[发明专利]稳定的银催化剂及方法

说明书

技术领域

本发明针对的是稳定的银催化剂以及在非导电基材上化学镀覆金属的方法。更具体地，本发明针对的是稳定的银催化剂，以及在非导电性基材上化学镀覆金属的方法，其中，银催化剂用4-二甲基氨基吡啶进行稳定。

背景技术

在多层印刷布线板(PWB)的制造过程中，对多个图案化的导电铜层的同化需要通过电介质材料进行分离。为了在铜层之间建立互连的通路，在导电材料中钻出通孔，镀上铜以覆盖电介质材料，并连接铜的中间层。在整个钻出的孔中镀铜的现有方法需要使通孔导电从而使其在后续能够电解镀覆铜。在通孔中生成导电铜层的最常用的方法是化学镀覆铜，其采用甲醛作为电子源使铜离子在通孔内还原位铜金属。为了使将还原的铜向通孔壁引导，采用数个处理步骤以确保在通孔上覆盖催化剂材料。现有的用于将钻孔过的多层板在处理中进行浸泡的催化剂液浴，包含钯作为活性成分。多年来，钯的成本急剧增加。因此采用廉价的替代品取代含钯的催化剂溶液就成了化学镀覆工业一段时间以来的目标。

虽然许多无钯催化剂溶液也能够触发化学铜镀覆，但要重现现有的常用商业钯系统的表现性能仍然被证明具有挑战性。影响替代的催化剂溶液的吸引力的最关键因素为：稳定性-催化剂液浴必须在加工温度下暴露于空气中历经数月的过程里保持它们的活性。活性-在暴露于催化剂浴之后，去除了化学镀浴的通孔必须具有完整和均匀的铜的覆盖程度和足够的导电性从而能够进行电解镀覆。如果替代的催化剂溶液需要循环次数显著增加，那么原材料的成本利益会被合格量的急剧减小所抵消。因此，替代的催化剂溶液必须在现有加工流程的限制下提供足够的活性。连接质量-在经过加工、电解铜镀覆后的多层板必须在板中的含多通道铜的路径中拥有足够的导电性能。虽然还有很多因素，例如低质量的钻孔或者通孔准备不充分，都有可能造成在铜层和导电通孔的连接面上产生缺陷，但采用一特定催化剂其所固有的缺陷是不可接受的。

银的使用解决了面临现有基于钯的系统时的原材料的价格及波动问题。尽管基于银的催化剂溶液先前已有报道，但是由于总不满足上述的任一因素而不能在商业上获得成功。最典型的情况下，银催化剂溶液在进行化学铜镀覆的通孔中不能提供足够的活性。其可能是通孔中催化剂的吸收量或者催化剂产生的化学镀覆的触发比率的作用；但在上述任一情况其结果都是在后续的电解镀覆的通孔中没有产生足够的铜的覆盖。对于一种具体的银催化剂溶液其活性可能受到很多因素的影响，即银颗粒尺寸，稳定剂的选择，以及存在的各个组分例如pH缓冲液和其他添加剂。

奥滨(Okuhama)等人的专利公报US2004/0043153披露了一种还原银离子所得的银胶体溶液，其采用一种具有能将银离子还原成金属银的电势的金属离子。该溶液还包括选自于羟基羧酸根离子，缩聚磷酸盐离子和胺的羧酸根离子中的一个或更多离子。银胶体也可以包括一个或多个选自原子序数26至30的金属的离子。该专利公报披露了该银胶体可以用作化学镀覆的催化剂。尽管存在银胶体用作化学镀覆中的催化剂，但仍需要一种改进的银催化剂以将金属化学镀覆在非导电基材上。

发明内容

在其中一个方面，一种组合物包含零价银，4-二甲基氨基吡啶，和具有将银离子还原成零价银的电势的一种或多种金属离子。

在另一个方面，一种方法包括：(a)提供具有多个通孔的基材；(b)将包括零价银、4-二甲基氨基吡啶、和具有将银离子还原成零价银的电势的一种或多种金属离子的组合物涂覆在通孔的表面上；然后(c)在通孔的表面化学沉积金属。

含有4-二甲基氨基吡啶的零价银组合物为胶体溶液，其中零价银组合物形成纳米级的颗粒。其在室温以及加工温度下暴露在空气中时是稳定的。该零价银组合物使镀覆金属的通孔基本上具有均匀的金属沉积，并且该通孔具有足够的导电性能够对通孔进行电解镀覆。该零价银组合物还使在印刷布线板上形成的含多通道金属的路径中的各处均具有足够的导电性。

具体实施方式

在整个说明书中，以下的缩写具有以下的含义，除非在文中明确了有另外的含义：℃＝摄氏度；g＝克；mg＝毫克；L＝升；ml＝毫升；ppm＝百万分之一；μm＝micron＝微米；nm＝纳米；mm＝毫米；M＝摩尔；mmol＝毫摩尔；DI＝去离子的；T_g＝玻璃化转变温度；R.T.＝室温；RPM＝每分钟转数；ASD＝安培/平方分米：ASTM＝美标测试方法；PWB＝印刷布线板或印制电路板。除非另有说明，所有的量是重量百分比(“重量％”)。所有数值范围都以任何顺序组合和包括，除非明确了该数值范围被限制成其和为100％。