマイクロ構造（６）が、工作材料（４）の方向に、単調に増大する、特に急激に単調に増大する横断面を有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
非伝導性の工作材料（４）と付着堅牢性に結合した金属層（９）とを含む層構造において、非伝導性工作材料と金属層との間の境界面がマイクロ構造（６）を有する層構造であって、工作材料（４）のマイクロ構造（６）が、少なくとも一つの境界線（１０）で囲まれた金属化するべき面内に周期的に作製されており、そして工作材料（４）の方向に単調に増大する、特に急激に単調に増大する横断面を有することを特徴とする、前記層構造。
【請求項１８】
工作材料（６）の構成分の一つが非伝導性ポリマーであることを特徴とする、請求項１７に記載の層構造。
【請求項１９】
付着堅牢性の金属層（９）が特徴的パターンで、特に導体経路で、または装飾的パターンで、工作材料（４）の工作材料表面（３）上に設けられていることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の層構造。
【請求項２０】
マイクロ構造（６）が、５μｍ超で２００μｍ未満の平均構造高さ（山から谷間までの距離）を有することを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一つに記載の層構造。
【請求項２１】
マイクロ構造（６）の平均波長に対するマイクロ構造（６）の平均構造高さ（山から谷間までの距離）の比率が０．３超、特に０．５超であることを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか一つに記載の層構造。
【請求項２２】
金属層（９）が、少なくとも３Ｎ／ｃｍ、特に５Ｎ／ｃｍのＡＳＴＭ  Ｄ１８７６−０８準拠の付着強度を有することを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか一つに記載の層構造。
【請求項２３】
ネガ型のマイクロ構造（６）が、「Ｃｏｎｅ  Ｌｉｋｅ  Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎｓ（錐状の突起）」に等しいことを特徴とする、請求項１７〜２２のいずれか一つに記載の層構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非伝導性工作材料の少なくとも部分的でかつ付着堅牢性の金属化のための方法に関する。本発明は更に、工作材料と、構造化によりこれと結合した付着堅牢性の金属層とを含む層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
前世紀の６０年代初頭に、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）製の射出成形されたプラスチック部材を付着堅牢性に湿式化学的に金属化することに初めて成功して以来、他のエンジニアリングプラスチック、例えば約１５０℃までの連続使用温度を持つポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）またはポリカーボネート（ＰＣ）、及び更に高い熱負荷が可能な高性能プラスチック、例えばポリエーテルイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）または液晶ポリマー（ＬＣＰ）を、機能的及び／または装飾的表面仕上の目的に付着堅牢性に金属化するために多くの方法の開発が為されてきた。
【０００３】
大きく分けると、金属化の前のプラスチック表面の前処理は、コンディショニング、シーディング及び活性化のプロセスステップに区分することができる。
【０００４】
この際、付着堅牢性の金属化のためには、特にコンディショニングのプロセスステップが決定的に重要である。専門文献には、プラスチック表面の表面前処理のための種々の異なる化学的及び物理的方法が記載されている。特に、化学的方法は、しばしばプラスチック表面の性質に適合される。これらの全ての方法において、堆積させる金属層のための必要な付着土台を生成するために本質的なのはプラスチック基材表面を開ける（Ａｕｆｓｃｈｌｉｅｓｓｅｎ）ことである。化学的方法では、プラスチックの所定の構成分を浸食するかまたは膨潤及び溶出することによって、表面まで開口した窪みの形成が達成され、これらの窪みが、そのアンダーカットの形態の故に、いわゆる「プッシュボタン効果」を引き起こし、それにより付着堅牢性の金属化をもたらす。
