СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА НОСИТЕЛЕ
METHOD TO MAKE ELECTROCONDUCTIVE SURFACES ON CARRIER

Изобретение касается способа изготовления электропроводящих поверхностей, структурированных или сплошных, на носителе.
Способ согласно изобретению можно применять, например, для производства токопроводящих дорожек на печатных платах, антенн с радиочастотной идентификацией (RFID), антенн передатчиков или иных антенных структур, модулей чип-карт, плоских кабелей, устройств обогрева сидений, пленочных проводников, токопроводящих дорожек в панелях солнечных батарей или в жидкокристаллических либо же плазменных экранах или же для производства изделий произвольной формы с гальваническим покрытием. Кроме того, способ пригоден для изготовления декоративных или функциональных поверхностей на изделиях, которые, например, применяют для экранировки электромагнитного излучения, для проведения тепла или в качестве упаковки. Наконец, с помощью способа можно также изготавливать металлические пленки или полимерные носители, имеющие одностороннее или двустороннее металлическое покрытие.
В настоящее время структурированные слои металла на носителе изготавливают, например, сначала помещая на носитель структурированный адгезивный слой. На этот структурированный адгезивный слой крепят металлическую пленку или металлический порошок. В качестве альтернативы известен способ нанесения металлической пленки или слоя металла на всю поверхность носителя из синтетического материала с последующим прижимом к носителю структурированного нагретого штемпеля и фиксации благодаря последующему затвердеванию носителя. Структурирование металлического слоя обеспечивают, удаляя не связанные с адгезивным слоем или с носителем участки металлической пленки или металлического порошка механическим путем. Такой способ описан, например, в немецкой заявке на патент DE-A 10145749.
Еще один способ изготовления электропроводящих структур на носителе известен из международной заявки WO-A 2004/049771. При этом сначала поверхность носителя по меньшей мере частично покрывают электропроводящими частицами. После этого на слой, образованный электропроводящими частицами, наносят пассивирующий слой. Пассивирующий слой выполнен в качестве «негатива» электропроводящей структуры. Наконец, на участках, не покрытых пассивирующим слоем, формируется электропроводящая структура. Электропроводящая структура образуется, например, посредством покрытия тока и/или гальванического покрытия.
Недостатком способов, известных на нынешнем техническом уровне, является то, что в каждом случае носитель сначала полностью покрывают металлической пленкой или электропроводящим порошком. Это требует больших расходов материала, а также сложного процесса для дальнейшего удаления металла или для повторного покрытия только тех участков, которые должны образовывать электропроводящую структуру.
Объектом немецкой заявки на патент DE-A 1490061 является способ изготовления печатных схем, при котором на носитель сначала наносят клеящее средство в форме структуры токопроводящих дорожек. Нанесение клеящего средства осуществляют, например, способом ситовой печати. Затем на клеящее средство наносят металлический порошок. Затем избыточный металлический порошок, т.е. металлический порошок, не связавшийся с клеящим слоем, снова удаляют. В завершение электропроводящие дорожки изготавливают, нанося покрытие гальваническим способом.
Способ, в котором основной субстрат носителя уже содержит электропроводящие частицы, а затем часть основного субстрата носителя, которая не должна иметь электропроводящей поверхности, пассивируют печатным способом, известен, например, из немецкой заявки на патент DE-A 10247746. Согласно этой публикации, после пассивирования часть поверхности, не прошедшую пассивирование, активируют, например, нанося покрытие гальваническим способом.
В международной заявке WO 83/02538 изложен способ изготовления электропроводящих дорожек на носителе. Для этого сначала на носитель наносят смесь металлического порошка и полимера, придавая ей форму проводящих дорожек. Затем проводят отверждение полимера. На следующем этапе часть металлического порошка в электрохимической реакции заменяют более благородным металлом. Затем методом гальванизации осуществляют нанесение дополнительного металлического слоя.
Недостаток этого способа состоит в том, что на электропроводящих частицах может образоваться слой окислов. Этот слой оксидов повышает сопротивление. Чтобы обеспечить возможность нанесения покрытия гальваническим способом, необходимо сначала удалить слой оксидов.
Другие недостатки способов, известных на настоящем техническом уровне - это низкое качество адгезии, а также недостаточная гомогенность и проницаемость металлического слоя, осажденного методом металлизации без тока или гальваническим методом. Большей частью это обусловлено тем, что электропроводящие частицы находятся в материале матрикса и выступают из поверхности лишь незначительной частью, и, таким образом, нанесение металлического покрытия без тока или гальваническим методом возможно лишь на незначительную часть этих частиц. Проблемой это является прежде всего при использовании очень малых частиц (частиц, размер которых располагается в микрометровом или нанометровом диапазоне). Таким образом, образование сплошного гомогенного металлического покрытия становится очень затруднительно или даже вообще невозможно, ввиду чего отсутствует технологическая надежность. Слой оксидов на электропроводящих частицах дополнительно усиливает этот эффект.
Еще один недостаток известных способов - это медленная металлизация без тока и/или гальваническим методом. Ввиду помещения электропроводящих частиц в материал матрикса количество частиц, свободно расположенных на поверхности и способных служить зародышами роста для металлизации без тока и/или гальваническим методом, оказывается мало. Это обусловлено среди прочего тем, что при использовании, например, дисперсии под давлением тяжелые металлические частицы погружаются в материал матрикса и на поверхности соответственно остаются лишь очень немногие металлические частицы.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить альтернативный способ, с помощью которого можно изготавливать электропроводящие поверхности на носителе, структурированные или сплошные, при котором поверхности гомогенны и обладают электропроводностью на всем протяжении.
Эту задачу решают с помощью способа изготовления электропроводящих поверхностей, структурированных или сплошных, на носителе, включающего в себя следующие этапы:
а) нанесение на носитель структурированного или сплошного основного слоя с дисперсией, содержащей электропроводящие частицы в материале матрикса,
b) no меньшей мере частичное затвердевание материала матрикса и/или его сушка,
c) по меньшей мере частичное высвобождение электропроводящих частиц на поверхности основного слоя посредством по меньшей мере частичного съема матрикса,
d) образование металлического слоя на основном слое путем покрытия без тока и/или гальваническим способом.
9
В качестве носителей, на которых создают структурированные или сплошные электропроводящие поверхности, можно использовать, например, жесткие или гибкие носители. Предпочтительно, чтобы носитель не обладал электропроводностью. Это означает, что удельное сопротивление превышает 10 Ом×см. Пригодные носители - это, например, армированные или неармированные полимеры, которые обычно используют для печатных плат. Пригодные полимеры - это эпоксидные смолы или модифицированные эпоксидные смолы, например бифункциональные или полифункциональные смолы на основе бисфенола А или бисфенола F, эпоксидные смолы Novolak, бромированные эпоксидные смолы, эпоксидные смолы, армированные арамидами, стекловолокном или бумагой (например, FR4), армированные стекловолокном пластмассы, жидкокристаллические полимеры (ЖКП LCP), полифениленсульфиды (ПФС, PPS), полиоксиметилены (ПОМ, РОМ), полиарилэфиркетоны (ПАЭК, РАЕК), полиэфирэфиркетоны (ПЭЭК, PEEK), полиамиды (ПА, РА), поликарбонаты (ПК, PC), полибутилентерефталаты (ПБТ, РВТ), полиэтилентерефталаты (ПЭТ, PET), полиимиды (ПИ, PI), полиимидные смолы, цианат-эфиры, бисмалеимид-триазиновые смолы, нейлон, винилэфирные смолы, полиэфир, полиэфирные смолы, полиамиды, полианилины, фенольные смолы, полипирролы, полиэтиленнафталат (ПЭН, PEN), полиметиленакрилат, полиэтилендиокситиофен, арамидная бумага, покрытая фенольной смолой, политетрафторэтилен (ПТФЭ, PTFE), меламиновые смолы, силиконовые смолы, фторные смолы, аллилированный полифениленовый эфир (АПФЭ, АРРЕ), полиэфиримиды (ПЭИ, РЕI), полифениленоксиды (ПФО, РРО), полипропилены (ПП, РР), полиэтилены (ПЭ, РЕ), полисульфоны (ПСУ, PSU), полиэфирсульфоны (ПЭС, PES), полиариламиды (ПАА, РАА), поливинилхлориды (ПВХ, PVC), полистиролы (ПС, PS), акрилонитрил-бутадиен-стиролы (АБС, ABS), акрилонитрил-стиролакрилаты (АСА, ASA), стиролакрилонитрилы (САН, SAN), а также смеси (Blends) двух или более из вышеуказанных полимеров, которые могут иметь различные формы. Субстраты могут содержать известные специалисту добавки, например огнезащитные средства.
В принципе возможно также применение всех полимеров, перечисленных ниже под рубрикой материалов матрикса. Также можно применять другие субстраты, обычные в промышленном изготовлении печатных плат.

