Brevet FR2210882A1 — publié le 19740712

Le présente I invention concerne des plaquettes de câblage --mprim décapées à l'acide et leur procédé de productidn et plus sydoialement un procédé de production d'un stratifié comprenant une base sur la surface de laquelle est collée une couche de matière conductrice de l'électricité sur l'un de ses côtés ou les deux, ladite couche ayant une épaisseur sensiblement inférieure à celle qui peut entre obtenue par des procédés de production classiques.La préserte invention concerne encore un procédé utilisant le nouveau stratifié susmentionné dans la fabrication de circuits imprimés ou décapés à l'acide par une nourelle combnnanson des procédés de production "par addition" et "par décapage". Le procédé de décapage ou par '1enlèvement" ainsi qu'il a été défini et qui est bien connu en pratique, utilise des stratifiés recouverts de cuivre présentant une mince feuille de cuivre collée à la base, la couche de cuivre ayant une épaisseur comprise entre 0,025 et 0,t78 mm. (Ceci équivaut sensiblement à une teneur en cuivre comprise entre 0,76 et 15,25 g de cuivre par dm2). Une réserve telle qu'une couche de réserve photosensi ble est appliquée à la surface du cuivre, la réserve étant exposée sélectivement à la lumière ou autre rayonnement approprié et la "photographie" ainsi obtenue est développée par des techniques classiques.Le processus de développement enlève la réserve de toute la surface,sauf les parties formant le circuit désiré. se stratifié est ensuite décapé par un acide classique qui enlève le cuivre à découvert pour laisser la configuration désirée du circuit Le processus de décapage qui s'est répandu au point de devenir pratiquement une technique type pour la production en série des plaquettes a circuit imprimé, est à la fois long et relativement cottellx. Ceci est normal du fait que le processus de décapage doit enlever une couche de cuivre relativement épaisse. Ainsi, de grandes quantités de décapant ou d'acide sont nécessaires et les quantités de cuivre perdues sont importantes. \ Le processus classique de décapage à l'acide a encore l'inconvénient de nécessiter l'élimination de quantités relative ment grandes des réactifs usés du décapant, du cuivre et autres sous-produits du décapant. Le processus d'élimination peut entre difficile et coûteux, en particulier à l'heure actuelle, étant donné que les réactifs usés sont des polluants en puissance qui peuvent causer des dommages écologiques et qui doivent être traités chimiquement pour éviter de tels dommages. La mise en oeuvre du processus de décapage est limitée en particulier par le fait qu'il ne permet pas de produire des lignes extrêmement minces en partie à cause de l'affouillement important du cuivre devant rester provoqué par le décapage d'une couche de cuivre relativement épaisse. En outre, l'action du décapant ne peut pas entre réglée étroitement et il faut maintenir des marges de sécurité en imposant encore une limitation à la largeur des lignes qui peut #tre- atteinte. - Un autre procédé très répandu est le procédé dit "par addition". Pour produire une plaquette de câblage par une forme de réalisation courante de ce procédé, un stratifié de matière plastique non revêtu est soumis à une série d'étapes de décapage et de sensibilisation.Une très mince couche de cuivre est déposée sur les surfaces du stratifié par déplacement chimique. Une réserve est ensuite appliquée sélectivement à la mince couche de cuivre par des procédés classiques, par exemple par la technique photographique décrite plus haut, pour limiter l'accumulation du cuivre sur les zones formant la configuration désirée du circuit. ta mince couche-de cuivre de ces zones est ensuite augmentée par électro-déposition jusqu'à l'épaisseur voulue du cuivre. Après avoir enlevé la-rénerve des parties de la plaquette où elle a-été appliquee, la mince couche de cuivre indésirable à ce moment est à découvert et est enlevée par un léger décapage Cette technique est également longue, coûteuse et difficile. En particulier, ltapplìcation de la première couche mince de cuivre présente diverses difficultés. Une sérieuse difficulté est due au manque d 'uniformité da la surface de la structure des stratifiés non revêtus fournis par divers fabricants En conséquence, en utilisant cette tec#iique, on obtient des résultats irré > uliers qui affectent en particulier l'adhérence entre le substrat du stratifié et la couche du cuivre déposé. Par suite, il est nécessaire de soumettre la surface du stratifié à un