Brevet FR2349255A1 — publié le 19771118

La présente invention concerne une plaquette de circuit comprenant un substrat sur au moins une face duquel on encastre du métal conducteur pour former un ou plusieurs circuits. Elle concerne aussi le procédé de fabrication de cette plaquette, selon lequel on moule le substrat de la plaquette à sa forme finie, y compris des évidements correspondant aux circuits voulus et des trous éventuels, les surfaces de portée qui se trouvent entre les évidements étant couvertes d'un revêtement isolant vis-à-vis du placage (masque de placage) et le placage de la plaquette étant ensuite réalisé afin que le métal conducteur se dépose dans les évidements et les trous éventuels, après quoi on exécute des traitements de surface convenables. De façon traditionnelle, on a fabriqué des plaquettes de circuitsimprimesen utilisant un substrat stratifié recouvert de métal. Suivant une forme primitive de fabrication, on colle de minces feuilles de cuivre (de 25 à 125 microns) sur un matériau à base de résines phénoliques, on applique une image positive du circuit voulu à la surface du cuivre de manière que celle-ci serve de revêtement isolant vis-à-vis du décapage (masque de décapage), et on attaque le cuivre laissé à nu. On enleve ensuite le masque isolant, on réalise les trous à l'aide d'un foret ou d'un poinçon selon les exigences de la fabrication, et on passe à la finition du produit qui consiste en un nettoyage et une application d'un vernis en bain aqueux assurant la protection et maintenant l'aptitude au soudage. On a développé naturellement ce procédé en appliquant de façon identique des circuits de cuivre #des deux côtés d'un meme substrat. On a ultérieurement mis au point ce qu'on a appelé le "procédé tout-plaqué", dans lequel on fore un substrat à deux faces utiles, on le soumet à un dépit métallique non électrolytique (ce qui ne signifie pas non électrochimique), y compris le placage des trous, on imprime une image négative destinée à servir de masque de placage,puis on réalise sur la plaquette un dépit électrolytique de cuivre, suivi d'un dépit d'un alliage étain-plomb ou d'une autre substance de finition pouvant servir de masque de décapage ou de revêtement protecteur. On enlève le masque de placage et on attaque la plaquette pour retirer le métal qu'il recouvrait,le dépit d'alliage étain-plomb servant de masque de décapage, afin de protéger les éléments voulus de circuit.Suivant une version simplifiée de ce procédé, on active le substrat, on lui applique un masque formant image négative et on réalise le placage non électrolytique du circuit. Ce procédé est connu sous l'appellation "procédé additif" et est utilisé lorsque l'on désire obtenir une plaquette entièrement plaquée (c1est-à-dire y compris les trous). Une des difficultés du procédé "tout-plaqué" réside en ce que les ouvertures de la plaquette doivent être aussi régulières et propres que possible pour permettre que le placage conserve son intégrité. Les tentatives de percer de façon nette toute espèce de matériau pour substrat couramment disponible ont abouti à des échecs et, si le forage des trous est une opération pratique et économique, de nombreux utilisateurs ont, pour des raisons de montage, besoin d'ouvertures ayant d'autres formes que celles du cercle parfait. Dans les domaines où on utilise des quantités très importantes de plaquettes entièrement plaquées, les problèmes cités ci-dessus ont amené des difficultés considérables. De plus,le coat du substrat représente 25%, ou plus, du cotit de ce genre de plaquette, et celle-ci finit par subir une séparation de ses couches constitutives et des craquelures. Parmi les autres procédés connus de fabrication de plaquettes de circuit, notamment celles comportant un substrat de matériau d#iélectrique et un circuit conducteur incrusté dans une surface du substrat, certains procédés consistent à former le dessin du circuit sur un support temporaire, encastrer celui-ci dans un substrat, puis à retirer le support; d'autres consistent à réaliser le placage métallique d'un substrat moulé, à graver en relief le dessin du circuit sur le substrat plaqué et à retirer le métal en excès. Divers autres moyens sont également utilisés. Toutefois, tous les procédés qui viennent d'8tre cités présentent un ou plusieurs inconvénients, par exemple un prix elevé, une adhérence médiocre, un contrtle de la qualité difficile à effectuer, etc. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication de plaquettes de circuit présentant des opérations simples, faciles à exécuter avec grande précision, et économiques. L'invention vise également à produire une plaquette de circuit encastré, dans laquelle les éléments de circuit sont liés chimiquement et mécaniquement au substrat. L'invention propose certaines améliorations concernant la forme, la structure et la disposition réciproque des différentes parties, ainsi que les opérations constituant le procédé, de sorte que les objectifs cités ci-dessus, ainsi que d'autres, peuvent filtre pleinement réalisés. L'invention se retrouve donc dans les différentes opérations constituant le procédé et dans les relations qu'elles présentent les unes avec les autres, et dans l'article qui possède les caractéristiques, les propriétés et les relations que présentent entre eux ses éléments constii tutifs, tout ceci étant illustré par l'exemple donné ci-dessous, le domaine de l'invention étant défini par les revendications. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation du procédé et d'exemples de réalisation illustrés par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en plan détaillée d'une partie# d'une plaquette de circuit, comportant des parties découpées ; - la figure 2 est une vue en coupe, suivant la ligne II-II de la figure 1, de la plaquette telle qu'elle se présente à une étape de la fabrication ; et - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe identiques montrant la plaquette à d'autres étapes de la fabrication. Le mode de réalisation donné en exemple peut entre schématisé de la façon suivante A. Réalisation d'un moulage comportant les circuits et les trous voulus. B. Moulage de la plaquette à l'aide d'une substance non. conductrice appropriée. C. Nettoyage de la plaquette par jet de sable et abrasion chimique. D. Activation chimique de la plaquette. E. Mise en place d'un revêtement protecteur (masque) vis-à-vis du placage sur les seules parties en relief de la plaquette. F. Soumission de la plaquette à un dépit de cuivre non électrolytique (c'est-à-dire sans passage de courant) jusqu'A l'épaisseur voulue. G. Revêtement et, ou bien, nettoyage et protection de certaines surfaces. De façon plus ddtaillée, le procédé donné en exemple est le suivant A. On réalise un malle suivant le dessin mécanique donné par l'utilisateur, les surfaces corretpondant au circuit étant en relief et des montants ou des goupilles étant prévus pour former des trous ayant toute dimension ou forme voulues. B. On moule le substrat de la plaquette à partir d'une substance non conductrice appropriée, par exemple du polysulfure de phénylène ou des résines phénoliques additionnées d'une charge, en fonction des conditions relatives à l'utilisation et à la fabrication, de manière à produire un substrat comportant des surfaces de circuit en creux et des trous, selon ce qui est demandé. C. Pour préparer l'électrodéposition, on fait subir à la plaquette une abrasion par jet de sable, par exemple avec de l'oxyde d'aluminium en grains de 60 microns sous une pression de 2,8 kg/cm, et, ou bien, une abrasion chimique (de préférence les deux) ; la rugosité relative à l'abrasion peut commodément entre de l'ordre de 0,635 micron.On peut réaliser l'abrasion chimique par dégraissage de la plaquette à l'aide d'un solvant chloré, par exemple du trichloroéthylène ou un produit équivalent, immersion dans un surfactif-détersif alcalin de trempage, par exemple le "PC 453" d'Enthone, ou un produit équivalent, suivie d'un rinçage à l'eau et d'un séchage, immersion dans une solution de diméthylformamide et d'éthylèneglycol, suivie d'un rinçage, immersion dans une solution de méthyléthylcétone et de trichloroéthylène, suivie de nouveau d'un rinçage, et enfin exposition de la plaquette à une solution aqueuse d'acide sulfurique et de trioxyde de chrome, suivie d'un rinçage à l'eau final. D. Pour préparer aux applications ultérieures, on active chimiquement la surface de la plaquette. Par exemple, sans que ceci constitue une limitation, on peut activer chimiquement la plaquette au moyen des opérations suivantes ou d'opération équivalentes 1. Immersion dans un surfactif, comme le "PA-3" de MacDermid, suivie d'un rinçage à l'eau 2. immersion dans une solution de chlorure stanneux contenant une suspension collofdale ou non collotdale de chlorure de palladium, comme