Кроме того, к пригодным субстратам относятся композитные материалы, вспененные полимеры, Styropor, Styrodur, полиуретан (ПУ, PU), керамические поверхности, текстиль, папье-маше, картон, бумага, бумага с полимерным покрытием, дерево, минеральные материалы, кремний, стекло, ткани растений и животных.
При этом носитель может быть как жестким, так и гибким.
На первом этапе на носитель наносят структурированный или сплошной основной слой с дисперсией, содержащей электропроводящие частицы в материале матрикса. Электропроводящие частицы могут представлять собой частицы произвольной геометрической формы, изготовленные из любого электропроводящего материала, из смесей различных электропроводящих материалов или же из смесей электропроводящих материалов и материалов, не обладающих электропроводностью. Пригодные электропроводящие материалы - это, например, углерод в форме, например, сажи, графита или углеродных нанотрубочек, электропроводящие комплексные соединения металлов, электропроводящие органические соединения или электропроводящие полимеры или металлы, предпочтительно цинк, никель, медь, олово, кобальт, марганец, железо, магний, свинец, хром, висмут, серебро, золото, алюминий, титан, палладий, платина, тантал, а также их сплавы или смеси металлов, содержащие по меньшей мере один из этих металлов. Пригодные сплавы - это, например, CuZn, CuSn, CuNi, SnPb, SnBi, SnCo, NiPb, ZnFe, ZnNi, ZnCo и ZnMn. Особо предпочтительны алюминий, железо, медь, никель, цинк, углерод, а также их смеси.
Целесообразно, чтобы средний диаметр электропроводящих частиц составлял от 0,001 до 100 мкм, предпочтительно - от 0,005 до 50 мкм, а в особенности предпочтительно - от 0,01 до 10 мкм. Средний диаметр частиц можно определить, например, методом лазерной дифракции на приборе Microtrac X100 Распределение частиц по диаметру зависит от способа их производства. Обычно у распределения по диаметру есть только один максимум, однако возможно также наличие нескольких максимумов.
2
Поверхность электропроводящих частиц может по меньшей мере частично иметь покрытие ("Coating"). Возможно применение покрытий неорганической (например, SiO, фосфаты) или органической природы. Само собой разумеется, что электропроводящая частица также может быть покрыта металлом или оксидом металла. Металл также может быть представлен частично в окисленной форме.
Если электропроводящие частицы образованы двумя или более различными металлами, то это можно реализовать смешением этих металлов. Особо предпочтительно, если металлы выбраны из группы, состоящей из алюминия, железа, меди, никеля и цинка.
Электропроводящие частицы могут, однако, также включать в себя первый металл и второй металл, причем второй металл представляет собой сплав (с первым металлом или одним или несколькими другими металлами), или же электропроводящие частицы могут содержать два различных сплава.
Помимо выбора электропроводящих частиц как таковых, влияние на свойства дисперсии после покрытия оказывает также форма электропроводящих частиц. В отношении формы возможны различные известные специалисту варианты. Форма электропроводящих частиц может, например, быть игольчатой, цилиндрической, пластинчатой или шарообразной. Эти названия форм частиц представляют собой идеализированные описания, а реальная форма, например, ввиду условий производства может в большей или меньшей степени отклоняться от этих описаний. Так, например, каплевидные частицы представляют собой в рамках настоящего изобретения реальное отклонение от идеализированной шарообразной формы.
Электропроводящие частицы различной формы имеются в коммерческой продаже.
Если применяют смеси электропроводящих частиц, то отдельные компоненты смеси могут также представлять собой частицы различных форм и/или размеров. Также возможно применение смесей электропроводящих частиц одного сорта, но с различными формами и/или размерами частиц. В случае различных форм и/или размеров частиц также предпочтительны металлы алюминий, железо, медь, никель и цинк, а также углерод.
Как уже указано выше, электропроводящие частицы можно добавлять в дисперсию в форме порошка. Такие порошки, например металлические порошки, представляют собой обычный коммерческий товар, либо же их легко изготовить посредством известных способов, например путем электролитического осаждения или химического восстановления из растворов солей металлов или же восстановлением оксидного порошка с помощью, например, водорода, распылением или сопловым напылением металлического расплава, в особенности в охлаждающих средах, например в воде или в газах. Предпочтительно распыление в газах или в воде, а также восстановление оксидов металлов. Металлические порошки с предпочтительным размером зерна можно также изготавливать размолом более грубых металлических порошков. Для этого удобно применять, например, шаровую мельницу.
В случае железа кроме распыления в газах и в воде предпочтителен процесс изготовления порошка карбонильного железа. Его проводят термическим разложением пентакарбонила железа. Это описано, например, в Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A14, Seite 599. Разложение пентакарбонила железа можно проводить, например, при повышенных температурах и давлении в обогреваемом декомпозере, который включает в себя трубу из жароупорного материала, например кварцевого стекла или стали марки V2A, предпочтительно в вертикальном положении, окруженную обогревательным устройством, состоящим, например, из горячих ванн, нагревательных проволок или из обогревательной оболочки, через которую протекает теплоноситель.
Электропроводящие частицы пластинчатой формы можно получать, оптимизируя условия производственного процесса, или же путем последующей механической обработки во вращающейся шаровой мешалке.
Относительно общей массы высушенного покрытия доля электропроводящих частиц находится в пределах от 20 до 98 вес.%. Предпочтительный диапазон доли электропроводящих частиц составляет от 30 до 95 вес.% относительно общей массы высушенного покрытия.
В качестве материала матрикса можно использовать, например, вяжущие агенты с аффинной к пигментам якорной группой, натуральные и синтетические полимеры и их производные, натуральные смолы, а также синтетические смолы и их производные, натуральный каучук, синтетический каучук, белки, производные целлюлозы, высыхающие и не высыхающие масла и им подобные. Эти материалы могут - но не обязаны - обладать способностью к химическому или физическому отверждению, например отверждению на воздухе, под воздействием излучения или температуры.
Материал матрикса предпочтительно представляет собой полимер или смесь полимеров.

Предпочтительные в качестве материала матрикса полимеры - это АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол), АСА (акрилонитрил-стиролакрилат), акрилированные акрилаты, алкидные смолы, алкилвинилацетаты, сополимеры алкиленвинилацетата, в особенности этиленвинилацетат, бутиленвинилацетат; сополимеры алкиленвинилхлорида; аминосмолы; альдегидные и кетоновые смолы; целлюлоза и производные целлюлозы, в особенности гидроксиалкилцеллюлоза, эфиры целлюлозы, как то: ацетаты, пропионаты, бутираты целлюлозы, карбоксиалкилцеллюлозы, нитрат целлюлозы, эпоксиакрилаты; эпоксидные смолы, модифицированные эпоксидные смолы, например бифункциональные или полифункциональные смолы на основе бисфенола А или бисфенола F, эпоксидные смолы Novolak, бромированные эпоксидные смолы, циклоалифатические эпоксидные смолы, глицидилэфиры, винилэфиры, сополимеры этилена и акриловой кислоты; углеводородные смолы, МАБС (прозрачный АБС со включенными в него акрилатными мономерами); меламиновые смолы, сополимеризаты ангидрида малеиновой кислоты; метакрилаты, натуральный каучук, синтетический каучук; хлорный каучук; натуральные смолы, колофониевые смолы; шеллак; фенольные смолы; полиэфир, полиэфирные смолы, например фенилэфирные смолы; полисульфоны, полиэфирсульфоны, полиамиды, полиимиды, полианилины, полипирролы, полибутилентерефталат (ПБТ), поликарбонат (например, Makrolon производства Bayer AG); полиэфиракрилаты, полиэфиракрилаты, полиэтилен, полиэтилентиофены; полиэтиленнафталаты; полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтилентерефталатгликоль (ПЭТГ, PETG), полипропилен; полиметилметакрилат (ПММА, РММА); полифениленоксид (ПФО, РРО); полистиролы (ПС, PS), политетрафторэтилен (ПТФЭ, PTFE); политетрагидрофуран; простые полиэфиры (например, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль), соединения поливинила, в частности поливинилхлорид (ПВХ, PVC), сополимеры ПВХ, ПВдХ, поливинилацетат, а также его сополимеры, поливиниловый спирт, при необходимости частично гидролизованный, поливинилацетали, поливинилацетаты, поливинилпирролидон, поливиниловые эфиры, поливинилакрилаты и поливинилметакрилаты в растворе и в виде дисперсии, а также их сополимеры, эфиры полиакриловой кислоты и сополимеры полистирола, полистирол (модифицированный по ударной вязкости или без таковой модификации); полиуретаны без поперечной сшивки или со сшивкой изоцианатами; полиуретанакрилаты; сополимеры стирола и акрила; блок-сополимеры стирола и бутадиена (например, Styroflex или Styrolux производства БАСФ АГ, K-Resin™ производства фирмы СРС); белки, такие как, например, казеин; SIS; триазиновая смола, бисмалеимид-триазиновая смола (БТ, ВТ), цианатэфирная смола (ЦЭ, СЕ), аллилированный полифениленэфир (АРРЕ). Кроме того, материал матрикса может быть образован двумя или несколькими полимерами.