traitement chimique pour la préparer. En outre, le procédé implique des étapes nombreuses et longues et l'utilisation d'une grande diversité de solutions chimiques.Le traitement et l'éli- mination indispensables des produits chimiques augmentent également les frais du procédé et ses inconvénients du point de vue écologique. Il serait possible de surmonter ou au moins de réduire un grand nombre des inconvénients du procédé de production "par addition" si l'on pouvait appliquer au substrat une couche de cuivre d'une épaisseur inférieure à 0,02 mm par un procédé moins difficile, plus sûr et moins coûteux que le dépôt par déplacement chimique et si l'on pouvait obtenir une adhérence uniforme entre la couche de cuivre et le substrat. On a souvent tenté d'utiliser une feuille ou clinquant de cuivre d'une épaiss-eur inférieure à-0,02 mm. Toutefois, bien qu'il soit possible de traiter un tel cuivre au laboratoire, il s'est avéré difficile de produire de tels stratifiés recouverts de cuivre en quantités lndustrielles. Le cuivre très mince ne peut être manipulé qu'avec le plus grand soin et sa faiblesse physique a empêché la-mise au point de procédés de production.Par ailleurs, des stratifiés classiques de câblage imprimé présentant une couche de cuivre d'une épaisseur cqmprise-entre 0,025 et 0,178 mm n'ont pas permis de mettre en oeuvre-le procédé "par addition". La présente invention concerne un procédé modifié de pro diction, "par addition" en utilisant un substrat composite de matière plastique non conductrice ou de matière plastique et de verre qui est stratifié avec une couche de cuivre d'une épaisseur comprise entre quelques centièmes de micron et 0,02 mm. En utilisant la nouvelle technique qui sera décrite dans le présent mémoire, cette stratification peut entre effectuée en comprimant à chaud la matière plastique et-le cuivre, soit avec, soit sans adhésif intermédiaire, selon la matière plastique particulière choisie. Le stratifié produit par la technique de la présente invention se distingue des stratifiés classiques pritcipalement par 1 t épaisseur de la couche de cuivre. La nouvelle technique permet d'utiliser le- clinquant de cuivre extr#mement mince décrit plus haut par des procédés classiques de manutention et d'application et permet une stratification en quantités îndustrielles. Brièvement, la technique de la présente invention consiste à appliquer une couche très mince (inférieure à 0,02 mm) de cuivre à une matière de support qui peut supporter le processus de stratification sans dégradation. La mince couche de cuivre est ensuite collée au substrat de matière plastique de préférence par application de chaleur et de pression. La matière de support peut être ensuite enlevée. Après la préparation du stratifié recouvert de cuivre, on peut avoir recours à un procédé "par addition" sensiblement classique pour produire le circuit de configuration désirée. Dans une forme de réalisation préférée, on utilise une plaquette constituée par un stratifié de verre à l'état "B", et la couche de cuivre est collée par application de chaleur et de pression, ce qui fait mûrir la plaquette. Par conséquent, la présente invention a pour objet la préparation en quantités industrielles de stratifiés à la fois rigides et-flexibles dont les surfaces sont recouvertes d'une couche de cuivre plus mince que celle qui pouvait être atteinte jusqu'à présent ; un procédé de collage d'une couche de cuivre relativement mince à un support de matière plastique sans utiliser de matière adhésive, le stratifié recouvert de cuivre obtenu pouvant être soumis au procédé "par addition" pour produire des plaquettes de câblage imprimé. La présente invention a encore pour objet un nouveau pro cédé par addition" perfecticnné pour fabriquer des plaquettes de sablage imprime qui est plus simple, moins coûteux et qui peut s'adapter à une production en quantités relativement grandes. On va décrire maintenant en détail le procédé selon la présente invention. Une matière de support flexible,par exemple l'acétate de cellulose ou un polyester, est revêtue d'une très mince couche de cuivre. Dans un procédé en continu, on fait pas- ser la pellicule dans une série de solutions de décapage et de sensibilisation qui préparent ses surfaces en vue du dépôt du cuivre. Des techniques convenables pour un tel dépôt par déplacement chimique sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 512 946 et dans la demande de brevet des Etats Unis d'Amérique NO 597 217. Le premier dépit d'une couche de cuivre d'une épaisseur