Brevet FR2262135A1 — publié le 19750919

La présente invention concerne l'électrodéposition sélective et a trait notaa,'ent a un procédé d'électrodéposition sélective pour déposer une couche de métal sur des objets de faibles dimensions. Un avantage que présente l'électrodéposition sélective est qu'on économise sur les métaux utilisés dans le procédé. Un autre avantage est que, du point de vue technique, il est souhaitable, lorsqu'il s'agit de certains composants électriques et électroniques, d'éviter de déposer la couche sur la totalité des composants. Des métaux tels que le platine, l'argent et notamment l'or présentent des propriétés désirables de conductivité électrique et de résistance a la corrosion et, de ce fait, on les utilise couramment dans la fabrication de composants électriques et électroniques de haute qualité. Par exemple, les circuits intégrés sont ordinairement fixés par soudage ou par un liant a un disque de base métallique sur lequel on a préalablement déposé une couche d'or. Lorsque le circuit intégré a été fixé par soudage ou par un liant sur le disque, on soude une capsule cylindrique au bord du disque. Cet ensemble constitue une enceinte hermétique pour fermer de manière étanche le circuit intégré. Des conducteurs, qui traversent le disque par des isolateurs de verre, sont connectés électriquement au circuit intégré après que celui-ci a été fixé sur le disque. En raison des petites dimensions des composants constituant de tels circuits intégrés et en raison du grand nombre d'unités prodnites selon les techniques modernes de production, il est,de pratique d'effectuer I'électrodéposition des composants en vrac, notamment par un procédé dit électrodéposition au tonneau. Cela veut dire que la totalité du composant est revetue d'un métal précieux, bien qu'il ne soit nécessaire d'en revetir qu'une partie. Une autre application de l'électrodéposition est de deposer une couche d'or sur les éléments mâles et femelles de connecteurs électriques et électroniques, surtout lorsqu'une longue durée de vie est recherchée. Le glissement des parties du connecteur, qui sont en contact l'une avec l'autre, lorsqu'on établit ou supprime une connexion provoque l'usure des surfaces plaquées. Il est par conséquent nécessaire de prévoir une couche d'or relativement épaisse. Ici encore, en raison des difficultés de manipulation, on dépose la couche de métal sur la totalité des éléments mâles et femelles des connecteurs, même s > il est nécessaire de revetir seulement les parties qui sont en contact. Ces procédés gaspillent, bien entendu, l'or ou un autre métal précieux utilisé. L'électrodéposition au tonneau conduit également a un gaspillage du métal de revetement en raison de la nature aléatoire dont les contacts électriques sont déposés sur chacun des composants lorsque le tonneau tourne.- Il en résulte qu'il se produit des variations d'épaisseur de t 30 % environ. Afin d'assurer par conséquent une épaisseur minimum adéquate, il faut appliquer en moyenne un excédant de 30 % du métal de revêtement sur chaque composant. En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un procédé d'électrodéposition sélective qui permet de recouvrir de petits composants qui, en grande quantité, sont difficiles à manipuler et à tenir. Pour atteindre ce but, le procédé conforme à la présente invention, permettant de revêtir d'une couche métallique des composants de petites dimensions comportant une partie conductrice saillante, consiste à prévoir un dispositif de montage comportant un certain nombre de trous espacés dont chacun est assez grand pour recevoir la partie conductrice d'un composant, à maintenir le dispo -sitif de montage au-dessus d'une cuvette contenant un materiau conducteur fondu à faible point de fusion, à introduire les parties conductrices des composants à revêtir dans le matériau fondu à travers les trous du dispositif de montage, de sorte que les composants sont maintenus espacés, à permettre au matériau fondu en fusion de se solidifier pour obtenir un bloc qui constitue un support conducteur des composants, à positionner le support pour que des parties sélectionnées des composants soient immergées dans I'électrolyte du bain d'electrode- position, à appliquer une connexion anodique à l'électrolyte et une connexion cathodique au support afin de déposer un revêtement électrolytique sur les parties sélectionnées et à écarter les composants du support à la fin de l'ppé- ration d' électrodéposition. De préférence, on résout le problème de manipulation des petits compo- sants en ce qu'on les charge dans le support en laissant tomber une certaine quantité des composants sur le dispositif de montage, de sorte que certains d'entre eux tombent avec leurs