Особо предпочтительные в качестве материала матрикса полимеры - это акрилаты, акрилатные смолы, производные целлюлозы, метакрилаты, метакрилатные смолы, меламин и аминосмолы, полиалкилены, полиимиды, эпоксидные смолы, модифицированные эпоксидные смолы, например бифункциональные или полифункциональные смолы на основе бисфенола А или бисфенола F, эпоксидные смолы Novolak, бромированные эпоксидные смолы, циклоалифатические эпоксидные смолы, алифатические эпоксидные смолы, глицидилэфиры, винилэфиры и фенольные смолы; полиуретаны, полиэфир, поливинилацетали, поливинилацетаты, полистиролы сополимеры полстирола, полистиролакрилаты, блок-сополимеры стирола и бутадиена, алкилен-винилацетаты и сополимеры винилхлорида, полиамиды, а также их сополимеры.
При изготовлении печатных плат в качестве материала матрикса для дисперсии предпочтительно используют смолы с термическим отверждением или отверждением под воздействием излучения, например модифицированные эпоксидные смолы, например бифункциональные или полифункциональные смолы на основе бисфенола А или бисфенола F, эпоксидные смолы Novolak, бромированные эпоксидные смолы, циклоалифатические эпоксидные смолы, алифатические эпоксидные смолы, глицидилэфиры, цианэфиры, винилэфиры, полиимиды, меламиновые смолы и аминосмолы, полиуретаны, полиэфир, а также производные целлюлозы.
Доля органических вяжущих компонентов от сухого покрытия составляет от 0,01 до 60 вес.%. Предпочтительно, чтобы доля составляла от 0,1 до 45 вес.%, еще более предпочтительно - от 0,5 до 35 вес.%.
Для обеспечения возможности нанести дисперсию, содержащую электропроводящие частицы и материал матрикса, на носитель, в дисперсию также можно добавлять растворитель или смесь растворителей, чтобы задать вязкость дисперсии, подходящую для конкретного способа нанесения. Пригодные растворители - это, например, алифатические и ароматические углеводороды (например, н-октан, циклогексан, толуол, ксилол), спирты (например, метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, амиловый спирт), многоатомные спирты, например глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль, неопентилгликоль, алкиловые эфиры (например, метилацетат, этилацетат, пропилацетат, бутилацетат, изобутилацетат, изопропилацетат, 3-метилбутанол), алкоксиспирты (например, метоксипропанол, метоксибутанол, этоксипропанол), алкилбензолы (например, этилбензол, изопропилбензол), бутилгликоль, бутилдигликоль, алкилгликольацетаты (например, бутилгликольацетат, бутилдигликольацетат), диацетоновый спирт, дигликольдиалкилэфир, дигликольмоноалкилэфир, дипропиленгликольдиалкилэфир, дипропиленгликольмоноалкилэфир, дигликольалкилэфирацетаты, дипропиленгликольалкилэфирацетаты, диоксан, дипропиленгликоль и дипропиленгликолевый эфир, диэтиленгликоль и диэтиленгликолевый эфир, DBE (двухосновные сложные эфиры), простые эфиры (например, диэтиловый эфир, тетрагидрофуран), этиленхлорид, этиленгликоль, этиленгликольацетат, этиленгликольдиметиловый эфир, крезол, лактоны (например, бутиролактон), кетоны (например, ацетон, 2-бутанон, циклогексанон, метилэтилкетон (MЕK), метилизобутилкетон (МIВK)), метилдигликоль, метиленхлорид, метиленгликоль, метилгликольацетат, метилфенол (орто-, мета-, пара-крезол), пирролидоны (например, N-метил-2-пирролидон), пропиленгликоль, пропиленкарбонат, тетрахлоруглерод, толуол, триметилолпропан (ТМР), ароматические углеводороды и их смеси, алифатические углеводороды и их смеси, спиртовые монотерпены (такие как, например, терпинеол), вода, а также смеси двух или нескольких из этих растворителей.
Предпочтительные растворители - это спирты (например, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, бутанол), алкоксиспирты (например, метоксипропанол, этоксипропанол, бутилгликоль, бутилдигликоль), бутиролактон, дигликольдиалкилэфир, дигликольмоноалкилэфир, дипропиленгликольдиалкилэфир, дипропиленгликольмоноалкилэфир, сложные эфиры (например, этилацетат, бутилацетат, бутилгликольацетат, бутилдигликольацетат, дигликольалкилэфирацетаты, дипропиленгликольалкилэфирацетаты, DBE), простые эфиры (например, тетрагидрофуран), многоатомные спирты, например глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль, неопентилгликоль, кетоны (например, ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, циклогексанон), углеводороды (например, циклогексан, этилбензол, толуол, ксилол), N-метил-2-пирролидон, вода, а также их смеси.
Если дисперсию помещают на носитель методом струйной печати (Inkjet), то в качестве растворителей особо предпочтительны алкоксиспирты (например, этоксипропанол, бутилгликоль, бутилдигликоль) и многоатомные спирты, например глицерин, сложные эфиры (например, бутилдигликольацетат, бутилгликольацетат, дипропиленгликольметиловый эфирацетаты), вода, циклогексанон, бутиролактон, N-метил-пирролидон, DBE, а также их смеси.
В случае жидких материалов матрикса (например, жидкие эпоксидные смолы, акрилатные эфиры) необходимую в каждом случае вязкость можно также в качестве альтернативы задавать посредством температуры при нанесении, или же задавая сочетание растворителя и температуры.
Кроме того, дисперсия может содержать компонент-диспергатор. Он состоит из одного или нескольких диспергирующих агентов.
В принципе, можно использовать все диспергирующие агенты, известные специалисту для применения в дисперсиях и описанные на нынешнем техническом уровне. Предпочтительные диспергирующие агенты - это поверхностно-активные вещества (ПАВ) или смеси ПАВ, например анионные, катионные, амфотерные или неионные ПАВ.
Катионные и анионные ПАВ описаны, например, в "Encyclopedia of Polymer Science and Technology", J.Wiley & Sons (1966), том 5, стр.816-818, и в "Emulsion Polymerisation and Emulsion Polymers", Herausgeber P.Lovell и М.El-Asser, Verlag Wiley & Sons (1997), стр.224-226.
Примеры анионных ПАВ - это соли органических карбоновых кислот, имеющих длину цепи в 8-30 атомов углерода, предпочтительно - 12-18 атомов углерода, со щелочными металлами. В общем случае их называют мылами. Как правило, их применяют в виде натриевых, калиевых или аммониевых солей. Кроме того, в качестве анионных ПАВ можно применять алкилсульфаты и алкилсульфонаты или алкиларилсульфонаты, имеющие от 8 до 30 атомов углерода, предпочтительно - от 12 до 18 атомов углерода. Особо удобные в применении соединения - это додецилсульфаты щелочных металлов, например додецилсульфат натрия или додецилсульфат калия, и соли парафинсульфоновых кислот с 12-16 атомами углерода с щелочными металлами. Кроме того, можно использовать додецилбензосульфонат натрия и диоктилсульфонсукцинат натрия.
Примеры пригодных катионных ПАВ - это соли аминов или диаминов, четвертичные соли аммония, такие как, например, гексадецилтриметиламмония бромид, а также соли длинноцепочечных замещенных циклических аминов, как то: пиридина, морфолина, пиперидина. В частности, применяют четвертичные соли аммония триалкиламинов, такие как, например, гексадецилтриметиламмония бромид. При этом длина алкильных остатков предпочтительно составляет от 1 до 20 атомов углерода.
Согласно изобретению можно, в частности, использовать в качестве компонента-диспергатора неионные поверхностно-активные вещества. Неионные ПАВ описаны, например, на CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995, ключевое слово "Nichtionische Tenside (неионные ПАВ)".
Пригодные неионные ПАВ - это, например, вещества на основе полиэтиленоксида или полипропиленоксида, например Pluronic или Tetronic производства БАСФ АГ.
n
Молекулярная масса M полиалкиленгликолей, пригодных к использованию в качестве неионных ПАВ, в общем случае находится в пределах от 1000 до 15000 г/моль, предпочтительно - от 2000 до 13000 г/моль, особо предпочтительно - от 4000 до 11000 г/моль. Предпочтительные неионные ПАВ - это полиэтиленгликоли.
