Brevet FR2128355A1 — publié le 19721020

L'invention concerne un procédé de fabrication de circuits imprimés sous forme de plaques en matière synthétique pourvues d'orifices ou d'un autre isolateur en forme de plaque. Sur ces plaques, on dispose des bandes conductrices en formant un dépôt métallique dans les orifices, par immersion des plaques dans un bain catalytique et immersion ultérieure dans une solution sursaturée d'un métal. On connaît de nombreuses variantes de ces procédés à pression. Ces procédés comprennent, dans un ordre déterminé, les étapes suivantes : le placage par voie galvanique, chimique ou mécanique, le recouvrement des placages au moyen de laques ou de couleurs suivant des gabarits préfabriqués correspondant au câblage (l'utilisation préférentielle de l'impression au tamis lors du recouvrement des placages a donné au procédé son nom de "procédé à pression" et, aux produits de ce procédé, l'appellation "circuits imprimés") et éventuellement les attaques chimiques pour l'enlèvement des placages. L'invention concerne particulièrement un procédé à pression pour la fabrication de circuits imprimés à contacts dans lesquels le substrat est pourvu d'orifices dont la paroi interne comporte également un placage. Ce placage doit établir un bon contact avec les bandes conductrices se trouvant sur le substrat et assurer ainsi un raccordement électrique de ces dernières avec les fils des éléments de circuit devant être soudés dans les orifices ou avec les autres bandes conductrices se trouvant sur l'autre face du substrat. Il est évident que la fiabilité des platines de circuits dépend essentiellement du placage des orifices et de leurs alentours, c'est-à-dire, ce que l'on appelle des oeillets de soudage, car, si un seul des cent orifices éventuels d'une platine de circuit n'est pas complètement plaqué, si bien que l'étain à souder ne pénètre que partiellement dans l'orifice, cette platine est inutilisable. Il est malaisé de contrôler si le placage est complet. Si certains défauts du procédé à pression ne sont pas détectés, il peut se produire plus tard des perturbations dans le fonctionnement des appareils, ce qui entraîne des frais importants. C'est pourquoi, les procédés actuels pour la fabrication de circuits imprimés à contacts comportent de multiples coefficients de sécurité de façon à exclure les défauts de fabrication connus jusqu'à présent. De ce fait, ces procédés sont cependant devenus compliqués et coûteux et comprennent, par exemple, 40 à 50 étapes différentes, notamment dans le déplacement de la plaque d'un bain à l'autre. Un procédé utilisé pour la fabrication de platines à contacts comprend essentiellement les étapes de traitement suivantes : 72 06212 2 2128355 1. Une plaque en verre époxyde comportant un placage de cuivre sur les deux faces et des orifices réalisés suivant des gabarits, est d'abord dégraissée, décapée, désoxydée, etc. dans un certain nombre de bains de nettoyage ; 5 2. ensuite, on la plonge dans un bain de catalyseur dans lequel les surfaces, y compris les orifices, sont enduits d'un catalyseur, ce catalyseur pouvant précipiter du cuivre métallique d'une solution de cuivre sursaturée, par exemple, un bain de cuivre connu sous le nom de "ISiovigant". Les surfaces et les bords des orifices sont, de ce 10 fait, recouverts d'une couche de cuivre d'une épaisseur de quelques microns. Un catalyseur approprié est, par exemple, une solution contenant essentiellement du chlorure d'étain et du palladium ; 3. après des étapes de nettoyage complémentaires, on suspend la plaque dans un bain de galvanisation pour renforcer la métallisation 15 dans les orifices ; 4. sur la plaque séchée, on applique, par exemple, par impression au tamis, une image conductrice négative de sorte que les parties du placage superficiel servant plus tard de conducteurs, restent à découvert ; 20 5. dans le bain de galvanisation suivant, on renforce principalement les bandes conductrices et les orifices ; 6. ensuite, on procède à un étamage dans un bain galvanique d'étain brillant, cet étamage ayant essentiellement pour but de protéger, avant l'attaque par le décapant, le placage des trous et des bandes conduc- 25 trices lors d'une attaque chimique ultérieure ; 7. avant l'attaque chimique, on élimine l'impression négative précédente ; 8. ensuite, on procède à l'enlèvement du revêtement de cuivre entre les bandes conductrices au moyen d'une attaque chimique ; 30 9. on ne peut introduire que sous réserve de certaines conditions une laque d'obturation de soudage pour empêcher un étamage global des bandes lors d'une immersion ultérieure dans la masse fondue d'étain étant donné que la laque d'obturation de soudage n'est pas suffisamment ancrée sur les couches d'étain appliquées suivant l'étape (©. 