【０００５】
例えば、特許出願ＤＥ１００５４５４４Ａ１（特許文献１）は、表面、特にアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー（ＡＢＳ）またはそれと他のポリマーとの混合物（ブレンド）でできた表面の化学的金属化方法であって、それらの表面を、硫酸中のＣｒ（ＶＩ）イオンの高濃度溶液中で浸食させる方法を開示している。
【０００６】
上記溶液の腐食性の浸食攻撃は、ＡＢＳ基材マトリックスからのブタジエン成分を表面的に酸化分解し並びにその酸化生成物が表面から選択的に溶出し、そうして窪みを持つ多孔性の基材表面を与え、これは、その後の貴金属シーディング及び化学的金属化のために、「プッシュボタン効果」の結果として良好な付着強度を引き起こすことは当業者の一般的な知識に属することである。加えて、ＡＢＳ表面の浸食は、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基での化学的官能化をもたらす。それ故、窪みの大きさ、位置及びそれら同士の相対的配置は自由に選択できるのではなくて、使用するアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）の特定の組成によって決定される。
【０００７】
特許文献ＥＰ０１４６７２４Ｂ１（特許文献２）は、無電解金属化の前のポリアミドでできた成形部材の表面の前処理のために、周期律表のＩＡ族またはＩＩＡ族の元素のハロゲニドと、周期律表のＩＩＩＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＡ、ＩＶＢ、ＶＩＡ及びＶＩＩＡ族の硫酸塩、硝酸塩もしくは塩化物または周期律表のＶＩＩＩＡ族の非貴金属の硫酸塩、硝酸塩もしくは塩化物との、非エッチング性有機膨潤剤もしくは溶剤中の混合物と、周期律表のＩＢまたはＶＩＩＩＡ族の元素の有機金属錯体化合物とを用いた処理を開示している。
【０００８】
文献ＤＥ１０２００５０５１６３２Ｂ４（特許文献３）も、化学的金属化の前にプラスチック、特にポリアミドを前処理する課題に対し或る方法で取り組んでおり、この方法では、プラスチック表面を、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＣａまたはＺｎイオンのハロゲニド含有及び／または硝酸塩含有浸食溶液で処理し、その際、前記の溶液は、可溶性のフッ化物を、一般式Ｍ１（ＨＦ２）の配位化合物の形で含む。
【０００９】
プラスチック表面の上述のコンディショニング無しで表面をシーディング、活性化及びその後の無電解金属化する場合、確かに同様に金属層が形成するが、これは、基材に対する付着力が弱いために、工業的または装飾的目的には使用できない。加えて、クロム硫酸は、毒性が強く、発がん性でありかつ生殖能力を害する物質である。それゆえ、金属化するべき表面のクロム硫酸を用いた確実な処理には、かなりの経済的及び生態学的なコストが伴う。
【００１０】
非常に短時間で強烈なレーザー放射線を用いた処理、好ましくは金属の処理によって、例えば現代の超短パルスレーザーで得られるようなレーザー放射線によって、周期的な自己組織化構造を表面上に形成できることが従来技術から知られている。文献には、三種のレーザ誘起された自己組織化構造、すなわち「錐形構造」もしくは「スパイク」（図９）、「レーザー誘起周期的表面構造」（図１０）、及び詳しくは示していないが、表面を円偏光レーザー照射を用いて照射した時に生ずる（図１１）ナノスフィアが知られている。上記のマイクロ構造は、強い強度及び短いパルス長（＜１００ｎｓ）で金属をレーザー照射した時に、自己組織化プロセスにおいて光子−光子相互作用の結果生ずる。目下の既知知識では、レーザー照射の前は、正確な表面トポグラフィは予測できないかまたは妥当な手間では予測できない。特に、凸部または凹部の正確な位置は、まだ予測できないかまたは妥当な手間では予測できない。
【００１１】
それにもかかわらず、マイクロ構造は、上記の構造的特徴を有する。これらの構造的特徴については、当業者は、（場合によって平均の）波長及び振幅を用いてその周期的自己組織化構造を有意義に表現している。
【００１２】