Полиалкиленгликоли сами по себе известны, их можно синтезировать из одного или нескольких алкиленоксидов с 2-4 атомами углерода с применением известных как таковые методов, например путем анионной полимеризации с гидроксидами щелочных металлов, как то: гидроксидом натрия или калия, или алкоголятами щелочных металлов, например метилатом натрия, этилатами натрия или калия или пропилатом калия в качестве катализаторов, и с добавлением по меньшей мере одного инициатора - молекулы, которая содержит от 2 до 8, предпочтительно - от 2 до 6, связанных реактивных атомов водорода, или катионной полимеризацией с кислотами Льюиса, например пентахлоридом сурьмы, борфторид-этератом или каолином в качестве катализаторов.
Пригодные алкиленоксиды - это, например, тетрагидрофуран, 1,2- или 2,3-бутиленоксид, стиролоксид, а предпочтительно - этиленоксид и/или 1,2-пропиленоксид. Применять алкиленоксиды можно по отдельности, попеременно друг за другом или в виде смесей. В качестве молекул-инициаторов можно, например, использовать: воду, органические дикарбоновые кислоты, например янтарную кислоту, адипиновую кислоту, фталевую или терефталевую кислоту, алифатические или ароматические диамины, при необходимости замещенные N-моноалкилами, N,N-диалкилами или N,N'-диалкилами, имеющие в алкильном остатке 1-4 атома углерода, такие как, например, моноалкил-замещенный и диалкил-замещенный этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, 1,3-пропилендиамин, 1,3- или же 1,4-бутилендиамин, 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5- или 1,6-гексаметилендиамин.
В качестве молекул-инициаторов также можно использовать: алканоламины, например этаноламин, N-метил- и N-этилэтаноламин, диалканоламины, например диэтаноламин, N-метил- и N-этилдиэтаноламин, и триалканоламины, например триэтаноламин, и аммиак. Предпочтительно применяют многоатомные спирты, в особенности двухатомные, трехатомные или с еще большим количеством, как то: этандиол, пропандиол-1,2 и -1,3, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, бутандиол-1,4, гександиол-1,6, глицерин, триметилолпропан, пентаэритрит, и сахарозу, сорбит и сорбитол.
В качестве компонента-диспергатора также можно использовать этерифицированные полиалкиленгликоли, например, моноэфиры, диэфиры, триэфиры или полиэфиры вышеуказанных полиалкиленгликолей, получаемые реакцией концевых гидроксильных групп указанных полиалкиленгликолей с органическими кислотами, предпочтительно - адипиновой кислотой или терефталевой кислотой, способом, известным как таковой.
Неионные ПАВ - это вещества, получаемые алкоксилированием соединений с активными атомами водорода, например продукты соединения алкиленоксида с жирными спиртами, оксоспиртами или алкилфенолами. Таким образом, например, для алкоксилирования можно применять этиленоксид или 1,2-пропиленоксид.
Другие возможные неионные ПАВ - это алкоксилированные или неалкоксилированные простые или сложные эфиры сахаров.
Простые эфиры сахаров - это алкилгликозиды, получаемые реакцией жирных спиртов с сахарами. Сложные эфиры сахаров получают реакцией сахаров с жирными кислотами. Необходимые для производства указанных веществ сахара, жирные спирты и жирные кислоты известны специалисту.
Пригодные сахара описаны, например, в Beyer/Walter, Lehrbuch der organischen Chemie, S.Hirzel Verlag Stuttgart, 19. Auflage, 1981, S.392-425. Возможные сахара - это D-сорбит и сорбитаны, получаемые дегидратацией D-сорбита.
Пригодные жирные кислоты - это насыщенные или однократно или многократно ненасыщенные неразветвленные или разветвленные карбоновые кислоты, имеющие от 6 до 26, предпочтительно - от 8 до 22, особо предпочтительно - от 10 до 20 атомов углерода, как указано, например, на CD Römpp Chemie Lexikon, Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995, ключевое слово "Fettsäuren" ("жирные кислоты"). Возможные жирные кислоты - это лауриновая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота и масляная кислота.
Пригодные жирные спирты имеют тот же углеродный скелет, что и соединения, указанные как пригодные жирные кислоты.
Простые эфиры сахаров, сложные эфиры сахаров и способы их производства известны специалисту. Предпочтительные простые эфиры сахаров получают известным способом, проводя реакцию указанных сахаров с указанными жирными спиртами. Предпочтительные сложные эфиры сахаров получают известным способом, проводя реакцию указанных сахаров с указанными жирными кислотами. Пригодные сложные эфиры сахаров - это моноэфиры, диэфиры и триэфиры сорбитанов с жирными кислотами, в частности сорбитанмонолаурат, сорбитандилаурат, сорбитантрилаурат, сорбитанмоноолеат, сорбитандиолеат, сорбитантриолеат, сорбитанмонопальмитат, сорбитандипальмитат, сорбитантрипальмитат, сорбитанмоностеарат, сорбитандистеарат, сорбитантристеарат и сорбитансеквиолеат, смесь сорбитанмоноэфиров и сорбитандиэфиров масляной кислоты.

В качестве диспергирующих агентов, таким образом, возможны алкоксилированные простые и сложные эфиры сахаров, получаемые алкоксилированием указанных простых и сложных эфиров сахаров. Предпочтительные алкоксилирующие агенты - это этиленоксид и 1,2-пропиленоксид. Степень алкоксилирования, как правило, располагается между 1 и 20, предпочтительно - между 2 и 10, особо предпочтительно - между 2 и 6. Примеры таких соединений - это полисорбаты, которые получают этоксилированием вышеописанных сложных эфиров сорбитана, например, описанные CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995, ключевое слово "Polysorbate". Пригодные полисорбаты - это полиэтоксисорбитанлаурат, полиэтоксисорбитанстеарат, полиэтоксисорбитанпальмитат, полиэтоксисорбитантристеарат, полиэтоксисорбитанолеат, полиэтоксисорбитантриолеат, в особенности полиэтоксисорбитанстеарат, который, например, представлен на рынке под названием Tween60 производства ICI America Inc. (описан, например, в CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995, ключевое слово "Tween").
Также возможно применение полимеров в качестве диспергирующих агентов.
Диспергирующий агент можно применять в количестве от 0,01 до 50 вес.% от общей массы дисперсии. Предпочтительно, чтобы доля составляла от 0,1 до 25 вес.%, особо предпочтительно - от 0,2 до 10 вес.%.
Кроме того, дисперсия согласно изобретению может включать в себя компонент-заполнитель. Он может включать в себя одно или несколько веществ-заполнителей. Так, компонент-заполнитель металлизируемой массы может содержать заполнители в виде волокнистых, слоистых веществ, частиц или их смесей. Речь при этом предпочтительно идет о представленных на рынке продуктах, например об углероде и минеральных заполнителях.
Кроме того, возможно применение таких заполнителей и армирующих веществ, как стеклянный порошок, минеральные волокна, монокристаллы стержневой формы, гидроксид алюминия, оксиды металлов, например оксид алюминия или оксид железа, слюда, кварцевая мука, карбонат кальция, сульфат бария, диоксид титана или волластонит.
Также возможно применение прочих добавок, например тиксотропных агентов, например кремниевой кислоты, силикатов, например аэросила или бетонита, или органических тиксотропных агентов и загустителей, например полиакриловой кислоты, полиуретана, гидрированного касторового масла, красителей, жирных кислот, амидов жирных кислот, пластификаторов, смачивающих агентов, пеногасителей, средств, способствующих скольжению, сушащих агентов, агентов сшивки, фотоинициаторов, комплексообразователей, восков, пигментов, электропроводящих полимерных частиц.
Целесообразно, чтобы относительно общей массы сухого покрытия доля наполнителя составляла от 0,01 до 50 вес.%. Более предпочтительна доля от 0,1 до 30 вес.%, особо предпочтительна - от 0,3 до 20 вес.%.
Кроме того, в дисперсии согласно изобретению возможно наличие вспомогательных агентов обработки и стабилизаторов, например УФ-стабилизаторов, смазочных агентов, ингибиторов коррозии и огнезащитных агентов. Обычно относительно общей массы дисперсии их доля составляет от 0,01 до 5 вес.%. Предпочтительно, чтобы доля составляла от 0,05 до 3 вес.%.