35 Outre les frais relativement élevés, les inconvénients du procédé ci-dessus résident surtout dans l'insécurité de la galvanisation lors de l'étape (5) et qui est due à la structure des bandes conductrices ° De cette structure, dépendent l'intensité du courant et, par conséquent, l'épaisseur de la couche de cuivre appliquée. 40 72 06212 3 2128355 Dans un autre procédé décrit dans la demande de Brevet Allemand DT-AS 1.142.926, on métallisé également les parois des trous d'une plaque comportant un revêtement sur les deux faces, par un procédé d'immersion dans un bain catalytique et de cuivre. Les 5 plaques sont alors pourvues d'une couche de protection qui laisse les parois des trous libres, puis on effectue un étamage par galvanisation. On enlève ensuite la couche de protection, on applique une nouvelle couche de protection qui recouvre les bandes conductrices, et on élimine alors par décapage la couche de cuivre se trouvant entre les 10 conducteurs. Dans ce cas, la forte consommation de métal du bain chimique constitue également un inconvénient lors du cuivrage des plaques sur les deux faces. Suivant un autre procédé dans lequel on travaille égale -15 ment en impression par masquage en formant des trous métallisés ou à contacts, on recouvre toute la plaque d'une colle catalytique et après séchage, on la perfore. Ensuite, on procède à nouveau à une catalyse avec un bain d'immersion pour enduire les parois des trous d'un revêtement correspondant. Pour éviter cette double catalyse, on peut 20 également utiliser des plaques en matière synthétique imprégnée du catalyseur, ces plaques étant toutefois onéreuses. Il s'ensuit alors une impression négative qui libère tous les endroits à cuivrer. On plonge alors la plaque dans un bain chimique de cuivre. Avec des 25 bains économiques, on obtient des couches d'une épaisseur de 35^1 ; un des inconvénients majeurs de ce procédé réside dans la consommation élevée de cuivre qui nécessite un contrôle constant du bain et éventuellement une stabilisation automatique de la concentration de ce bain. L'invention prévoit un nouveau procédé à pression pour la 30 fabrication de plaques de circuits à contacts, ce procédé assurant à la fois une excellente fiabilité du placage dans les orifices et les bandes conductrices, ainsi que d'importantes simplifications du mode de travail, tandis qu'on peut le réaliser avec les plaques revêtues de métal habituellement disponibles dans le commerce. La présente invention a 35 également pour objet d'éviter l'insécurité et les frais élevés des étapes de galvanisation. Suivant l'invention, on réalise cet objet de la manière suivante : après y avoir percé les orifices indispensables, on applique le catalyseur sur une plaque comportant un revêtement métallique sur 40 une ou sur les deux faces, en imprégnant ainsi toutes les surfaces et 72 06212 2128355 les parois intérieures des trous ; on recouvre ensuite, de façon connue en soi, les conducteurs et les oeillets de soudage au moyen d'une laque par un procédé positif, puis on plonge la plaque dans un bain décapant, de façon à enlever le revêtement métallique jusque sur les parties en-5 duites des bandes conductrices et éventuellement des oeillets de soudage ; ensuite, on enlève le revêtement de laque des bandes conductrices et des oeillets de soudage, puis on applique un nouveau revêtement de laque qui recouvre toute la plaque, à l'exclusion des oeillets de soudage et enfin, on plonge la plaque dans un bain chimique de métallisation de sorte que le 10 métal ne précipite que sur les parois internes catalysées des orifices et sur les oeillets de soudage restés libres. Cette étape est encore avantageusement suivie d'un étamage chimique qui, contrairement au procédé connu décrit ci-dessus, sert toutefois à améliorer la stabilité à la conservation et sert également de 15 protection contre la corrosion. Avant de plonger la plaque dans le bain chimique de métallisation, on en élimine avantageusement tous les résidus de catalyseur se trouvant sur les surfaces ne devant pas être métallisées, par exemple, sur les bords de la plaque, sans quoi la teneur en métal du bain s'appau-20 vrit inutilement. En outre, on réactive avantageusement le catalyseur adhérant aux surfaces à métalliser à l'aide d'un accélérateur avant l'immersion dans le bain de métallisation afin d'empêcher une dé sensibilisation éventuelle du catalyseur dans les étapes précédentes. On