特定の表面トポグラフィの周期的な繰り返しの他に、上記の全てのマイクロ構造は、マイクロ構造の平均波長が、レーザー放射線と材料表面との相互作用領域に通常使用される寸法よりも通常４倍小さいという性質を共通して持ち、その結果、マイクロ構造の形態がビーム径の選択によっては影響されず、しかし自明に、照射された領域に限定され得ることは当業者には明らかである。マイクロ構造の形態は、多くの場合に存在する流束量によって決定される。
【００１３】
上記の自己組織化レーザー誘起マイクロ構造は、既に一連の用途で使用されている。例えば、電磁放射線の吸収を高めるためにＣＬＰを使用することができる。更に、自己組織化レーザー誘起マイクロ構造の対応するネガを、例えば光学導波路からの光をカップリングするかまたはセキュリティ機能として利用できるように、成形（Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）によってプラスチック表面上に転写できることが知られている。
【００１４】
例えば、ＤＥ１０２０１００３４０８５Ａ１（特許文献４）は、マイクロ構造素子、例えばホログラム、ナノ構造または類似物のためのエンボス構造が表面中に導入された基材からなるエンボスダイの製造方法を開示している。エンボス構造は、マイクロ構造要素のために、偏光した電磁波または偏光した電磁放射線からの超短レーザーパルスを用いて基材の表面中に導入される。それ故、マイクロ構造素子のためのエンボスダイを製造するために、表面構造化法が利用される。それによって、原型構造をエンボスダイの表面上に直接転写し、それからフィルムプリントを作製することができる。
【００１５】
それに対して、ＵＳ２００３／０１３５９９８Ａ１（特許文献５）は、電気接続素子の製造方法であって、次のプロセスステップ、すなわちａ）塑性変形可能なポリマー材料でできた基材を準備するステップ、ｂ）そこで導体経路が作製される本質的にチャネル形状の溝が生じるように、エンボスダイによって基材を機械的変形するステップ、ｃ）電気伝導層で基材をコーティングするステップ、ｄ）溝が充填されるまで基材を電気メッキするステップ、及びｅ）伝導性表面を有するべきではない基材の場所に金属コーティングがなくなるまで、導体材料を除去するステップを特徴とする方法を開示している。チャンネル形状の溝とは、後の導体経路の外形を描写するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ＤＥ１００５４５４４Ａ１
【特許文献２】ＥＰ０１４６７２４Ｂ１
【特許文献３】ＤＥ１０２００５０５１６３２Ｂ４
【特許文献４】ＤＥ１０２０１００３４０８５Ａ１
【特許文献５】ＵＳ２００３／０１３５９９８Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、非伝導性工作材料表面の特に選択的かつ付着堅牢性の金属化のための経済的で及び環境に優しい方策を提供するという課題に基づく。更に、本発明は、工作材料及び金属層でできた、対応する層構造を提供するという課題に基づく。
【００１８】
最初に述べた課題は、本発明により、請求項１の特徴に従う方法を用いて解消される。本発明の他の形態は、下位の請求項から分かる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、非伝導性工作材料上での付着堅牢性の金属化が、アンダーカットの無い、すなわちいわゆる「プッシュボタン効果」無しで、工作材料表面上に導入されたマイクロ構造によっても達成できるという知見に基づくものである。これらのアンダーカットの無い周期的なマイクロ構造は、好ましくは、成形によって製造できる。
【００２０】
すなわち本発明によれば、非伝導性工作材料の少なくとも部分的で付着堅牢性の金属化が企図され、ここで工作材料中に、金属化されるべき領域において、マイクロ構造をマイクロ構造化されたダイからの成形によって導入し、これは、好ましくはアンダーカットを含まず、しかしながら付着強度の上昇をもたらす。この際、付着堅牢性の金属化のために必要なマイクロ構造は、ダイのマイクロ構造からの成形によって生成される。周期的なマイクロ構造が後で金属化されるべき面上に適用されることが本発明の理解にとって本質的である。それ故、これは金属化の境界線で囲まれたマイクロ構造化された領域である。応じて、「マイクロ構造」という用語は、金属化された面の絶対的なサイズを定義するのではなく、金属化された面内の性質を定義するものである。
【００２１】