После нанесения с помощью дисперсии, содержащей электропроводящие частицы в материале матрикса, структурированного или сплошного основного слоя на носитель и высыхания или затвердевания материала матрикса частицы большей частью находятся внутри матрикса, так что сплошная электропроводящая поверхность еще не создана. Для создания сплошной электропроводящей поверхности необходимо покрыть нанесенный на носитель структурированный или сплошной основной слой электропроводящим материалом. В общем случае это покрытие осуществляют методом металлизации без тока и/или гальванической металлизации
Чтобы иметь возможность нанести на сплошной или структурированный основной слой покрытие способом без тока и/или гальваническим методом, сначала необходимо по меньшей мере частично высушить нанесенный дисперсией структурированный или сплошной основной слой или вызвать его затвердевание. Сушку или отверждение структурированной или сплошной поверхности осуществляют обычными способами. Так, например, материал матрикса можно высушить химическим путем, например полимеризацией, полиприсоединением или поликонденсацией материала матрикса, например с помощью ультрафиолетового излучения, электронного излучения, СВЧ-излучения, ИК-излучения или повышения температуры, либо же чисто физическим методом - путем испарения растворителя. Возможно также сочетание физического и химического способов сушки. После по меньшей мере частичного высыхания или затвердевания электропроводящие частицы, содержащиеся в дисперсии, согласно изобретению по меньшей мере частично высвобождают, чтобы получить электропроводящие точки затравки, на которых при последующей металлизации без тока и/или гальваническим методом возможно осаждение ионов металла с образованием металлического слоя. Если частицы состоят из материалов, которые легко окисляются, может дополнительно понадобиться предварительно по меньшей мере частично удалить слой оксида. В зависимости от пути реализации способа, например при использовании кислых растворов электролитов, удаление слоя оксида может происходить уже одновременно с началом металлизации, без необходимости в дополнительном этапе процесса.
Преимущество высвобождения частиц перед металлизацией без тока и/или гальваническим методом состоит в том, что благодаря высвобождению частиц потребность в доле электропроводящих частиц в покрытии, необходимой для получения сплошной электропроводящей поверхности, снижается примерно на величину от 5 до 10 вес.% по сравнению со случаем, когда частицы не высвобождают. Прочие преимущества - это гомогенность и непрерывность образованного покрытия и высокая надежность процесса.
Высвобождение электропроводящих частиц можно проводить как механическим путем, например крацовкой, шлифовкой, пескоструйной обработкой или обработкой сверхкритическим диоксидом углерода, физическим путем, например нагревом, лазерным облучением, УФ-облучением, коронным разрядом или плазменным разрядом, так и химическим путем. В варианте химического высвобождения предпочтительно применять химикат или смесь химикатов, подходящую к материалу матрикса. В случае высвобождения химическим путем возможно либо по меньшей мере частичное поверхностное растворение материала матрикса, например, посредством растворителя и его смыв, либо можно по меньшей мере частично разрушить химическую структуру материала матрикса с помощью подходящих реактивов, благодаря чему происходит высвобождение электропроводящих частиц. Для высвобождения электропроводящих частиц пригодны также реактивы, вызывающие набухание материала матрикса. Из-за набухания возникают полости, в которые могут проникать подлежащие осаждению ионы металлов из раствора электролита, благодаря чему возможна металлизация большего количества электропроводящих частиц. Адгезия слоя металла, который затем осаждают без тока и/или гальваническим путем, его гомогенность и непрерывность существенно выше, чем при реализации способов нынешнего технического уровня. Благодаря большему числу высвободившихся электропроводящих частиц при металлизации также существенно возрастает скорость процесса, благодаря чему можно достичь дополнительной выгоды.
Если материал матрикса представляет собой эпоксидную смолу, модифицированную эпоксидную смолу, эпоксидную смолу Novolak, эфир полиакриловой кислоты, АБС, сополимер стирола и бутадиена или полиэфир, высвобождение электропроводящих частиц предпочтительно проводить с помощью окислителя. Окислитель разрывает связи материала матрикса, ввиду чего связующий агент можно удалить и таким образом высвободить частицы. Пригодные окислители - это, например, манганаты, такие как, например, перманганат калия, манганат калия, перманганат натрия, манганат натрия, пероксид водорода, кислород, кислород в присутствии катализаторов, например солей марганца, молибдена, висмута, вольфрама и кобальта, озон, пентоксид ванадия, диоксид селена, раствор полисульфида аммония, сера в присутствии аммиака или аминов, пиролюзит (двуокись марганца), феррат калия, дихромат/серная кислота, хромовая кислота в серной кислоте (хромпик), или в уксусной кислоте, или в уксусном ангидриде, азотная кислота, йодоводородная кислота, дихромат пиридиния, комплекс хромовой кислоты и пиридина, ангидрид хромовой кислоты, оксид хрома (VI), йодная кислота, тетраацетат свинца, хинон, метилхинон, антрахинон, бром, хлор, фтор, растворы солей железа (III), растворы дисульфата, перкарбонат натрия, соли оксогалогенных кислот, такие как, например, хлораты, броматы или йодаты, соли перкислот галогенов, такие как, например, перйодат натрия или перхлорат натрия, перборат натрия, дихроматы, такие как, например, дихромат натрия, соли персерной кислоты, например пероксодисульфат калия, пероксомоносульфат калия, хлорохромат пиридиния, соли гипогалогенных кислот, например гипохлорид натрия, диметилсульфоксид в присутствии электрофильных реагентов, третбутилгидропероксид, 3-хлорпербензойная кислота, 2,2-диметилпропаналь, Десс-Мартин-перйодинан, оксалилхлорид, аддукт мочевины и пероксида водорода, пероксид мочевины, 2-йодоксибензойная кислота, пероксомоносульфат калия, мета-хлорпербензойная кислота, N-метилморфолин-N-оксид, 2-метилпроп-2-ил-гидропероксид, перуксусная кислота, пивальдегид, тетраоксид осмия, оксон, соли рутения (III) и (IV), кислород в присутствии 2,2,6,6-тетраметилпиперидинил-N-оксида, триуксусный оксиперйодинан, трифторперуксусная кислота, триметилуксусный альдегид, нитрат аммония. В качестве опции для улучшения процесса высвобождения можно во время процесса повысить температуру.
Предпочтительны манганаты, такие как, например, перманганат калия, манганат калия, перманганат натрия, манганат натрия, пероксид водорода, N-метилморфолин-N-оксид, перкарбонаты, например перкарбонат натрия или калия, пербораты, например перборат натрия или калия, персульфаты, например персульфат натрия или калия, пероксодисульфаты и пероксомоносульфаты натрия, калия и аммония, гипохлорит натрия, аддукт мочевины и пероксида водорода, соли оксогалогенных кислот, такие как, например, хлораты, броматы или йодаты, соли перкислот галогенов, такие как, например, перйодат натрия или перхлорат натрия, пероксидисульфат тетрабутиламмония, хиноны, соли железа (III) пентоксид ванадия, дихромат пиридиния, соляная кислота, бром, хлор, дихроматы.
Особо предпочтительны перманганат калия, манганат калия, перманганат натрия, манганат натрия, пероксид водорода и его аддукты, пербораты, перкарбонаты, персульфаты, пероксодисульфаты, гипохлорит натрия и перхлораты.
Для высвобождения электропроводящих частиц в материале матрикса, который содержит, например, сложно-эфирные структуры, например, в полиэфирных смолах, полиэфиракрилатах, полиэфиракрилатах, полиэфируретанах, предпочтительно применять, например, кислые или щелочные химикаты и/или смеси химикатов. Предпочтительные кислые химикаты и/или смеси химикатов - это, например, концентрированные или разбавленные кислоты, например соляная кислота, серная кислота, фосфорная или азотная кислота. Также в зависимости от материала матрикса возможно применение и органических кислот, например муравьиной или уксусной кислоты. Пригодные щелочные химикаты и/или смеси химикатов - это, например, основания, например едкий натр, едкий калий, гидроксид аммония или карбонаты, например карбонат натрия или карбонат калия. В качестве опции для улучшения процесса высвобождения можно во время процесса повысить температуру.
Для высвобождения электропроводящих частиц в материале матрикса также можно применять растворители. Растворитель должен соответствовать материалу матрикса, поскольку материал матрикса должен растворяться в растворителе или набухать под его воздействием. Если применяют растворитель, в котором растворяется материал матрикса, основной слой контактирует с растворителем лишь краткое время, чтобы обеспечить растворение и удаление верхнего слоя материала матрикса. Предпочтительные растворители - это ксилол, толуол, галогенированные углеводороды, ацетон, метилэтилкетон (МЕK), метилизобутилкетон (МIВK), диэтиленгликольмонобутиловый эфир. В качестве опции для улучшения характеристик растворения можно в процессе растворения повысить температуру.
Кроме того, можно также высвобождать электропроводящие частицы с помощью механического процесса. Подходящие механические процессы - это, например, крацовка (очистка щетками), шлифовка, полировка с помощью абразивного материала или струйная обработка - водоструйная, пескоструйная или обработка струей сверхкритического диоксида углерода. Каждый из таких механических способов удаляет верхний слой затвердевшего нанесенного структурированного основного слоя. Благодаря этому происходит высвобождение содержащихся в материале матрикса электропроводящих частиц.