le "Cataprep" de Shipley, suivie d'un rinçage à l'eau 3. immersion dans une solution d'acide fluoborique contenant des surfactif s, comme "Accelerator 19" de -Shipley ou "9071" de MacDermid, suivie d'un rinçage dans l'eau ; et 4. chauffage dans un four à 1000C pendant 30 mn environ. E.On applique aux parties surélevées de la plaquette un masque de placage, tel que polymères durcissables photosensibles ou par exemple "Riston", 'NPR" ou un produit équivalent, en laissant exposées les surfaces en creux formant le circuit. F. On procède au placage de la plaquette en réalisant de préférence un dC5p8t,sans passage de courant, d'une matière conductrice comme le cuivre (seul ou sur du nickel) jusqu'à l'épaisseur voulue par exemple dans les surfaces évidées et les trous. A titre d'exemple, sans que ceci constitue une limitation, on peut procéder au placage au moyen des opérations suivantes 1.Pré-immersion (facultative) dans une solution d'acide fluoborique contenant des surfactifs, comme "Accele- rator 19" de Shipley ou "9071" de MacDermid, suivie d'un rinçage à l'eau 2. immersion dans une solution d'électrodéposition non électrolytique de nickel, par exemple une solution de phosphate de nickel contenant des agents mouillants et du chlorure de nickel, comme "Electroless Nickel 9340" de MacDermid, suivie d'un rinçage à l'eau ; et 3. immersion dans une solution d-'électrodéposition non électrolytique de cuivre, par exemple une solution de sulfate de cuivre, de formaldéhyde, d'agents stabi lisants, d'agents mouillants, d'agents d'affinage de grains et d'hydroxyde de cuivre, telle que "9042" de MacDermid, jusqu'à ce que l'épaisseur voulue de cuivre soit obtenue G.Les opérations de revêtement et de nettoyage comprennent l'application d'une substance à base de résine époxyde isolant de la soudure aux surfaces du circuit dans lesquelles aucun soudage ne doit être fait, le nettoyage des surfaces exposées de cuivre par exemple par abrasion à l'aide d'une pierre ponce, d'oxyde d'aluminium, d'abrasifs à base de Nylon7 etc., et la protection de ces surfaces au moyen d'un vernis aqueux, d'acide malique dilué ou d'une résine décapante non active, permettant de donner une bonne aptitude au soudage.On peut aussi nettoyer chimiquement les surfaces exposées de cuivre avant l'application du vernis aqueux ou du produit équin valent protecteur au moyen des opérations suivantes l.immersion dans une solution alcaline chaude; 2. rinçage à l'eau froide, 3. immersion dans un bain de persulfate d'ammoniaque de concentration modérée, 4. rinçage à l'eau froide, 5. immersion dans une solution d'acide sulfurique à 10%, 6. rinçage à l'eau froide, et 7. séchage. La plaquette est alors prote pour le contrôle, l'emballage et l'expédition. Il peut cotre commode de former sur le moule des repères d'identification et, ou bien, d'explication de manière qu'ils apparaissent sur la plaquette terminée sous la forme de surfaces plaquées en cuivre. Certaines étapes importantes du procédé sont illustrées sur les figures 1 à 4. La figure 3 montre un substrat 11 d'une matière diélectrique isolante en plastique qui a été moulé suivant une forme contenant des surw faces 12 évidées ou en creux correspondant aux trajets suivis par les circuits voulus et des trous 13 et-14 qui ont été formés simultanément aux endroits voulus, à la taille et à la forme voulues. L'une des surfaces du substrat, ou les deux, doit entre évidée dans les zones voisines des trous, par exemple en 15 et 16, afin de permettre la mise en place des éléments de circuit annulaires indiqués sur la figure 1. Les surfaces non évidées du support se trouvent dans un même plan et sont formées par les parties surélevées 17 et 18. Le substrat possède sensiblement l'aspect donné par la figure 3 à la fin des opérations B, C et D décrites ci-dessus. Après l'activation chimique de la surface (étape D), on applique d'une manière commode un masque de plaquage 20, 21 aux parties surélevées 17 et 18 et au dos 19 de la plaquette, comme le montre la figure 4 (opération E), puis on procède au placage du substrat (opération F) afin que du cuivre soit déposé dans les parties évidées 12 correspondant au circuit, dans les trous 13 et 14 et autour des trous, comme cela est indiqué en 22, 23 et 24 sur la figure 2. Les évidements 25 et 26 entourant certains trous sur le dos du substrat sont également remplis de cuivre afin de former des zones permettant la