connaît la technique de métallisation chimique compre-25 nant la catalyse et l'activation par la demande de Brevet Allemand DT-OS 1.640.083 dans laquelle on mentionne, pour le cuivrage, l'emploi, par exemple, comme solution catalytique, d'une solution de PdC^, de SnC^ ou de HC1 dans de l'eau, comme activateur ou accélérateur, d'une solution d'acide perchlorique et, comme bain de cuivre, d'un mélange de sel de 30 Rochelle, de NaOH, de sulfate de cuivre et d'eau avec du formaldéhyde. Pour le deuxième revêtement, il est très intéressant de choisir une laque d'obturation de soudage. Etant donné notamment que cette étape n'est précédée d'aucun étamage, cette laque d'obturation de soudage adhère fermement au substrat même lors de l'immersion ultérieure 35 dans le bain d'étain à souder (pour la mise en contact des éléments de circuit avec les oeillets de soudage), si bien qu'il ne risque pas de se fora er de liaisons pontées entre les bandes conductrices voisines. Cet avantage permet de réduire la distance entre les bandes conductrices à 0,3 mm et moins . 40 72 06212 5 2128355 Il est important que le placage chimique n'agisse que sur les oeillets de soudage et les orifices. La consommation en métal provenant du bain de métallisation est, de ce fait, extrêmement réduite. L'épaisseur de la couche est uniforme partout et on peut la faire varier en choisissant la durée de séjour dans le bain. La concentration du bain varie à peine lors d'une opération en continu et est suffisante pour une ou plusieurs semaines. Dans ce cas, on élimine avantageusement, par filtration, les particules de catalyseur en suspension dans le bain. Etant donné que, dans l'étape (3), il faut attaquer chimiquement le revêtement initial de cuivre uniquement et non pas le cuivre encore appliqué entre-temps, comme c'était le cas dans le procédé connu décrit en premier lieu, il s'ensuit une réduction importante des durées d'attaque chimique et un prolongement de la durée d'exposition au décapant, les dépenses entraînées par la neutralisation des eaux résiduaires étant, de ce fait, également réduites. Cette absence de dépense d'appareillage pour la technique de galvanisation constitue un avantage économique important. Tandis que, lors de la galvanisation, on ne traite, en général, qu'une seule ou peu de plaques en même temps, un seul bain contenant la solution chimique de cuivrage peut, à présent, servir simultanément pour un grand nombre de plaques de n'importe quelles grandeur et dimensions, par exemple, dans des cuves correspondant aux din ensions de 100 plaques simultanément. A cela, vient encore s'ajouter "l'avantage d'une faible consommation de métal, La surface périphérique servant d'écran de courant dans une technique de galvanisation peut dans ce cas être nettement réduite, de sorte qu'on économise environ 20% de matière pour les plaques. L'invention sera décrite plus en détails et mieux illustrée en se référant aux dessins annexés. Dans ces dessins , la figure 1 représente un schéma simplifié d'un exemple de réalisation du procédé suivant l'invention et la figure 2 représente une vue agrandie d'un détail d'une platine de circuit fabriquée suivant l'invention. L'étape du procédé représentée par "Ky" dans la figure 1 se rapporte à l'immersion de la plaque d'isolation comportant un revêtement métallique et pourvue d'orifices, dans une solution catalytique, par exemple, une solution de "F9". Cette étape est encore'précédée de différentes étapes ne dépendant pas de l'invention "et qui "concernent la préparation d'un gabarit pour les orifices, le perçage de ces derniers et les moyens de nettoyage indispensables. 72 06212 6 2128355 La durée de séjour dans ce bain peut être de 15 à 20 minutes . La matière catalytique se dépose alors sur les surfaces de la plaque et dans les orifices. Après un lavage à l'eau (non représenté) de la plaque, on imprime, au cours de l'étape +D.1, une image positive 5 de la disposition des conducteurs, par impression au tamis ou par un procédé photomécanique. Dans l'étape suivante Ag , on décape la plaque, de préférence avec du FeCl^ ou du NaClO^ de sorte que, du revêtement, il ne reste plus que les conducteurs et les oeillets de soudage. 