2
3
2
В качестве абразивных агентов можно применять все известные специалисту шлифовальные материалы. Пригодный к применению абразивный агент - это, например, порошок пемзы. Чтобы удалить самый верхний слой затвердевшей суспензии водной струей под давлением, в водную струю предпочтительно добавлять мелкие частицы твердого вещества, например порошок пемзы (AlO) со средним распределением зерен по размеру от 40 до 120 мкм, предпочтительно - от 60 до 80 мкм, а также кварцевую муку (SiO) с размером зерна более 3 мкм.
Если электропроводящие частицы содержат материал, способный легко окисляться, в предпочтительном варианте способа перед образованием металлического слоя на структурированном или сплошном основном слое слой оксида по меньшей мере частично удаляют. Удаление слоя оксида при этом можно осуществлять, например, химическим или механическим способом. Пригодные вещества, которыми можно обрабатывать основной слой, чтобы химическим путем удалить с электропроводящих частиц слой оксида, - это, например, кислоты, например концентрированная или разбавленная серная кислота или концентрированная или разбавленная соляная кислота, лимонная кислота, фосфорная амидосульфоновая кислота, муравьиная кислота, уксусная кислота.
Подходящие процессы для удаления слоя оксида с электропроводящих частиц механическим путем в общем случае те же, что и механические процессы для высвобождения частиц.
Чтобы обеспечить прочную адгезию с носителем дисперсии, нанесенной на этот носитель, в предпочтительной форме исполнения перед нанесением структурированного или сплошного основного слоя его очищают сухим способом, мокрым химическим способом и/или механическим способом. В частности, посредством мокрого химического и механического способов можно также придать поверхности носителя шероховатость, чтобы улучшить сцепление с ним дисперсии. В качестве мокрого химического способа, в частности, удобно применять промывание носителя кислыми или щелочными реагентами или пригодными растворителями. Также возможно применение воды в сочетании с ультразвуком. Пригодные кислые или щелочные реагенты - это, например, соляная кислота, серная или азотная кислота, фосфорная кислота либо же едкий натр, едкий калий или карбонаты, например карбонат калия. Подходящие растворители - это те же, которые могут содержаться в дисперсии для нанесения основного слоя. Предпочтительные растворители - это спирты, кетоны и углеводороды, причем их следует выбирать в зависимости от материала носителя. Также возможно применение окислителей, которые уже были упомянуты в связи с активацией.
Механические процессы, с помощью которых можно очищать носитель перед нанесением структурированного или сплошного основного слоя, в общем случае те же, что и те, которые можно применять для высвобождения электропроводящих частиц и для удаления с частиц оксидного слоя.
Для удаления пыли и других частиц, способных повлиять на сцепление дисперсии с носителем, а также для придания поверхности шероховатости особо удобны сухие способы чистки. Это, например, удаление пыли с помощью щеток и/или деионизированного воздуха, коронный разряд или плазма низкого давления, а также удаление частиц с помощью роликов или валков, покрытых клейким слоем.
С помощью коронного разряда и плазмы низкого давления произвольно повышают поверхностное натяжение субстрата, очищают поверхность субстрата от органических остатков и улучшают, таким образом, как смачивание дисперсией, так и адгезию дисперсии.
Дисперсию на структурированный или сплошной основной слой предпочтительно наносить печатью, причем любым ее способом. Печатный процесс, с помощью которого запечатывают структурированную поверхность, - это, например, способ рулонной или листовой печати, например ситовая печать, глубокая печать, флексографская печать, высокая печать, тампопечать, струйная печать, процесс Lasersonic, описанный в германской заявке DE 10051850, или офсетная печать. Возможно также применять любой другой способ печати, известный специалисту. Также возможно наносить покрытие на поверхность другим обычным и общеизвестным способом покрытия. Такие способы покрытия - это, например, заливка, окраска, ракление, покраска кисточкой, распыление, погружение, нанесение валками, припудривание, вихревой слой и им подобные. Толщина слоя сплошной или структурированной поверхности, созданной запечатыванием или другим способом покрытия, предпочтительно варьирует между 0,01 и 50 мкм, еще более предпочтительно - между 0,05 и 25 мкм, а особо предпочтительно - между 0,1 и 15 мкм. Слои можно наносить как сплошные, так и структурированные.
В зависимости от способа печати можно наносить структуры различного разрешения.
Дисперсию в емкости перед нанесением предпочтительно перемешивать или перекачивать. Перекачивание и/или перемешивание препятствует возможному осаждению частиц, содержащихся в дисперсии. Кроме того, в емкости предпочтительно поддерживать температуру дисперсии на определенном уровне. Это позволяет улучшить нанесение печатью основного слоя на носитель, поскольку поддержание температуры позволяет задать постоянную вязкость. Поддержание температуры на определенном уровне необходимо, в частности, тогда, когда дисперсия, например, ввиду перемешивания и/или перекачивания нагревается по причине сообщения ей энергии со стороны мешалки или насоса и, таким образом, изменяется ее вязкость.
В целях повышения гибкости и из экономических соображений в случае нанесения способом запечатывания особо удобны цифровые способы печати, например струйная печать, Lasersonic. При использовании этих процессов вообще исключаются расходы на изготовление печатных шаблонов, например печатных валиков или сит, а также на их постоянную замену, когда приходится последовательно печатать ряд различных структур друг за другом. При использовании цифровых технологий печати переход на новый рисунок возможен сразу - без затрат времени на переоборудование и простои.
В случае нанесения дисперсии с помощью струйной печати предпочтительно применять электропроводящие частицы с максимальным размером в 15 мкм, особо предпочтительно - 10 мкм, чтобы избежать засорения сопел струйного принтера. Во избежание осаждения в чернильной печатной головке дисперсию можно перекачивать по специальному контуру. Кроме того, целесообразно, если систему можно отапливать, чтобы отрегулировать вязкость дисперсии с установлением величин, благоприятных для печати.
Помимо одностороннего нанесения дисперсии на носитель с помощью способа согласно изобретению можно также наносить структурированный или сплошной электропроводящий основной слой на верхнюю и нижнюю стороны носителя. С помощью сквозных контактов структурированные или сплошные электропроводящие основные слои на верхней и нижней сторонах носителя можно соединять друг с другом в электрическом смысле. Для обеспечения сквозного контакта поверхности, например, стенке просверленного в носителе отверстия придают электропроводность. Для обеспечения сквозного контакта можно, например, выполнить в носителе отверстия, на стенки которых при запечатывании структурированного или сплошного основного слоя наносится дисперсия, содержащая электропроводящие частицы. Если носитель достаточно тонок, нет необходимости наносить дисперсию на стенку отверстия, поскольку при нанесении покрытия способом без тока и/или гальваническим способом, если время нанесения покрытия достаточно продолжительно, металлический слой образуется и внутри отверстия ввиду того, что слои металла, оседающие на верхней и на нижней стороне носителя, смыкаются в отверстии, благодаря чему возникает электрическое соединение проводящих структурированных или сплошных поверхностей на верхней и нижней сторонах носителя. Помимо способа согласно изобретению для металлизации сквозных и/или слепых отверстий можно применять и другие способы, известные из уровня техники.
Чтобы получить на носителе прочный структурированный или сплошной основной слой, предпочтительно после нанесения подвергнуть дисперсию, с помощью которой на носитель наносят структурированный или сплошной основной слой, по меньшей мере частичному затвердеванию. В зависимости от материала матрикса затвердевание происходит так, как это описано выше, например под воздействием тепла, света (ультрафиолетового или видимого) и/или излучения, например инфракрасного, электронного, гамма-излучения, рентгеновского излучения или СВЧ-излучения. Для запуска реакции затвердевания при необходимости можно добавить пригодный активатор. Затвердевания можно также добиться сочетанием различных способов, например сочетанием УФ-излучения и тепла. Способы отверждения в сочетании можно использовать одновременно или последовательно. Так, например, можно сначала добиться лишь предварительного затвердевания слоя, так чтобы образовавшиеся структуры не растекались. Затем проводят отверждение слоя под воздействием тепла. Тепловое воздействие при этом можно осуществлять непосредственно после затвердевания под воздействием ультрафиолета и/или после гальванической металлизации. После по меньшей мере частичного отверждения в предпочтительном варианте - как уже описано выше - электропроводящие частицы по меньшей мере частично высвобождают. Для создания сплошной электропроводящей поверхности после высвобождения электропроводящих частиц на структурированном или сплошном основном слое с помощью покрытия без тока и/или гальванического способа покрытия формируют по меньшей мере один металлический слой. При этом покрытие можно наносить любым известным специалисту способом. С помощью способа для нанесения покрытия можно также нанести любое обычно металлическое покрытие. При этом состав электролита, который применяют для нанесения покрытия, зависит от того, из какого металла должно состоять покрытие электропроводящих структур на субстрате. В принципе для нанесения покрытия без тока и/или гальваническим способом можно, в принципе, использовать все металлы, которые более благородны или так же благородны, как и наименее благородный металл дисперсии. Обычные металлы, которые осаждают на электропроводящие поверхности с помощью гальванического способа покрытия, - это, например, золото, никель, палладий, платина, серебро, олово, медь или хром. Значения толщины одного или нескольких осажденных слоев находятся в обычных пределах, известных специалисту, и несущественны в рамках изобретения.