成形は、鋳造用ダイだけでなく成形用ダイのマイクロ構造化によって行うことができる。マイクロ構造のこのような成形によって、本発明に相応して、本質的にアンダーカットを持たない構造のみを形成できることは当業者には明白である。
【００２２】
好ましくは、マイクロ構造はダイ中にレーザー照射を用いて生成される。自己組織化レーザー励起マイクロ構造が、ダイにおいて特に有利なマイクロ構造であることが判明した。このような構造は、「錐形突出」（ＣＬＰ）、「スパイク」、「ナノリップル」または「ナノスフィア」の名称で当業者には既知である。
【００２３】
本発明では、特に強い接着強度が必要な場合にはＣＬＰが好ましく、装飾的、すなわち特に平滑な金属表面が狙いのときはナノリップルまたはナノスフィアが好ましい。
【００２４】
ＣＬＰの形状は通常は方向に依存せず、そのため構造の波長は、二つの任意の直角に互いに配列した空間方向におおよそ一定である。ＣＬＰは、通常は、約５〜３０μｍの平均波長及び＜１００μｍ、特に＜５０μｍの構造高さを有する。
【００２５】
ナノリップルは、レーザー放射線の偏光方向に依存して配列し、そのためこれらは、一つの空間方向にのみ波長によって有意に記載される。ナノリップルのこれらの平均波長は、＜５μｍ、典型的には＜１μｍである。ナノリップルの振幅は、通常は＜５μｍ、典型的には＜２μｍである。
【００２６】
他方、ナノスフィアは、円偏光レーザー放射線を用いた照射において生じ、そして直径が＜１μｍのほぼ球形の表面断片を有する。
【００２７】
好ましくは、工作材料のマイクロ構造（６）は、工作材料の方向に、単調に増加する、特に急激に単調に増加する横断面を有する。
【００２８】
好ましくは、マイクロ構造（６）は、５０μｍ未満の平均構造高さ（山から谷間までの距離（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｖａｌｌｅｙ））を有する。好ましくは、マイクロ構造（６）の平均波長に対するマイクロ構造（６）の平均構造高さ（山から谷間までの距離）の比率は、０．３超、特に０．５超、好ましくは１超である。
【００２９】
本発明では、マイクロ構造化されたダイは、好ましくは、工作材料の成形に予定された表面の少なくとも部分領域において、マイクロ構造化された領域、すなわち凸部または凹部をマイクロ構造として有する領域を持つ。好ましい実施形態の一つでは、工作材料の成形に予定されたマイクロ構造化されたダイの総表面が、このようなマイクロ構造化された領域を有する。他の好ましい実施形態の一つでは、このマイクロ構造化された領域は、工作材料の成形に予定されたマイクロ構造化されたダイの表面のせいぜい９０％だけ、好ましくはせいぜい８０％だけを占める。
【００３０】
このマイクロ構造化されたダイを用いた工作材料の成形によって、その表面が同様にマイクロ構造化された（部分）領域を持つ工作材料が得られ、ただし、それはネガ輪郭として、すなわちダイ表面中のマイクロ構造凸部は、工作材料表面ではマイクロ構造凹部として成形され及び反転している。
【００３１】
以下に記載の好ましい実施形態は、ダイ表面が凹部を有しそして工作材料表面では相応して凸部が成形されるように定義される。凹部または凸部としてのマイクロ構造の見方は恣意的なものに過ぎないため、これらの実施形態が、ダイ表面が凸部を有し、これらが工作材料表面に凹部として成形される逆の場合にも同様に該当することは当業者は認識することである。
【００３２】
好ましくは、ダイ表面のマイクロ構造化（部分）領域または成形された工作材料表面のマイクロ構造化された（部分）領域は主延在面を有し、これに対して、凹部または凸部が直交して配置されている。
【００３３】
好ましい実施形態の一つでは、主延在面は、本質的に平坦な平面である。他の好ましい実施形態の一つでは、主延在面は、弓型、例えば凸面または凹面である。
【００３４】
好ましくは、マイクロ構造化されていない表面、すなわち本質的に平滑な表面と比較して、マイクロ構造はダイ表面または工作材料表面のマイクロ構造化された（部分）領域の表面積を増大させる。好ましくは、表面積の増大は、少なくとも４０％または少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６０％または少なくとも７０％、更に好ましくは少なくとも８０％または少なくとも１００％、最も好ましくは少なくとも１５０％または少なくとも２００％、特に少なくとも２５０％または少なくとも３００％である。表面積の測定方法は当業者に既知であり、例えばＤＩＮ  ＩＳＯ  ９２７７：２００３−０５に従うＢＥＴ吸着等温線の測定によって行われる。