d'environ 0,38 micron est effectué par déplacement chimique. Cette couche doit être portée à une épaisseur comprise par exemple entre 2,5 et17,8 microns de façon qu'elle puisse entre utilisée comme couche de base pour un circuit à déposer par addition après le transfert sur un stratifié. Un second dépôt de cuivre pour l'augmentation de la première couche de 0,38 micron à l'épaisseur de base désirée, peut être effectué de préférence par un procédé d'électro-déposition. Toutefois, on dispose d'autres procédés qui,en fait, pourraient entre utilisés. A titre d'exemple, on peut citer les procédés de dépit par déplacement chimique qui pourraient atteindre ce but à un prix plus élevé. L'étape suivante du procédé consiste à transférer la couche de cuivre du support flexible sur le stratifié final. Etant donné que le support flexible doit entre enlevé après le collage de la mince couche de cuivre sur le substrat de matière plastique, le support et son traitement doivent former une couche de cuivre aveç une adhérence suffisante entre le cuivre et le support pour permettre une manutention et un traitement continu nu. La liaison doit également résister à une électro-déposition jusqu'à l'épaisseur désirée sans déstratification ou écaillage de la couche de cuivre par rapport au substrat. Par ailleurs, la force de la liaison ne doit pas être suffisamment grande pour empêcher d'enlever facilement le support de la couche de cuivre après stratification. La force de la liaison entre le support et la pellicule métallique peut castre réglée de diverses manières selon la compo sitton du support. Si la force de liaison est comprise entre 0,356 et 0,89 kg/cm, la séparation entre le support et la pel licule métallique ne doit normalement pas poser de problème. Si la matière du support subit une dégénérescence sous l'effet de la chaleur ou de la pression ou des deux, la liaison entre la pellicule métallique et le support peut être initialement plus forte qu'on lra indiqué plus haut, étant donné que ces matières qui se détériorent lorsqu'elles sont soumises à la chaleur et à la pression réduisent la liaison effective à de très faibles valeurs. Il est également possible d'utiliser des matières hygroscopiques car elles peuvent être imprégnées, après la phase d-'application de la chaleur et de la pression, d'une quantité suffisante d'eau pour provoquer la dégénérescence.Des exemples de telles matières comprennent un polyimide qui convient parfaitement dans ce but mais qui est relativement coûteux ou un polyester qui est moins coûteux mais plus difficile à imprégner avec la quantité nécessaire d'humidité. Des exemples de matières qui se détériorent sous l'effet de la chaleur et de la pression sont "Kodapakr' ou d'autres matières cellulosiques. Le support doit également présenter un fini superficiel et unejexture qui contribuent à l'adhérence entre la couche de cuivre et la surface de la matière plastique de base. Etant donné que la couche de cuivre épouse la texture du support à la très petite épaisseur en question, il est très souhaitable que le support présente un fini relativement grossier de manière que le cuivre, lorsqu'il est appliqué à la matière plastique pour la stratification, présente une surface rugueuse améliorant l'adhérence entre le cuivre et la matière plastique. A titre d'exemple d'un processus détaillé#qui peut être utilisé pour fabriquer un stratifié à la surface duquel est collés une couche de cuivre, on va décrire en détail ci-après un procédé auquel on peut avoir recours pour fabriquer des stratifiés rigides d'époxyde et de verre. Dans ce procédé, une étoffe de verre Smpr6tsnde d'une résine époxy liquide-et partiellement mûrie (état B) est découpée à la dimension approximative du stratifié final. Plusieurs couches de la matière à l'état B sont superpoaéès, le nombre de couches utilisé étant fonction de l'épaisseur desirée du stratifié. Le support flexible revêtu de la mince couche de cuivre, produite comme décrit plus haut, est également découpé à la dimension prescrite. Le support est ensuite placé sur la couche externe du verre imprégné d'époxyde à l'état B, la surface de cuivre étant tournée vers l'époxyde et le support faisant face vers l'extérieur.Des couches de barrage et d'amortissement appropriées de matière plastique et/ou de papier sont ensuite placées autour de l'extérieur de la pile pour assurer l'uniformité de la pression et de la température pendant les étapes ultérieures de mûrissage et pour éviter que la résine liquide coule sur les surfaces