parties conductrices dans les trous. Ceux qui ne tombent pas de cette façon sont enlevés, en balayant ou en inclinant le dispositif de montage. On peut répéter ce procédé jusqu'à ce que la plupart des trous soient remplis. De préférence le chargement du dispositif de montage est effectué par voie mécanique à l'aide d'un vibreur électromagnétique. Le matériau à faible point de fusion peut être une matière thermo-plastique rendue conductrice par exemple par l'inclusion de grains ou de particules conductrices. La matière thermo-plastique peut recevoir les parties saillantes à l'état plastique et, en refroidissant et se solidifiant, les maintiennent en place. Toutefois, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention la masse de la matière conductrice est constituée par un alliage métallique à faible point de fusion. Le métal peut être maintenu à une température très proche de son point de fusion pour qu'il reste mou et à l'état plastique. Toutefois, on préfère insérer les parties saillantes des composants dans le métal pendant qu'il est en fusion et permettre au métal de se solidifier autour des parties encastrées afin de les retenir. Après l'opération d'électrodéposition, les composants sont séparés du bloc de métal en refondant ce bloc. En variante, les composants peuvent être séparés simplement en coupant les parties saillantes à l'endroit où elles entrent dans Ie bloc. Le bloc est en un matériau dont le point de fusion est assez faible pour assurer que les composants et le métal de revêtement nesoient fondus ni endom magés par la chaleur nécessaire pour faire fondre le matériau. Le matériau du bloc est constitué de préférence par un alliage métallique qui a un point de fusion de 70"C au maximum. Divers alliages contenant du plomb, de l'étain, du mercure, de l'antimoine et du bismuth présentent un faible point de fusion et peuvent être utilisés dans le procédé conforme à la présente invention. Cependant, la présente invention n'est pas limitée à un alliage métallique particulier ni à un point de fusion particulier. Le dispositif de montage peut être en une matière plastique par exemple du chlorure de polyvinyle ou en une autre matière isolante. En variante, ce dispositif de montage peut être en métal. La connexion électrique entre le bloc et la source de courant assurant l'électrodéposition peut être assurée par un conducteur encastré dans le bloc lors de sa solidification. Toutefois, on peut utiliser d'autres modEs de connexion tels que des ressorts ou des pinces par exemple. La forme des composants peut être telle qu'une partie élargie prenne appui contre le bord du trou du dispositif de montage, assurant ainsi que les hauteurs des composants montés soient uniformes. Une telle partie élargie peut être constituée par exemple par le disque d'un circuit intégré comme on l'a décrit ci-dessus. Danse cas, le diamètre des trous du dispositif de montage doit être plus petit que celui des disques. D'autre part, des composants tels que les conducteurs de diodes n'ont pas besoin d'avoir ces parties élargies. Pour ces composants, on peut assurer l'uniformité de la hauteur en permettant aux parties saillantes de prendre appui sur le fond du bain qui contient le métal en fusion. Selon un procédé conforme à la présente invention, les composants prennent appui d'abord sur la surface du métal à l'état solide, le métal est ensuite fondu et les composants descendent sous leur propre poids pour venir prendre appui sur le fond du bain, auprès quoi le métal refroidit et se solidifie. On peut insérer des anses dans le bloc pour faciliter la manipulation du métal et pour établir la connexion du courant d'élecrodéposition aux composants. Une difficulté qui peut apparaitre dans le cas de composants légers est outils tendent à rester sur la surface du métal en fusion, puisqu'ils n'ont pas un poids suffisant pour les faire pénétrer dans la surface. Un autre mode de réalisation de la présente invention vise particulièrement les composants légers. Selon un autre aspect de l'invention, on fournit un procédé d'électrodéposition sélective pour déposer une couche métallique sur des composants de faibles dimensions dont chacun comporte au moines une partie conductrice sailan- te en une matière magnétique, le procédé consistant à prévoir un dispositi-f de montage comportant un certain nombre de trous espacés dont chacun est assez grand pour recevoir la partie conductrice d'un composant, à disposer le dispositif de montage à une distance prédéterminée d'un support électromagnétique comportant une surface recouverte d'une feuille conductrice, à insérer les parties conductrices des composants à revêtir à travers des trous dans le dispositif de montage où ils sont maintenus