Пригодные растворы электролитов, которые можно применять для нанесения покрытия на электропроводящие структуры гальваническим способом, известны специалисту, например, из книги Werner Jillek, Gustl Keller, Handbuch der Leiterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, 2003, Band 4, стр.332-352.
Для образования электропроводящей структурированной или сплошной поверхности на носителе путем покрытия носитель сначала помещают в ванну с раствором электролита. Затем носитель перемещают через ванну, причем электропроводящие частицы, содержащиеся в нанесенном ранее структурированном или сплошном основном слое, контактируют по меньшей мере с одним катодом. При этом можно применять любой пригодный катод, известный специалисту. Пока имеется контакт катода со структурированной или сплошной поверхностью, из раствора электролита на поверхность оседают ионы металла с образованием металлического слоя.
Подходящее устройство, в котором проводят нанесение гальваническим способом покрытия на структурированный или сплошной электропроводящий основной слой, включает в себя по меньшей мере одну ванну, один анод и один катод, причем ванна содержит раствор электролита, содержащий по меньшей мере одну соль металла. Из раствора электролита на электропроводящие поверхности субстрата оседают ионы металла с образованием металлического слоя. Для этого обеспечивают контакт по меньшей мере одного катода с подлежащей покрытию поверхностью субстрата, в то время как субстрат перемещают через ванну.
При этом для нанесения гальванического покрытия пригодны все методы гальванотехники, известные специалисту. К таким методам гальванотехники относятся, например, те, в которых катод образован одним или несколькими валиками, контактирующими с подлежащим покрытию материалом. Катоды можно также выполнять в форме сегментированных валиков, у которых в каждом случае по меньшей мере тот сегмент валика, с которым соединен (в данный момент) подлежащий покрытию субстрат, подключен в качестве катода. Для удаления осажденного на валике металла в сегментированных валиках имеется возможность подключать в качестве анодов те сегменты, которые не находятся в контакте с подлежащим покрытию основным слоем, благодаря чему осевший на них металл снова выделяется в раствор электролита.
В одной из форм исполнения по меньшей мере один катод включает в себя по меньшей мере одну ленту по меньшей мере с одним электропроводящим участком, который перемещают по как минимум двум вращающимся валам. Валы выполнены с подходящим сечением, соответствующим конкретному субстрату. Предпочтительно, чтобы валы были выполнены в форме цилиндров и чтобы их можно было, например, снабдить пазами, в которых перемещается по меньшей мере одна лента. Для обеспечения электрического контакта ленты предпочтительно выполнить по меньшей мере один из валов как катод, причем вал выполнен так, что ток с поверхности вала поступает на ленту. Если валы снабжены пазами, в которых перемещается по меньшей мере одна лента, контакт с субстратом можно одновременно обеспечивать через валы и ленту. Также возможно, чтобы электропроводностью обладали только пазы, а участки валов между пазами были выполнены из изолирующего материала, чтобы избежать электрического контакта субстрата через валы. Электроснабжение валов осуществляют, например, через контактные кольца, однако возможно применение любого другого пригодного устройства, с помощью которого на вращающиеся валы можно подавать ток.
Благодаря тому что в состав катода входит по меньшей мере одна лента по меньшей мере с одним электропроводящим участком, возможно наносить достаточно толстое покрытие и на субстраты с короткими электропроводящими структурами, в первую очередь - в направлении перемещения субстрата. Это возможно, поскольку благодаря выполнению катода в виде ленты даже короткие электропроводящие структуры находятся в контакте с катодом достаточно длительное время.
Чтобы нанести покрытие на области электропроводящей структуры, на которые для контакта налагается катод, выполненный в виде ленты, предпочтительно друг за другом со сдвигом располагать по меньшей мере две ленты. Размещение при этом в общем случае такое, что вторая лента, размещенная за первой со сдвигом, вступает в контакт с электропроводящей структурой на том участке, на котором во время контакта с первой лентой отложился металл. Увеличить толщину покрытия можно, размещая друг за другом более двух лент.
Сократить размеры в направлении транспортировки можно, выполняя конструкцию так, чтобы следующие друг за другом ленты, в каждом случае расположенные со сдвигом, проходили по меньшей мере через один общий вал.
По меньшей мере одна лента может, например, также иметь сетчатую структуру, чтобы она закрывала лишь небольшие участки подлежащей покрытию электропроводящей структуры на субстрате. Покрытие происходит в каждом случае в отверстиях сетки. Чтобы нанести покрытие также и на те участки электропроводящих структур, на которых лежит сетка, для случая, когда ленты выполнены в форме сетчатой структуры, также целесообразно в каждом случае размещать по меньшей мере две ленты со сдвигом друг за другом.
Также возможно, чтобы по меньшей мере одна лента включала в себя попеременно электропроводящие участки и участки, электропроводностью не обладающие. В этом случае возможно дополнительно провести ленту через по меньшей мере один вал, подключенный в качестве анода, причем необходимо учитывать, что длина электропроводящих участков должна быть меньше, чем участок между валом, подключенным в качестве катода и расположенным по соседству валом, подключенным в качестве анода. Таким образом, участки ленты, находящиеся в контакте с покрытым субстратом, подключены в качестве катода, а участки ленты, не находящиеся в контакте с подлежащим покрытию субстратом, подключены в качестве анода. Преимущество этой схемы в том, что металл, который отлагается на ленте во время ее подключения в качестве катода, снова удаляют во время анодного подключения. Чтобы удалить весь металл, который осел на ленте в то время, когда она была подключена в качестве катода, целесообразно, чтобы участок анодного подключения был длиннее участка катодного подключения или хотя бы имел ту же длину. Этого можно добиться, с одной стороны, используя в подключении в качестве анода вал большего диаметра, чем у вала, подключенного в качестве катода, а с другой стороны, в случае такого же или меньшего диаметра у валов, подключенных в качестве анода, можно также предусмотреть как минимум такое же их количество, как и валов, подключенных в качестве катода, причем предпочтительно, чтобы расстояние между валами с катодным подключением было таким же, как и расстояние между валами с анодным подключением.
В качестве альтернативы также возможно, чтобы в состав катода вместо лент входили по меньшей мере два диска, в каждом случае размещенные на валу с возможностью вращения, причем диски входили бы в зацепление друг с другом. Это также позволяет наносить достаточно толстое и гомогенное покрытие и на субстраты с короткими электропроводящими структурами, в первую очередь - в направлении перемещения субстрата.
Диски в общем случае выполнены с подходящим сечением, соответствующим конкретному субстрату. Предпочтительно, чтобы диски в сечении были круглыми. Сечение валов может быть любым. Предпочтительно, однако, выполнять валы цилиндрической формы.
Для возможности наносить покрытие на структуры, которые шире, чем два расположенных рядом диска, в зависимости от ширины субстрата на каждом валу располагают рядом друг с другом несколько дисков. В каждом случае между дисками предусматривают достаточное расстояние, чтобы в промежуток могли войти диски следующего вала. В предпочтительной форме исполнения расстояние между двумя дисками на одном валу соответствует по меньшей мере ширине (толщине) диска. Это дает дискам следующего вала войти в промежуток между двумя дисками на валу.
Подачу тока на диски осуществляют, например, через вал. Это позволяет, например, соединить вал за пределами ванны с источником напряжения. Это соединение осуществляют, например, через контактное кольцо. Также возможно, однако, любое другое соединение, позволяющее передавать напряжение от стационарного источника напряжения на вращающийся элемент. Помимо электроснабжения через источник возможно также подавать ток на контактные диски через их образующую. Так, например, со стороны контактных дисков, обращенной от субстрата, с ними могут быть связаны скользящие контакты, например щетки.
Чтобы подавать ток на диски, например, через валы, валы и диски предпочтительно по меньшей мере частично изготавливать из электропроводящего материала. Кроме того, однако, возможно изготавливать валы из электроизолирующего материала и обеспечивать подачу тока к отдельным дискам, например, через проводники, например провода. В этом случае отдельные провода соединяют с контактными дисками так, чтобы подавать на контактные диски напряжение.
В предпочтительной форме исполнения диски разделены на электрически изолированные друг от друга участки, распределенные по окружности. Предпочтительно, чтобы изолированные друг от друга участки можно было подключать как в качестве катодов, так и в качестве анодов. Это дает возможность того, чтобы участок, находящийся в контакте с субстратом, был подключен в качестве катода, а как только он утрачивает контакт с субстратом - в качестве анода. Благодаря этому металл, который отлагается на участке во время его подключения в качестве катода, снова удаляют во время анодного подключения. Энергоснабжение отдельных сегментов в общем случае осуществляют через вал.