【００３５】
本発明による方法を用いることで、任意の非伝導性材料を加工することができる。本方法による金属化に特に重要なのは、主成分がポリマーまたはポリマー混合物である材料である。この場合、本発明による方法は、特定のプラスチックに限定されないことは当業者には明らかである。むしろ、従来技術の金属化方法とは異なり、該方法を用いた場合には、熱可塑性材料だけでなく熱硬化性材料も加工でき、これらの材料は、エッチング可能でも、エッチングができなくともよい。
【００３６】
好ましい実施形態の一つでは、本発明によるマイクロ構造が導入された工作材料表面は、熱可塑性樹脂を含む。好ましくは、熱可塑性樹脂は、ポリアミド、ポリエステル（例えばポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート）、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン）、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリビニルクロライド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー並びにこれらのコポリマー及び／またはこれらの混合物からなる群から選択される。
【００３７】
本発明によるマイクロ構造が導入される本発明による工作材料表面がアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）を含む場合には、そのブタジエン成分は好ましくはなおも完全に存在する、というのも、本発明では、マイクロ構造は、工作材料表面のエッチングによって生成するものではないからである。
【００３８】
他の好ましい実施形態の一つでは、本発明によるマイクロ構造が導入される工作材料表面は熱硬化性樹脂を含む。好ましくは、熱硬化性樹脂は、アミノプラスト、フェノプラスト、ポリウレタン、エポキシド樹脂及び架橋したポリアクリレートからなる群から選択される。
【００３９】
同様に、本発明による方法は、局所的に異なる付着強度をもって非伝導性工作材料の少なくとも選択的な金属化を可能として、それによりこのようにして、所定破断点などを形成することができる。
【００４０】
好ましくは、金属層は、少なくとも３Ｎ／ｃｍ、好ましくは少なくとも５Ｎ／ｃｍ、更に好ましくは少なくとも８Ｎ／ｃｍ、特に少なくとも１１Ｎ／ｃｍのＡＳＴＭ  Ｄ１８７６−０８準拠の付着強度を有する。
【００４１】
この際、マイクロ構造が、ダイを用いて同じ工作材料の工作材料表面上に複数回描写された場合に特に成功が見込まれる。ダイを繰り返し使用することによって、マイクロ構造の複数回の描写が達成され、これは、後で金属化する時に、全金属構造へと完全なものにすることができる。ダイの製造のための手間は、対応するマイクロ構造のためにはたった一つのダイを製造すれば済むということによって低減される。更に、柔軟な使用及び他の使用目的での再利用の可能性を可能とするために、複数の同一のまたは異なるダイをモジュラー式に組み合わせて複合ダイとすることもできる。
【００４２】
それ自体既知の方法で電解または無電解金属化を行うためには、工作材料表面は、少なくとも後で高付着性の金属化を行う領域において、触媒作用のある種を富化するかまたは薄い伝導性スタート層を備えることができる。薄い伝導性層は、例えば金属の蒸着によってまたは「化学蒸着（ＣＶＤ）」を介して生成することができる。従来技術で知られているように表面を例えばパラジウムまたは銀でシーディングし、次いで同様に従来技術で知られているように電解金属化することが有望である。
【００４３】
当業者にとって驚くべきことに、付着堅牢性だけでなく、驚くほど簡単な選択的金属化が、高い解像度でかつ望ましくない領域上での異物の堆積物無しに、達成できることが判明した。
【００４４】
シーディングの後の簡単な洗浄ステップによって、触媒的に有効な種の富化をマイクロ構造の領域に限定でき、他方で、これらは、マイクロ構造化されていない領域では、効果的にかつ明らかに非常に有効に除去される。本発明の方法による選択的金属化は、ＭＩＤ（成形回路部品）を製造するかまたは装飾的な金属パターンを生成するために、使用することができる。好ましくは、該付着堅牢性の金属層は、特徴的パターンで、特に導体経路で、または装飾的パターンで、工作材料表面上に設けられる。