espacés en contact avec la surface de la feuille conductrice par application d'un courant d'aimantation au support électromagnétique, à posit-ionner le support de sorte que des parties sélectionnées des composants sont immergées dans l'électrolyte d'un bain d'électrodépo- sition, à appliquer une connexion anodique à l'électrolyte et une connexion cathodique à la feuille conductrice pour déposer une couche métallique par électrodéposition sur les parties sélectionnées, et a la fin de l'opération d'électrodéposition, à désexciter le support électromagnétique afin de dégager les composants. Avec cette disposition, on peut secouer les composants pour qu'ils entrent dans les trous du dispositif de montage, tout comme dans le cas du support décrit ci-dessus. Toutefois, selon une variante de réalisation, les composants peuvent être maintenus sur un support vibratoire et sont attirés vers le haut pour entrer dans les trous du dispositif de montage par ltelectro-aimant. Alors, il n'est pas nécessaire de renverser le support afin de plonger les parties à revêtir dans l'électrolyte. Le dispositif de montage peut être constitué par une simple grille métallique, surtout lorsque les composants à revêtir sont constitués par des conducteurs en forme d'épingle par exemple. Les composants revêtus de manière sélective, en suivant l'un des procédés conforme à la présente invention, rentrent également dans le cadre de la présente invention. Bien que l'application principale de ce procédé soit dans l'electrodepo- sition sélective, appliquée à des composants électriques et électroniques faibles dimensions, ce procédé peut être utilisé pour déposer une couche métal lique sur n'importe quel petit objet contenant des métaux ou constitués par des métaux, par exemple des articles de joaillerie. Les métaux de revêtement sont ordinairement des métaux précieux ou semiprécieux puisque l'avantage principal apporté par ce procédé réside dans les économies faites du métal coûteux. Toutefois, la présente invention n'est pas limitée à l'utilisation de métaux de revêtement précieux ou semi-orecleux. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple > en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en perspective d'un disque de base d'un circuit intégré ; - la figure 2 est une vue schématique d'une plaque de montage utilisée dans le procédé conforme à la présente invention - les figures 3 à 7 sont des vues schématiques représentant des étapes sucessives du dépôt par électrodéposition sélective d'une couche métallique sur un disque de base d'un circuit intégré - les figures 8 à 10 sont des vues schématiques d'un autre mode d'électrodéposition sélective conforme a la présente invention ; et - la figure Il est une vue schématique d'une étape d'un autre mode d'électrodéposition sélective conforme à la présente invention. Sur la figure 1 on voit un ensemble de base d'un circuit intégré constitué par un disque I en acier nickelé etlou en kovar. Trois conducteurs 2, 3 et 4 partent d'un côté du disque 1. Les conducteurs 2 et 3 sont fixés dans le disque à travers lequel ils passent par des joints isolants en verre 5 et 6. Le conducteur 4 est soudé sur le disque. Dans la fabrication d'un tel ensemble, il est de pratique de revêtir tout l'ensemble dtor y compris le disque I et les conducteurs 2, 3 et 4. Cela s'explique du fait qu'il est nécessaire de-prévoir une couche d'or sur la face supérieure du disque I pour permettre d'y fixer, par soudage ou au moyen d'un liant, le circuit intégré.Lorsque le circuit intégré est fixé par soudage ou par un liant, une capsule 7-en acier nickelé ou en kovar est soudé sur le disque 1 de façon à former un joint hermétique. Le procédé selon la présente invention permet de monter un grand nombre d'ensembles de base ou de composants similaires et de les maintenir pour permettre de déposer une couche métallique seulement sur la surface supérieure da disque l par électrodéposition sélective. On représente- sur la figure 2 un dispositif de montage pouvant être utilisé dans le procédé de l'invention. Ce dispositif se compose d'une plaque de CPV ou d'une autre matière isolante d'une epaisseur adéquate pour supporter le poids des composants et pour assurer un guidage correct quant au positionnement des composants. La plaque, représentée globalement en 8, comporte des pattes 9 et 10 aux côtés opposés permettant sa manipulation. La plaque comporte en outre un certain nombre de trous ll qui sont espacés régulièrement et dont le diamètre est légèrement inférieur à celui du disque 1 (figure 1). Sur la figure 3 on représente schématiquement un dispositif d'alimentation vibratoire 12 utilisé dans le procédé de la présente invention. Ce dispositif comprend un