de la presse et adhère à ces dernières. L'ensemble empilé est ensuite placé sur des plateaux ou autres supports rigides et est disposé entre les plateaux chauffants d'une presse. Une pression est appliquée lorsque la température des plateaux de la presse et de l'ensemble empilé a atteint un niveau élevé. La tempé- rature et la pression sont maintenues suffisamment longtemps pour achever la fusion et le mûrissage de la résine époxy et du clinquant de cuivre pour former un stratifié final.Après refroidissement, les bords du stratiiié sont rognés et, après enlèvement du support, le stratifié revêtu de cuivre est prêt à être transforme en une plaquette à circuit imprimé par le procédé de production par addition. Des procédés analogues peuvent être utilisés avec d'autres matières de substrat qui peuvent être choisies pour produire soit des structures rigides, soit des structures flexibles. Ces. procédés sont analogues d'une façon générale mais diffèrent par certains paramètres,- comme la pression, la température, la durée de mûrissage, etc.Pour un bon rendement du procédé de production "par additiqn", il faut que la surface du cuivre soit rigoureusemerft propre et la première étape du procédé consiste à nettoyer soigneusement la surface du cuivre avec des décapant appropriés ou autres réactifs afin d'enlever toute trace d'oxyde ou matières étrangères. Comme on l'a indiqué plus haut, une partie de -l'épaisseur de 2,5 à 17,8 microns de la couche de cuivre est destinée à permettre un nettoyage mInutieux car une partie du cuivre est habituellement perdue pendant le processus de nettoyage. Il est très important que le cuivre soit d'une épaisseur suffisante pour éviter la présence de zones non conductrices qui ne réagiraient pas au procédé "par addition". Une réserve telle qu'une pellicule de réserve photosensible est appliquée ensuite à la surface nettoyée du cuivre. On peut utiliser des réserves photosensibles formant une pellicule solide telles que "Riston" de DuPont de Nemours and Co. ou une matière de réserve liquide telle que "KIR" de Eastman Kodik qui convient d'une façon générale. Une image du circuit électrique désiré est déposée sur la couche de réserve qui est ensuite exposée à une source de lumière ultraviolette relativement intense. La couche de réserve exposée est développée soit par immers ion, soit par pulvérisation avec un solvant convenable pour laisser le cuivre à découvert dans les zones où une accumulation est désirée. L t épaisseur des surfaces de cuivre à découvert est ensuite portée à la valeur désirée par électro-déposition dans un bain classique de cuivrage. Après le cuivrage, il peut être souhaitable de déposer encore par électrc-déposition ou par un autre moyen une couche de soudure ou autre métal protecteur tel que 11 or. La nature de la couche externe dépend de l'application à laquelle le circuit électrique est destiné. La couche de réserve est ensuite enlevée du stratifié par immersion dans une solution convenable.La couche de cuivre relativement mince restant sous la réserve peut être enlevée en plongeant la plaquette dans un décapant tel que le persulfate d'ammonium qui attaque le cuivre tout en laissant inchangée la configuration conductrice protégée par la soudure ou l'or. Le support flexible peut être en d'autres matières que l'acétate de cellulose ou le polyester susmentionné. D'autres pellicules de matière plastique, par exemple de "Nylon",de polyimide ou de triacétate de cellulose conviennent. Il s'est également avéré possible d'utiliser des clinquants métalliques, par exemple de cuivre, de laiton, d'acier ou d'acier inoxydable ainsi que d'autres métaux ou des combinaisons plaquées de métaux comme matière de support. On peut éviter une adhérence relativement forte entre le clinquant de support, si on utilise un métal, et la couche du cuivre déposé en créant sur la surface métallique du support une couche moléculaire, par exemple d'un oxyde, d'un sulfure ou d'un autre composé métallique.Une telle couche permet de déposer la couche superficielle de cuivre sur le support mais ne permet pas une adhérence entre le support et la couche de cuivre qui soit suffisante pour empêcher l'enlève- ment ultérieur du support après stratification. Comme exemple particulier de l'utilisation d'un support métallique, on pourrait utiliser un clinquant de cuivre sur la surface duquel une mince couche de nickel a été déposée par évaporation. Après avoir laissé sécher le nickel, il se forme une mince couche d'oxyde sur la surface du nickel qui permet