Кроме удаления металла, осажденного на валу и дисках или на лентах, посредством изменения полярности валов или лент, возможны также другие варианты очистки, например химическая или механическая очистка.
Материал, из которого выполнены электропроводящие части дисков или лент, предпочтительно представляет собой электропроводящий материал, который не переходит в раствор электролита при эксплуатации устройства. Пригодные материалы - это, например, металлы, графит, проводящие полимеры, например политиофены или композитные материалы из пластмассы и металла. Предпочтительные материалы - это нержавеющая сталь и/или титан.
Также возможно последовательно подключать друг за другом несколько ванн с различными растворами электролитов, чтобы нанести, таким образом, на подлежащий покрытию основной слой несколько различных металлов. Кроме того, можно также сначала проводить осаждение металла на основной слой без тока, а затем электролитическим путем. При этом способом без тока и гальваническим способом возможно осаждение различных металлов или же одного и того же металла.
Кроме того, устройство для гальванического покрытия может быть оснащено оборудованием (устройством), с помощью которого можно переворачивать субстрат. Ось вращения устройства, с помощью которого можно переворачивать субстрат, расположена перпендикулярно к подлежащей покрытию поверхности субстрата. Благодаря перевороту электропроводящие структуры, вначале короткие и широкие (при взгляде, обращенном в направлении транспортировки субстрата), располагаются так, чтобы после вращения они (при взгляде, обращенном в направлении транспортировки субстрата) были узки и длинны.
Толщина слоя металла, осаждаемого на электропроводящую структуру посредством способа согласно изобретению, зависит от продолжительности контакта, обусловленной скоростью прохождения субстрата через устройство и количеством расположенных друг за другом катодов, а также от силы тока, при которой осуществляют эксплуатацию устройства. Продлить время контакта можно, например, подключая последовательно друг за другом несколько устройств согласно изобретению по меньшей мере в одной ванне.
Для одновременного нанесения покрытия как на верхнюю, так и на нижнюю сторону субстрата можно, например, располагать два валика или два вала со смонтированными на них дисками или две ленты в каждом случае так, чтобы подлежащий покрытию субстрат можно было провести между ними.
Если необходимо наносить покрытие на гибкие пленки, длина которых превышает длину ванны, - на так называемые «бесконечные пленки», которые сначала сматывают с рулона, пропускают через устройство для гальванического покрытия, а затем снова наматывают, - эти пленки можно проводить через ванну посредством одного или нескольких устройств для гальванического покрытия также по зигзагообразной траектории или в виде меандров, причем устройства, например, могут в этом случае быть расположены друг над другом или рядом друг с другом.
Устройство для нанесения покрытия гальваническим способом можно по потребности оснащать любым известным специалисту дополнительным оборудованием. К такому дополнительному оборудованию относят, например, насосы, фильтры, устройства подачи химикатов, устройства намотки и сматывания и т.д.
Для сокращения продолжительности технического обслуживания можно применять все известные специалисту методы ухода за электролитным раствором. К таким методам ухода относятся, например, также системы, в которых раствор электролита регенерирует.
Устройство согласно изобретению можно также, например, эксплуатировать в режиме пульсации, известном из книги Werner Jillek, Gustl Keller, Handbuch der Leiterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, Band 4, стр.192, 260, 349, 351, 352, 359.
Способ согласно изобретению для изготовления электропроводящих поверхностей, структурированных или сплошных, на носителе можно реализовывать в непрерывном, частично непрерывном или прерывистом режиме. Также возможно реализовывать в непрерывном режиме лишь отдельные этапы способа, в то время как другие этапы реализовывают в прерывистом режиме.
Способ согласно изобретению пригоден, например, для изготовления токопроводящих дорожек на печатных платах. Подобные печатные платы - это, например, таковые с многослойными внутренними и внешними установками, платы типа Micro-via, Chip-on-board, гибкие и жесткие печатные платы, их встраивают, например, в такие изделия, как компьютеры, телефоны, телевизоры, электрические блоки автомобилей, клавиатуры, радиоприемники, видеоплееры, проигрыватели компакт-дисков, CD-ROM-плееры и ДВД-плееры, игровые приставки, измерительные и управляющие приборы, датчики, электрическую бытовую технику для кухни, игрушки и т.д.
С помощью способа согласно изобретению возможно также нанесение покрытия на электропроводящие структуры на гибких носителях схем. Такие гибкие носители схем - это пластиковые пленки из материалов, упомянутых выше как носители, на которых напечатаны электропроводящие структуры. Кроме того, способ согласно изобретению можно применять для производства антенн с радиочастотной идентификацией (RFID), антенн передатчиков или иных антенных структур, модулей чип-карт, плоских кабелей, устройств обогрева сидений, пленочных проводников, токопроводящих дорожек в панелях солнечных батарей или в жидкокристаллических либо же плазменных экранах, конденсаторах, пленочных конденсаторах, сопротивлениях, конвекторах, предохранителях или же для производства изделий произвольной формы с гальваническим покрытием, например полимерных носителей, имеющих одностороннее или двустороннее металлическое покрытие с заданной толщиной, трехмерных прессованных межконтактных устройств, либо же для создания декоративных или функциональных поверхностей на изделиях, которые, например, применяют для экранировки электромагнитного излучения, для проведения тепла или в качестве упаковки. Кроме того, возможно также создание контактных участков или контактных площадок либо же монтажных схем на интегрированном электронном компоненте.
Кроме того, возможно изготовление антенн с контактами для органических электронных деталей, а также покрытий на поверхностях, состоящих из материалов, не обладающих электропроводностью, для электромагнитной экранировки.
Также возможно применение в области полей обтекания биполярных пластин для применения в топливных элементах.
Кроме того, возможно изготовление сплошного или структурированного электропроводящего слоя для последующей декоративной металлизации фасонных изделий из вышеупомянутого субстрата, не обладающего электропроводностью.
Широта области применения способа согласно изобретению позволяет недорого изготавливать металлизированные субстраты, сами по себе не обладающие электропроводностью, в частности, для применения в качестве выключателей и датчиков, барьеров для газа или декоративных деталей, в частности декоративных деталей для автомобилестроения, для применения в области гигиены, для игрушек, домашнего хозяйства и офисного применения, а также упаковок и пленок. Изобретение может также найти применение в области печати, обладающей степенями защиты, - для банкнот, кредитных карт, удостоверений и т.д. С помощью способа согласно изобретению возможно придание электрических и магнитных функций текстильным материалам (антенны, передатчики, антенны с радиочастотной идентификацией и антенны передатчиков, датчики, нагревательные элементы, антистатическая обработка (в т.ч. для пластмасс), экранировка и т.д.).
Кроме того, возможно изготовление тонких металлических пленок или полимерных носителей, имеющих одностороннее или двустороннее металлическое покрытие, металлизированных пластмассовых поверхностей, например молдингов или наружных зеркал.
Также возможно применение способа согласно изобретению для металлизации отверстий, перемычек, слепых отверстий и т.д., например, в печатных платах, антеннах RFID или антеннах передатчиков, плоских кабелях, пленочных проводниках с целью обеспечения сквозного контакта между верхней и нижней стороной. Это справедливо и тогда, когда используют другие субстраты.
Помимо этого, металлизированные предметы, изготовленные согласно изобретению, если в их состав входят намагничиваемые металлы, можно применять в области магнитных функциональных изделий, например магнитных досок, игр, магнитных поверхностей, например для дверей холодильников. Кроме того, они находят применение в тех областях, где выгодна высокая теплопроводность, например в пленках для устройств обогрева сидений, отопления пола, а также в изоляционных материалах.
Предпочтительные варианты применения поверхностей, металлизированных согласно изобретению, - это таковые, при которых продукция, изготовленная таким образом, служит в качестве печатных плат, антенн с радиочастотной идентификацией (RFID), антенн передатчиков, устройств обогрева сидений, плоских кабелей, бесконтактных чип-карт, тонких металлических носителей или полимерных носителей, имеющих одностороннее или двустороннее металлическое покрытие с заданной толщиной, пленочных проводников, токопроводящих дорожек в панелях солнечных батарей или в жидкокристаллических либо же плазменных экранах либо же в декоративных целях, например в качестве упаковки.
После нанесения покрытия гальваническим способом субстрат можно подвергать дальнейшей обработке с любыми этапами, известными специалисту. Например, можно удалять остатки электролита, имеющиеся на субстрате, с помощью промывки и/или сушить субстрат.
Преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что и при использовании для электропроводящих частиц материалов, которые легко окисляются, также возможно нанесение достаточного покрытия.