vibrateur électrique 13 qui fait vibrer une trémie 14 chargée d'ensembles de base du genre décrit en se référant à la figure 1. Les ensembles de base descendent un plan incliné 15 secoués par le dispositif vibratoire, la plaque 8 etant disposée au-dessous du plan incliné. Les ensembles (représentés en 16 sur la figure 3) tombent sur la plaque et certains d'entre eux tombent de façon que leurs conducteurs entrént dans les trous ll comme on le représente.Les ensembles, qui ne tombent pas de cette façon, tombent de la plaque sous l'effet des vibrations ou ils peuvent tomber du dispositif de mon- tage en glissant si ce dispositif est incliné, ou on peut les écarter de la surface du dispositif de montage à l'aide d'une balayette. Ces ensembles retournent ensuite à la trémie. Après un certain temps, chacun des trous ll aura reçu un ensemble conte on le représente. La figure 4 représente la façon dont on peut écarter à l'aide d'une balayette 16b, les ensembles 16a qui restent sur la surface de la plaque. La plaque 8 portant les ensembles est ensuite transférée à un bain 17 (figure 5) d'un métal qui est à l'état solide à ce moment là, mais qui est apte être chauffé par voie électrique. En variante, le métal peut être à l'état fondu au moment où les ensembles de base y sont transférés. Le métal représenté en 18 est constitué par un alliage de plomb, d'étain et de mercure. Cet alliage est connu dans le commerce sous le nom de Blocking Alloy 70, dont le point de fusion est de 700C. Les extrémités des conducteurs des ensembles 16 sont introduites dans le métal en fusion jusqu'à ce qu'ils soient tombés sous leur propre poids et que tous les disques reposent sur la surface supérieure du dispositif de montage, qui les maintient de façon que les conducteurs 2, 3 et 4 rentrent dans le métal en fusion mais ne prennent pas appui sur le fond du bain. On coupe ensuite le courant de chauffage du bain. Le métal se solidifie par conséquent et retient les extrémités des conducteurs. En outre, on voit un fil électrique cathodique 19 dont une extrémité est encastrée dans le bloc de métal solidifié. Sur la figure 6 on représente le bloc solidifié 18 transféré à un bain d'électrodéposition. Le bloc etlaplaque 8 sont renversés de sorte que seules les parties supérieures des ensembles sont immergées dans un bain d'une électrolyte d'or Cette électrolyte est représentée en 20. Une connexion cathodique est assurée par un fil électrique cathodique 19 et le revêtement des faces des ensembles par Eleetrodéposition peut être effectué. I1 est à noter que le courant cathodique passe d'abord au bloc 18 et ensuite dans les conducteurs 4 qui sont connectés au disque 1. Dans un exemple typique, la solution d'électrodéposition est constituée d'une électrolyte d'or contenant 9 grammes par litre d'or. L'épaisseur de la couche est de 1,27 , étant obtenue après 10 minutes à une température de bain de 620C et à une intensité de courant de 0,5 A/dm2. Lorsqu'une couche d'or suffisante a été déposée sur les faces des disques, on niéve ensemble et on le remet dans l'unité de chauffage 17 (figure 7). Un courant électrique est appliqué à l'unité 17 et le bloc métallique 18 fond. La plaque 8 et les disques 16 revêtus d'une couche métallique sont écartés. Les disques sont alors prêts pour l'assemblage du circuit intégré. Sur les figures 8 à 10 on représente une variante de réalisation du procédé de la présente invention pour déposer de manière sélective une couche métallique par-électrodéposition sur les éléments mâles et femelles de connecteurs électriques. Les éléments mâles désignés en 31 sur les figures 8 à 10 sont droits, minces et cylindtiques. Les éléments à revêtir avancent sous l'action d'un dispositif d'alimentation vibratoire 12 comprenant un vibrateur électro-magnétique 13, une trémie 14 et un plan incliné 15, comme le montre la figure 3. Les éléments 31 sont introduits sur un dispositif de montage 32 lequel, selon ce mode de réalisation, est constitué par une grille métallique. Certains de ces éléments tombent dans les trous de la grille pour venir prendre appui sur une feuille métallique 33 qui recouvrent la plaque de pôle 34 d'un électro-aimant 35 muni d'une bobine 36. La bobine 36 n'est pas encore sous tension. Les éléments qui ne tombent pas dans les trous de la grille sont écartés à l'aide d'une balayette 37 (figure 9). On répète cette opération jus qu'à ce qu'un nombre suffisant d'éléments espacés par la grille 32 reposent sur la feuille 33. On met le vibrateur 13 hors tension et on met la bobine 36 sous tension pour attirer les éléments 31 et les maintenir en contact intime avec la feuille 33, les éléments étant en une matière magnétique. Ensuite, on renverse l'électro-aimant portant les