10 On élimine le décapant par rinçage, on sèche, on enlève le revêtement de laque, puis on applique à nouveau une laque sur la plaque, au cours de l'étape suivante -D.O^ , dans un procédé négatif à l'aide d'un gabarit qui ne laisse libres que les oeillets de soudage. La laque utilisée dans cette étape peut être une laque d'obturation de 15 soudage. Ensuite, on prépare la plaque pour la métallisation des parois des orifices et des oeillets de soudage, par exemple, par une courte immersion dans de l'acide chlorhydrique à 3%, lavage à l'eau et immersion dans une solution d'activateur. Ces opérations servent 20 à la réactivation du catalyseur au cas où les traitements chimiques antérieurs altéreraient son activité. L'invention repose, entre autres, sur la constatation étonnante suivant laquelle le catalyseur ne perd guère de son activité au cours des traitements intermédiaires. Au cours de l'étape Ch.Cu du procédé, il se produit un cuivrage chimique des sur-25 faces libres des orifices et des oeillets de soudage dans un bain de cuivre, ce qui permet d'obtenir une couche d'une épaisseur de 25 à 30yii, par exemple. Par suite de la résistivité du catalyseur, il serait inopportun de l'appliquer immédiatement avant l'immersion dans le bain de cuivre car il se déposerait alors du cuivre sur la laque de recouvre-30 ment, ce qui serait peu souhaitable du fait de l'étape ultérieure de soudage par immersion et également du fait que le bain de cuivre s'appauvrirait inutilement. La ligne en pointillés entre l'étape Ky et l'étape Ch.Cu dans la figure 1 représente l'action énergique du catalyseur . 35 On peut encore ajouter à présent une étape Ch.Sn en ap pliquant une couche d'étain dans un bain d'étamage chimique sur le précipité de cuivre fraîchement déposé. La couche d'étain protège les orifices contre la corrosion et l'oxydation et assure une bonne imprégnation lors du soudage ultérieur par immersion après garnissage 40 de la plaque de conducteurs. 06212 7 2128355 La figure 2 illustre un. détail, à une échelle agrandie, d'une platine de conducteurs obtenue comme produit final du procédé suivant l'invention. Dans cette figure, "a" désigne la plaque support constituée, par exemple, de verre époxyde, "b" désigne les .bandes conductrices qui subsistent du revêtement de cuivre après le décapage ; "d" désigne les couches formées par cuivrage dans les orifices et sur les oeillets de soudage, tandis que "f" représente les ccuches d'étain qui y sont précipitées. Ensuite, on enfonce alors un fil d'alimentation d'un élément de circuit dans l'orifice, puis on le met en contact permanent avec la plaque par un procédé de soudage par immersion. Le procédé ci-dessus s'est avéré utile dans de longues séries d'essais et il donne les résultats économiques attendus. 72 06212 8 2128355 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication do circuits imprimés sous forme de plaques comportant des orifices sur lesquelles sont disposées des bandes conductrices, un précipité métallique étant formé dans les orifices, 5 par immersion des plaques dans un bain catalytique, puis immersion ultérieure des plaques dans une solution sursaturée d'un métal, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : après y avoir percé les orifices indispensables, on applique le catalyseur à une plaque comportant un revêtement métallique sur une ou sur les deux faces, imprégnant ainsi 10 toutes les surfaces et les parois intérieures des trous, on recouvre ensuite, de façon connue en soi, les conducteurs et les oeillets de soudage au moyen d'une laque par un procédé positif, puis on plonge la plaque dans un bain décapant, de façon à enlever le revêtement métallique jusque sur les parties recouvertes des bandes conductrices et éventuellement des 15 oeillets de soudage, on enlève ensuite le revêtement de laque des bandes conductrices et des oeillets de soudage et on y applique un nouveau revêtement de laque qui recouvre toute la plaque à l'exclusion des oeillets de soudage et enfin, on plonge la plaque dans un bain chimique de métallisation de sorte que le métal ne précipite que sur les parois internes cata-20 lysées des orifices et sur les oeillets de soudage restés libres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième revêtement de laque est constitué d'une laque d'obturation de soudage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, 25 après le traitement, on prévoit une protection contre la corrosion sous forme d'une couche d'étain précipitée chimiquement sur les bandes conductrices et les parois des orifices. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal précipité par voie chimique du bain de métallisation est le cuivre. 30 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le catalyseur est constitué d'une solution de chlorure d'étain et de palladium. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les particules de catalyseur adhérant à la plaque sont réactivées avant 35 l'utilisation du bain chimique de métallisation.