ltélectro-déposition du cuivre à partir d'un bain de cuivrage acide. Par ailleurs, la couche d'oxyde empêche qu'il se forme une adhérence relativement forte entre la mince couche de cuivre et la surface de nickel. En variante, on pourrait plonger le clinquant de cuivre dans un bain contenant du foie de soufre qui engendre une mince couche de sulfure de cuivre sur la surface du clinquant. Cette couche de sulfure de cuivre agirait de la même manière que la couche d'oxyde de nickel dans l'exemple précédent. L'adhérence entre la mince couche de cuivre et le clinquant de base serait suffi amante pour permettre la manutention pendant le processus de stratification saws traitement spécial. Selon une autre technique, il s'est avéré possible d'utiliser un support rigide tel qu'une plaque d'acier inoxydable. Bien que ce type de support ne se prête pas à un traitement continu, il offre des avantages remarquables. La plaque ellemême est utilisée comme plateau de presse pendant le processus de stratification. Elle peut être réutilisée et permet un dépôt relativement simple de la mince pellicule de cuivre avec une faible adhérence entre la plaque et le cuivre. Une autre étape du procédé consiste à remplacer le dép8t par déplacement chimique de la première couche de cuivre sur le support par un dépit sous vide. Le dépôt sous vide peut être effectué soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte convenable. La vapeur métallique peut être obtenue par évaporation ou par décomposition de composés métalliques carbonylés. Il est possible d'utiliser des métaux autres que le cuivre, par exemple le nickel, le cobalt, lrargent, l'or ou des alliages de ces derniers pour former la première couche ou pour augmenter l'épaisseur de la première couche par électro-déposition pendant le processus de production par addition Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invention. REVEIWICATiONS 1. Procédé de production d'un stratifié comprenant une base isolante et une couche relativement mince d'une matière conductrice de 11 électricité collée à sa surface, le stratifié étant destiné à être transformé en une plaquette de câblage imprimé, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir un support d'une couche relativement mince d'une matière conductrice d'un c8té et à maintenir l'adhérence entre le support et la couche conductrice au-dessous d'une force de liaison prédéterminée à assembler une feuille de matière plastique non mûrie avec une feuille du substrat revêtu, le coté couche conductrice du support étant en contact avec la surface de la feuille de matière plastique ; à coller la couche conductrice à la feuille de matière plastique par application de chaleur et de pression audit ensemble de manière à faire mûrir la feuille de matière plastique et à provoquer une adhérence entre la feuille de matière plastique et la couche conductrice qui est supérieure à ladite force de liaison prédéterminée ; et à enlever le support dudit ensemble pour laisser la couche conductrice collée à la feuille de matière plastique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractcrisd en ce que le support est en matière flexible ou rigide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement du support est effectué par dépôt chimique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement du support est effectué par un premier dépôt chimique d'une couche conductrice d'une épaisseur d'environ 0,25 à 1,25 micron et par un second dépôt électrolytique d'une couche immédiatement sur la première couche jusqu'à une épaisseur totale comprise entre 2,5 et 17,8 microns. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble comprend plusieuzz feuilles de matière plastique non mûrie avec le support; revêtu. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de liaison prédéterminée est inférieure à 0,89 kg/cm. 7. Stratifié caractérisé en ce qu'il est fabriqué par un procédé de production d'un stratifié comprenant une base isolante et une couche relativement mince d'use matière conductrice de l'électricité collée à sa surface, le stratifié étant destiné à être transformé en une plaquette de câblage imprimé, ledit procédé consistant à revêtir un support d'ue couche relativement mince d'une matière conductrice d'un coté et à maintenir l'adhérence entre le support et la couche conductrice au-dessous d'une force de liaison prédéterminée ; à assembler une feuille de matière plastique avec une feuille dudit support revêtu, le coté couche conductrice de ce support étant au voisinage de la surface de la feuille de matière plastique ; à coller la couche conductrice à la feuille de matière plastique par application de chaleur et de pression audit ensemble de manière à engendrer entre la feuille de matière plastique et la couche conductrice une adhérence supérieure à la force de liaison prédéterminée ; et à enlever le support dudit ensemble pour laisser la couche conductrice collée à la feuille de matière plastique. 