connexion des circuits aux autres éléments.Il n'est pas nécessaire d'enlever le masque de placage ; les opérations de revêtement et de nettoyage (G) varient suivant la zone considérée, comme cela a été expliqué ci-dessus,et n'ont pas été illustrées de façon spéciale. Le moulé se présente sous la forme d'une ou plusieurs cavités et il peut etre conçu pour produire des trajets de circuits en creux dans les deux surfaces du substrat ou dans une seule surface. Les trous ont un fini lisse, non rugueux et déchiré, comme c'est le cas des trous obtenus par poinçonnage. La matière du substrat doit pouvoir supporter la chaleur du soudage et satisfaire toutes les autres conditions nécessaires. Les matières plastiques phénoliques sont considérées comme convenant particulièrement et peuvent filtre utilisées seules ou stratifiées avec d'autres matériaux. Le masque de placage peut être appliqué (opération E) de diverses manière, parmi lesquelles notamment une application au cylindre. Toutefois, dans certains cas, on peut envisager un procédé sérigraphique. Dans un procédé modifié, on omet l'opération E (masque) de placage), et on procède à l'électrodéposition non électrolytique d'un métal sur toute la surface du substrat (opération F), après quoi on abrase par moulage ou jet de sable suffisamment de métal pour mettre à nu les surfaces de portée tout en laissant le métal dans les surfaces en creux et les trous éventuels. L'épaisseur de métal constituant les circuits peut être obtenue, si on le désire, par placage électrolytique ou non électrolytique. Dans l'une ou l'autre forme de fabrication, le métal constituant le ou les circuits est solidement fixé- dans les évidements ou creux préformés et dans les trous moulés éventuels. Comme on l'a suggéré ci-dessus, les circuits conducteurs peuvent être fabriqués au moyen d'une-première électrodéposition non électrolytique de nickel, suivie d'une électrodéposition non électrolytique de cuivre jusqutà obtention de ltépaisseur voulue. Alors que les plaquettes de circuit sont pratiquement plates et rectangulaires, les plaquettes réalisées de la manière décrite ci-dessus pourraient, le cas échéant, avoir d'autres formes, notamment être circulaires, gauches ou cylindriques. Les surfaces de portée décrites comme "plates" comprennent en fait les surfaces non évidées de la plaquette présentant tout contour voulu en coupe. De même, lorsque l'on fait mention d'un circuit, il faut comprendre qu'il peut s'agir de plusieurs circuits. EXEMPLE A titre d'exemple illustratif d'un mode de réalisation préféré de la présente invention, un support pour plaquette de circuit formé de "Genal" (General Electric), qui est une résine phénolique contenant une charge, a été moulé de manière à correspondre au dessin mécanique voulu du circuit, les zones du circuit étant en creux et des trous appropriés ayant la forme et la dimension voulues ayant été prévus. On a ensuite abrasé le substrat au moyen d'un jet de grains d'oxyde d'aluminium de 60 microns de diamètre sous une pression 2,8 kg/cm2 afin de produire une structure superficielle d'environ 0,635 micron de rugosité. On a ensuite dégraissé au trichloréthylène afin de retirer la poussière et la graisse et on l'a laissé sécher à l'air. On a ensuite nettoyé le substrat en l'iumergeant pendant 5 mn dans une solution de 15 à 20% de "PC 453" (Enthone) à environ 650 C. Après un rinçage à l'eau d'une minute, on l'a fait sécher entièrement. Puis on a immergé le substrat pendant environ 5 mn dans une solution constituée de 61% de diméthylformamide et de 39% d'éthylèneglyeol à environ 350C, après quoi on a rincé à l'eau pendant 1 mn. On a ensuite immergé pendant 4 mn dans une solution de 40% de méthyléthylcétone et de 60% de trichioréthylène à une température de 300C, après quoi on a rincé à l'eau pendant 1 mn. Puis on a immergé le substrat dans une solution formée de 50% d'acide sulfurique, de 7% de trioxyde de chrome ( la con centration molaire unité) et de 43% d'eau distillée à la température de 75 C, après quoi on a rincé à l'eau pendant 1 mn. Ensuite on a immergé dans une solution de rinçage aqueuse constituée de carbonate de sodium (concentration molaire 5r pendant 5 mn à 350C, après quoi on a rincé dans l'eau pendant 1 mn. Puis on a activé chimiquement le substrat de Ia aanière suivante 1. immersion de 5 mn dans "PA-3t' de MacDermid à22 C, 2. rinçage à l'eau pendant 1 mn, 3. immersion pendant 2 mn