éléments de sorte que les extrémités libres des éléments, qui doivent être revêtues d'une couche métallique par électrodéposition, sont immergées dans un bain d'électrolyte. Un potentiel anodique est appliqué à l'électrolyte et un potentiel cathodique est appliqué à la feuille 33 pour effectuer l'électrodéposition. A la fin de cette opération on écarte l'électro-aimant et les éléments du bain 20 et on coupe le courant de la bobine 36 pour dégager les éléments revêtus. Sur la figure Il, on représente l'étape de chargement selon une variante du procédé conforme à la présente invention. Un électro-aimant recouvert d'une feuille analogue à celle montrée dans les figures 8 à 10 est utilisé avec un dispositif de montage comme celui représenté sur la figure 2. Les ensembles de base à revêtir sont introduits dans un bac 22 qui est mis en vibration par un vibrateur électromécanique 23. Le dispositif de montage, comprenant une plaque 8 comme le montre la figure 2, est maintenu au-dessus du bac 22 tandis que la plaque 8 est disposée au-dessus de l'électro-aimant 35. L'électro-aimant comprend une plaque de pôle 34 dont une surface est recouverte par une feuille métallique 33 et qui comporte une bobine d'excitation 36.L'excitation de la bobine 36 par un courant attire les conducteurs 2 à 4 des ensembles, ces con ducteurs étant en une matière magnétique. Les conducteurs sont attirés vers a plaque 8 et certains d'entre eux traversent les trous de la plaques et viennent en contact avec le pale 25. D'autres ensembles, ceux représentés en 26 par exemple, sont maintenus sur le dessous de ia plaque 8 par attraction magnétique. Les ensembles 26 qui ne sont pas situés dans les trous de la plaque sont écartés en'réduisant le courant dans l'enroulement 27 et en secouant légèrement la plaque 8. Cela permet aux ensembles 26 de tomber, tout en retenant ceux qui sont en contact avec la feuille 33. Lorsque l'aimant est complètement chargé avec des ensembles, ltélectro-- déposition est effectuée, comme on l'a décrit ci-dessus, et les disques une fois revêtus sont dégagés en désexcitant l'aimant. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'électrodéposîtion sélective pour déposer une couche métallique sur des composants de faibles dimensions comprenant au moins une partie conductrice saillante, consistant à maintenir les composants dans un support, à immerger des parties sélectionnées des composants à revêtir dans l'électrolyte d'un bain d'électrodéposition et à appliquer une connexion anodique à ltelectro-- lyte et une connexion cathodique au support pour déposer une couche métallique sur les parties sélectionnées, caractérisé en ce que le support est constitué par une certaine quantité d'une matière conductrice à faible point de fusion (18) qui se solidifie pour former un bloc sur les parties conductrices ou par un électroaimant recouvert d'une feuille conductrice (24) qui attire les parties conductrices, les composants étant espacés et maintenus pendant l'opération d'électrodéposition par un dispositif de montage (8) comportant des trous (11) qui reçoivent les parties conductrices et écartés du support à la fin de cette opération. 2,- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants sont dégagés du bloc de support solidifié en refondant ce bloc. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ee que le matériau constituant le bloc de support est en un alliage métallique dont le point de fusion est de 7OeC maxiriiim. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parties conductrices (2, 3, 4) sont insérées dans les trous (11) du dispositif de montage (8) en laissant tomber les composants sur le dispositif de support (8) et en écartant ceux d'netre eux dont les parties conductrices (2, 3, 4) n'entrent pas dans les trous (11) du dispositif de montage. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les composants sont introduits sur le dispositif de montage par voie mécanique sous l'action d'un mécanisme vibratoire. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants à revêtir ont une tête 1 dont les dimensions sont supérieures à celles de la partie conductrice (2, 3, 4), cette partie conductrice partant de la tête, et en ce que le dispositif de montage (8) est constitué par une plaque comportant un certain nombre de trous espacés (11) dont le diamètre est inférieur à celui de la tête (1) mais assez grand pour laisser passer les parties conductrices (2, 3, 4). - 7.- Procédé selon a revendication 6, caractérisé en ce que les composants sont constitués par les ensembles de base de circuits intégrés comprenant des disques (1) et en ce que les parties conductrices sont constituées par plusieurs conducteurs ( 2,3, 4,) partant d1une face du disque.