8. Procédé de production d'une plaquette de câblage imprimé, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à produire un stratifié comprenant une base isolante et une couche relativement mince d'une matière conductrice de l'électricité collée à sa surface en revêtant un support d'une- couche relativement mince de matière conductrice d'un côté et en maintenant l'adhérence entre le support et la couche conductrice au-dessous d'une force de liaison prédéterminée ; en assemblant une feuille de# matière plastique non mûrie avec une feuille dudit support revêtu, le côté couche conductrice du support étant en contact avec la surface de la feuille en matière plastique; en collant la couche conductrice à la feuille de matière plastique par application de chaleur et de pression audit ensemble de manière à faire mûrir la feuille de matière plastique et à produire une adhérence entre ladite feuille de matière plastique et la couche conductrice qui est supérieure à la force de liaison prédéterminée ; et en enlevant le support dudit ensemble pour laisser la couche conductrice collée à la feuille de matière plastique ; àdéposer sélectivement une réserve sur la mince couche conductrice pour former l'image négative de la configuration désirée d'un circuit électrique ; à déposer électrolytiquement une quantité supplémentaire de matière conductrice sur les parties à découvert de la surface conductrice ; à enlever la réserve de la surface conductrice et à appliquer un décapant à toute la surface pour enlever la mancie couche conductrice restante. 9. Stratifié selon la revendication 7, caractérisé en ce que le procédé de production consiste à revêtir un support d'une couche relativement mince de matière conductrice d'un côté et à maintenir l'adhérence entre le support et la couche conductrice au-dessous d'une force de liaison prédéterminée ; à assembler une feuille de matière plastique non mûrie avec ,une feuille du support revêtu, le côté couche conductrice du support étant en contact avec la surface de la feuille de matière plastique à coller la couche conductrice à la feuille de matière plastique par application de chaleur et de pression audit ensemble de manière à faire mûrir la feuille de matière plastique et à engendrer une adhérence entre la feuille de matière plastique et la couche conductrice qui est supérieure à la forcie de liaison prédéterminée, à déposer une couche protectrice d'un métal résis- tant au décapage sur la matière conductrice à découvert ; à enlever la réserve de la surface conductrice ; et à appliquer un décapant à l'ensemble pour enlever le reste de la mince couche conductrice. 10. Procédé #selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de matière plastique est initialement non mArie et en ce que étape de collage fai#galement mûrir la feuille de matière plastique. 11. Procédé selon la revendlcation 1, caractérisé en ce que l'assemblage combine une feuille de matière plastique mûrie et une couche de matière adhésive entre le côté couche conductrice du support et la surface de la feuille de matière plastique,et en ce que le collage engendre unessdhérenee entre la feuille de matière plastique et la couche conductrice gracie à la couche adh#sive intermédiaire. 12. Stratifié selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'assemblage de son procédé de production consiste à utiliser une feuille de matière plastique non mûrie et en ce que l'étape de collage fait mûrir ladite feuille de matière plastique. 13. Stratifié selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'assemblage de son procédé de production consiste à placer une couche adhésive intermédiaire entre le côté couche conductrice du support et la surface de la feuille de matière plastique, et en ce que l'étape de collage engendre l'adhérence gracie à la couche adhésive intermédiaire. 14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support utilisé dans l'étape de revêtement présente un côté qui a été préalablement rendu rugueux de manière que la surface à découvert de la couche conductrice présente une surface rugueuse analogue.