【００４５】
好ましくは、工作材料は、本発明の方法の間に熱処理される。
【００４６】
工作材料及び金属層でできた対応する層構造を提供するという他の課題は、本発明に従い、構造化を本質的に、アンダーカットが無いように工作材料中に導入されたマイクロ構造によって形成することによって解消される。この際、本発明は、工作材料が、アンダーカットが殆ど無いマイクロ構造を金属化される領域中に有する場合に、非伝導性工作材料上での付着堅牢性の金属化が可能であるという、当業者には驚くべき知見に基づく。本発明による方法を用いることで、任意の非伝導性材料を加工することができる。
【００４７】
本方法に従う金属化に特に重要なのは、主成分がポリマーである材料であり、この際、層構造は、特定のプラスチックに限定されず、熱可塑性構成分も、熱硬化性構成分も含むことができる。
【実施例】
【００４８】
実施例１
第一の実施例では、射出成形用ダイを、工具鋼１．２３４３から、ピコセコンドレーザー照射を用いて、選択的にＣＬＰで構造化する（レーザー出力  １２Ｗ、波長  ５１５ｎｍ、スキャン速度  ５０ｍｍ／ｓ、相互作用領域でのビーム径  ３０μｍ）。この構造化されたダイを用いて、ポリアミド（ＰＡ）から試料を射出成形する。この射出成形された試料を、次いで、５０℃の温かい硝酸銀溶液（水８００ｍｌ中に溶解した硝酸銀１０ｇ）中に１分間、浸漬する。脱イオン水での洗浄ステップ及び試料の乾燥の後に、試料を、２０分間、１２０℃の炉中で、熱的に後処理する。次いで、試料を、無電解金属化浴中で金属化する。この際、マイクロ構造化された領域の非常に選択的な構造化が、異物の堆積なく生じる。付着強度の測定のために、試料を、電気メッキにより約２５μｍの厚さに厚くした。こうして調製した試料について、１０Ｎ／ｃｍ超のＡＳＴＭ  Ｄ１８７６−０８準拠の付着強度が測定される。
【００４９】
実施例２
第二の実施例では、エンボス型を、第一の実施例に記載した方法で選択的にＣＬＰで構造化し、そしてＰＣ＋ＡＢＳブレンドでできた試料上に成形する。この試料に次いで金を蒸着する。この連続した伝導性スタート層に基づいて、この試料は直接電解金属化される。こうして調製した試料について、１５Ｎ／ｃｍ超のＡＳＴＭ  Ｄ１８７６−０８準拠の付着強度が測定される。
【００５０】
実施例３
上記の方法に従い構造化した、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）でできた工作材料を、水１リットル中に水酸化ナトリウム４５ｇ及び過マンガン酸カリウム４５ｇからなるアルカリ性溶液中で、１０分間、６０℃でエッチングして、その表面を化学的に官能化し、それによりパラジウムイオン負荷の用意をする。次いで、この工作材料を脱イオン水で洗浄し、そして水２０ｍｌ中の塩化パラジウム２００ｍｇからなる溶液中に１０分間、インキュベートする。そうしてから、その表面を、グリコール１０ｍｌ中に９，１０−アントラキノン−２，６−ジスルホン酸のナトリウム塩１ｇからなる溶液で直接濡らし、そして慣用の実験室用ＵＶランプを用いて１０分間照射する。水で洗浄した後に、化学的金属化においてこうして処理された箇所に銅が堆積する。こうして調製した試料について、１２Ｎ／ｃｍ超のＡＳＴＭ  Ｄ１８７６−０８準拠の付着強度が測定される。
【００５１】
本発明では、様々な実施形態が可能である。その基本原理を更に明らかにするために、その一つを図４〜１２に記載し、以下に説明する。図面は、それぞれ概略図において次を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来技術による、基材中への構造の導入例
【図２】従来技術による、エッチングプロセスを用いた基材中への窪みの導入。
【図３】従来技術における、窪み中のアンダーカットによって基材と結合した金属層。
【図４】本発明による、アンダーカットの無い円錐形のマイクロ構造。
【図５】本発明による、エンボス用ダイのダイ表面におけるマイクロ構造（凹部）の導入。
【図６】エンボス用ダイを用いて工作材料表面中に本発明に従い導入された、図５に示すマイクロ構造に対してネガの輪郭。
【図７】金属種を施した本発明による工作材料表面。
【図８】金属層を施した本発明による工作材料表面。
【図９】マイクロ構造としての錐状の突起がその上に認識できる本発明によるダイ表面の走査電子顕微鏡写真。