dans du "Cataprep" à use tempdra- ture comprise entre 43 et 49 C, 4. immersion pendant 5 mn dans du "Cataprep 33" à une température comprise entre 43 et 490C, 5. rinçage à l'eau pendant 1 mn, 6. immersion dans "Accelerator 19" de Shiplq pendant 1 mn à 220C, 7, rinçage à l'eau pendant 1 mn, et 8. chauffage dans un four à 1000C pendant 30 mn, juste avant l'application de l'image du circuit On a alors formé sur la plaquette activée l'igue du circuit en appliquant un masque de placage sur les surfaces en relief de la plaquette, en laissant à nu les surfaces en creux correspondant au circuit, On a alors réactivé la plaquette portant l'l age du circuit par une immersion de 15 mn dans "9071" de MacDermid à environ 22 C, après quoi on a rincé à l'eau pendant 1 mn. Puis on a immergé pondant 15 mn dans "Electroless Nickel 9340" de MacDermid à 32DC, après quoi on a rince l'e@@ pendant 1 mn. On a ensuite procédé à l'électrodéposition du cuivre par immersion dans "9042" de MacDermid jusqu'à l'obtention de l'épaisseur voulue de cuivre. Enfin, on a nettoyé les surfaces exposées de cuivre par immersion dans une solution alcaline chaude, rinçage à l'eau froide, immersion dans un bain de persulfate d'ammoniaque à concentration moyenne, rinçage dans l'eaux immersion dans une solution d'acide sulfurique à 10%, rinçage dans l'eau froide et séchage. Après cela, on a appliqué un revêtement protecteur de vernis aqueux. Bien entendu, l'homme de l'art peut apporter, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications à la plaquette de circuit et à son procédé de fabrication qui viennent d'entre décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif de l'invention, REVENDICATIONS 1. Plaquette de circuit, caractérisée en ce qu'elle comprend un substrat en substance diélectrique moulé et en ce qu'au moins une de ses faces a des parties en creux correspondant au circuit voulu, un métal conducteur étant déposé in situ dans les parties en creux et étant intimement lié aux surfaces des parties en creux, 2. Plaquette de circuit selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est traversée par des trous moulés dans le substrat et au moins partiellement remplis de métal conducteur. 3. Plaquette de circuit selon la revendication 1, caractérisée en ce que le métal comprend le nickel et le cuivre. 4. Plaquette de circuit selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au moins un des trous est bordé par un évidement formé dans la surface adjacente du substrat, le métal présent dans le trou se prolongeant dans cet évidement afin de constituer une borne. 5. Procédé de fabrication d'une plaquette de circuit telle que celle décrite dans la revendication 1, caractérisé en ce qu'il -consiste à mouler une substance diélectrique de façon à forger un substrat ayant une surface évidée suivant un dessin correspondant au dessin voulu pour le circuit et une région intermédiaire plate délimitant la région évidées à appliquer un masque de placage la région intermddiaire, et à plaquer de manière non électrolytique le substrat au moyen d'un métal conductour, de sorte que la région évidée est au moins partiellement remplio-do métal conducteur formant le dessin voulu pour le circuit. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte aussi l'opération consistant à abraser la surface du substrat avant l'application du masque de placage. 7, Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'abrasion est effectuée par projection de manière abrasive. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'abrasion est réalisée par un traitement chimique. 9, Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que -l'abra & on est réalise par projection de matière abrasive et par traitement chimique. 10. Procédé selon la revendication S, caractérisé en ce qu'il comporte aussi l'opération consistant à activer chimiquement la surface du substrat avant l'application du masque de placage, Il. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend aussi l'opération consistant à activer chimiquement la surface du substrat après son abrasion et avant l'application du masque de placage. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend aussi l'opération consistant à appliquer une substance isolante vis-à-vis de la soudure àdes parties de la région correspondant au circuit, ainsi qu'à procéder au nettoyage et au revotaient d'autres partes de la région correspondant au circuit.