【図１０】マイクロ構造としてのナノリップルがその上に認識できる本発明によるダイ表面の走査電子顕微鏡写真。
【図１１】マイクロ構造としてのナノスフィアがその上に認識できる本発明によるダイ表面の走査電子顕微鏡写真。
【図１２】マイクロ構造が付与された工作材料。
【００５３】
分かりやすいように、図１〜３には、従来技術によるエッチングプロセスを用いた基材中へのマイクロ構造の導入の時のプロセスフローを示す。明らかなように、エッチングプロセスによって確定された工作材料中に含まれる（横断面で示す）部分は、工作材料表面の除去によって開けられ、次いで化学的に工作材料から溶解される。それによって、図２に認められ得るように、工作材料表面から出発してより深く層中に広がる従来技術において所望の窪みが生ずる。それ故、これは、図３に示す金属層のためのアンダーカットの形成に最適に適しており、この金属層は、前記アンダーカットの形成によって工作材料と強く付着して結合する。
【００５４】
これに対し、図４は、原理的な描写において、本発明により製造されたマイクロ構造並びにその上に設けられた金属層の異なる形態を示す。明らかなように、これらのマイクロ構造は、金属層の方向に、例えば円錐またはピラミッド型によって実現できるような先細った形を有する。この際、本発明は、当然ながら、規則的な構造には限定されない。図４の左側の部分に認められるように、マイクロ構造はネガ輪郭として、生成すべきマイクロ構造の領域でのみ工作材料表面が除去されるように、導入することができる。図の右側の部分では、マイクロ構造は、それを取り囲む工作材料表面に対して突き出ている。そのためには、マイクロ構造を除いた残りの工作材料表面は広範囲に除去される。
【００５５】
ダイ２のダイ表面１の表面加工及びダイ２を用いた工作材料４上での工作材料表面３の加工のための本発明の方法は、以下に図５〜８に基づいて詳しく説明する。この際、第一のプロセスステップでは、レーザービーム５を用いて、工作材料表面１中に、マイクロ構造６を、本質的に規則的な凸部及び凹部として導入する。この際、レーザービーム５は、ダイ表面１から材料を除去し、それによって凹部が生ずる。レーザービーム５が材料を除去していないかまたは僅かな材料を除去したダイ表面１の領域は、凹部に対して凸部として残る。これらの凸部及び凹部は、次のプロセスステップにおいて、エンボスダイとして作られたダイ２を用いて、工作材料表面３を部分的に変形し、そしてマイクロ構造６をネガ輪郭７として、工作材料表面３上に境界線によって囲まれた後で金属化するべき面内に形成することによって、工作材料表面３上に転写される。次いで、ネガ輪郭７のシーディングを、金属種８、特にパラジウム種を用いて行い、この金属種８は、ネガ輪郭７の領域のみに付着し、そして残りの領域では問題なく除去することができる。この際、金属種８は、工作材料表面３中に入り込み、そのため、金属種８から出発する次の金属化によって、平坦なまたは線状の金属層９が生成される。このようにして、マイクロ構造６に相当するネガ輪郭７を工作材料表面３中に生成するための迅速でかつ簡単に再現可能な方法が達成され、この方法では、工作材料表面３へのレーザーの直接的な作用は無くても済み、それゆえ、レーザー加工に適していない素材の工作材料も使用することができる。多くの場合、工作材料表面３へのマイクロ構造６の転写はその成形性のみを前提とし、そのため、本発明による方法は、多くの材料及び原材料種において成功裏に使用することができる。加えて、明白な再現性が保証され、そのため、加工不良は大幅に排除される。
【００５６】
図９〜１１では、工作材料上のマイクロ構造の更に異なる形態が、ダイ表面の走査電子顕微鏡写真に基づいて説明される。ここで、図９は錐状の突起、図１０はナノニップル、図１１はナノスフィアを、ダイ表面上の本発明によるマイクロ構造として示す。
【００５７】
図１２では、例示的に、導体プレートとして作られた工作材料２を上面図として示し、この際、生成するべき導体経路の領域中でダイ表面１の表面加工が行われた。この際、マイクロ構造６は、本質的に規則的な凸部及び凹部として、境界線１０で囲まれた、後で金属化するべき面内に認めることができ、これは、図５に示すマイクロ構造化されたダイ２からの成形によって導入されたものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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