Brevet FR2400388A1 — publié le 19790316

Cette invention concerne le traitement d'un matériau diélectrique avant le dépôt supplementaire d'un métal et, plus particulierement, un procédé ultrasonique amélioré utilisant un germe catalytique pour préparer le matériau diélectrique en vue d'un dépôt additif d'un métal. Dans la formation de panneaux et de cartes de circuits imprimés, on utilise comme base un matériau diélectrique sous forme de feuille et l'on forme une configuration de circuits conducteurs appropriés sur une ou sur les deux faces de celle-ci. Dans un procédé préféré permettant la fabrication de tels assemblages de circuits imprimés, on forme les configurations de circuit en realisant un dépôt additif. Cependant, comne le matériau-diélectrique de base n'est pas conducteur, il est nécessaire de former tout d'abord un revêtement de surface en utilisant une technique de dépôt chimique afin de créer une mince couche conductrice qui sera ensuite revêtue d'un matériau en utilisant un procédé de dépôt additif.Lorsque les deux surfaces du matériau diélectrique de base sont recouvertes, il est parfois nécessaire de pratiquer des ouvertures dans le diélectrique afin de permettre la formation d'interconnexions électriques entre les diverses configurations de circuit situées sur les deux surfaces. Beaucoup de substrats. contiennent également des ouvertures "borgnes" qui pénètrent dans le substrat sans le traverser entièrement, ce qui rend difficile d'amener le catalyseur sur les parois des ouvertures borgnes. Le dépôt chimique de matériaux conducteurs sur des substrats diélectriques s'est beaucoup développé au courus des années comme le montrent les brevets des E.U.A n" 3.011.920, 3.099.608 et 3.632.388. Dans le brevet des E.U.A n" 3.011.920, le procédé permettant.de catalyser le substrat diélectrique comprend les étapes de sensibilisation du substrat par un premier traitement avec une solution metallique colloldale, d'accélération du traitement en utilisant un solvant sélectif pour enlever les colloldes protecteurs du substrat diélectrique sensiblisé et de dépôt chimique d'un revêtement métallique sur le substrat sensibilisé; par exemple, on peut utiliser le cuivre d'une solution de sel de cuivre et un agent réducteur. Le brevet des E.U.A n" 3.099.608 traite préalablement un substrat dielectrique en déposant un mince film de particules métalliques du type matériau conducteur, le palladium d'une solution semicolloT- dale par exemple, sur le substrat diélectrique afin de créer une base conductrice qui permet le dépôt par galvanoplastie d'un métal conducteur sur la base rendue conductrice. Le brevet n" 3.632.388 révèle un procédé de traitement d'un substrat plastique polymère en utilisant un décapage préliminaire avec de l'acide chromique suivi d'une activation dans un hydrosol de palladium et d'étain. Les procédés ci-dessus de l'art antérieur ont donné des résultats satisfaisants pour le dépôt chimique de minces couches de matériau conducteur sur des substrats diélectriques non-conducteurs pour la plupart des applications de l'art anterieur. Cependant, l'apparition des panneaux a forte densité de circuits imprimés, associée a la diminution de largeur des lignes et de l'épaisseur des matériaux diéle- ctriques de base, on rendu les procédés précédents incapables de fournir des panneaux d'excellente qualité avec l'uniformité désirée et la fiabilité nécessaire. De nouvelles exigences sont apparues avec les plus grandes densités de circuit, c'est à dire que le diamètre des trous de connexion entre les faces des panneaux de circuits imprimés ou entre un certain nombre de panneaux de circuits d'un assemblage à couches multiples ayant diminué de façon importante, la région effective du dépôt dans les trous de connexion a été grandement diminuée, Ceci a pour resultat une surface de dépôt réduite dans les trous de connexion et toute insuffisance dans le procédé de dépôt ou de catalyse deviendra plus évidente. On a découvert qu'en utilisant les techniques de catalyse de l'art antérieur, des vides apparaissaient dans les trous de connexion ainsi recouverts, quelle que soit la durée de l'immersion du panneau dans le bain électrolytique. Bien qu'on-n'en connaisse pas la raison exacte, on suppose que l'immersion prolongée du trou de connexion recouvert dans le bain électrolytique peut provoquer le retrait du germe de la surface du trou de connexion et a pour résultat que l'adhérence du matériau dépose chimiquement ne se fait pas, On a remarqué que plus un panneau est immergé dans un bain électrolytique avant que le catalyseur soit recouvert de cuivre, plus il est certain que le germe catalytique sera enlevé des surfaces du panneau Une des caracteristiques importantes du metal qui doit être déposé chimiquement et électrolytiquement sur la surface du panneau est qu'il doit présenter une bonne adhérence au panneau, celle-ci etant mesurée par sa résistance au pelage. En général, il est préférable que la résistance au pelage du matériau déposé sur le panneau dépasse 0,89 kg/cm, force difficile a obtenir avec les procedés de l'art antérieur. En conséquence, le principal objet de cette invention est de founir un procédé amélioré, utilisant un germe catalytique afin de préparer un substrat diélectrique pour le dépôt chimique d'un métal conducteur, qui surmonte les désavantages de l'art antérieur, Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé amélioré, utilisant un germe catalytique afin de préparer un substrat diélectrique pour le dépôt chimique d'un étal conducteur, qui augmente de façon importante la resistance au pelage ou force de pelage du métal déposé. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé amélioré, utilisant un germe catalytique afin de préparer un substrat diélectrique pour le dépôt chimique d'un métal conducteur, qui soit économique et n'exige pas beaucoup d'etapes de fabrication, En bref, les objets précédents sont réalisés conformément à un aspect de l'invention ou le substrat diélectrique à recouvrir est préparé tout d'abord en perçant les trous nécessaires puis en nettoyant le substrat diélectrique et les trous, enfin en immergeant le substrat dans une solution contenant une suspension de matériaux catalytiques, d'étain et de palladium.Ensuite, on dispose l'électrode d'une source d'alimentation ultrasonique à gain élevé, à 2,54 cm environ de la surface du panneau et on utilise une fréquence de 20 '(Hz à 500 watts, l'électrode se déplaçant au-dessus de la surface de substrat. On traite ensuite l'autre surface de la même manière. On retire ensuite le substrat de la solution catalytique colloSdale, on rince et on seiche celui-ci apres le revêtement. Les objets precédents ainsi que d'autres objets, caracteristiques et avantages de l'invention deyiendront apparents avec la description détaillée suivante des réalisations préférées. Avant le début du procédé de catalyse diun substratdielectrique, on perce les trous de connexion nécessaires.dans le substrat et le diélectrique est nettoyé et pré-conditionné. Ensuite, on immerge le substrat dans un bain électrolytique contenant une solution de chlorure de palladium, de chlorure stanneux et d'acide chlorydrique. Bien que l'électrode d'une source ultrasonique soit immergée dans cette solution collotdale à 2,54 cm environ de la surface du substrat, on applique une puissance de 500 watts à 20 '(Hz à cette électrode, l'électrode se déplaçant sur la surface du panneau de circuits imprimés. Ensuite, l'électrode se déplace sur la surface opposée du panneau de circuits imprimés de la même manière. Après -l'exposition du panneau à la source d'alimentation ultrasonique, on retire le panneau du bain électrolytique, on rince et on sèche celui-ci. Dans une réalisation préférée, l'électrode est une electrode circulaire à gain élevé d'environ 5 cm. On peut cuire le substrat à une température appropriée avant le revêtement de la surface du panneau. Cette cuisson permet de fixer le germe sur la surface et dans les trous de connexion du substrat du panneau de circuits imprimés. Les systèmes à base d'epoxy devraient être cuits à une température d'au moins 100 "C et, de préférence , comprise entre 105 "C et 120 OC par exemple. Bien que la source d'alimentation ultrasonique fonctionne à une frequence de 20KHz et à une puissance de 500 watts pour l'électrode de 5 cm dans la réalisation préféree,.il est évident que ces paramètres peuvent varier en fonction du catalyseur particulier utilisé, du substrat du panneau qui doit être catalysé et de la densité de la solution colloldale du bain électrolytique. L'exigence de base de la source d'alimentation ultrasonique et de l'électrode est d'être suffisamment proche de la surface du panneau et à une puissance suffisante pour avoir un transfert d'energie effectif à travers le milieu liquide. A l'extrême limite, on doit faire attention de rester en dessous du niveau de transfert puissance/ énergie qui abîmerait la structure et le matériau du substrat. Dans la réalisation préférée, le bain électrolytique est une solution catalytique contenant du chlorure de palladium, du chlorure stanneux et de l'acide chlorydrique dans les proportions suivantes : 1,2 à 2,5 grammes par litre de chlorure de palladium, 82 à 150 g/litre de chlorure stanneux avec 290 à 360 millilitres de HCI à 37 % par litre de solution. Ce bain électrolytique peut être maintenu à la température normale de la piece, c'est à dire 20 + 5 C. La solution optimale du bain comprend 1,5 grammes par litre environ-de chlorure de palladium, 100 grammes par litre de chlorure stanneux hydrolysé et 280 millilitres par litre d'acide chlorhydrique à 37 e, Bien que le catalyseur ci dessous ait été suffisant pour catalyser des substrats à base d'époxy pour le dépôt ultérieur de cuivre, il est evident que l'on peut utiliser d'autres catalyseurs en fonction du matériau du substrat et du métal à déposer. En général., la présente invention convient à n'importe quel catalyseur en solution" utilisé pour déclencher le revêtement sur une surface difficile à recouvr ir dans d'autres conditions. Dans les substrats de panneaux percés de trous qui exigent un revêtement sur une seule surface, les trous de connexion peuvent être catalysés en utilisant un matériau réfléchissant à surface non lisse sur le côté opposé du substrat qui renvoie l'impulsion ultrasonique dans le trou facilitant ainsi le dépôt dans celui-ci. En utilisant le procédé de dépôt précédent, on a découvert que du cuivre,.par exemple, pouvait être dépose sur la surface du panneau avec des techniques chimiques et galvanoplastiques classiques1 les forces de traction nominales étant de 1,43 kg par cm avec des variations relativement plus petites dans la force de traction d'un substrat à l'autre. On ne comprend pas bien pourquoi l'utilisation d'une catalyse ultrasonique donne des forces de traction supérieures et des caractéristiques d 'adhérence désirables pour les surfaces de panneaux de circuits imprimés. Cependant, on pense que les impulsions ultrasoniques ont tendance à enfoncer les particules catalytiques dans la surface et dans les trous du substrat. Il est également possible, bien que ce ne soit pas certain, que l'énergie transmise à travers la solution ultrasonique puisse renforcer une réaction à peu près chimique entre le matériau catalytique et le matériau du substrat du panneau afin de créer une meilleure adhérence entre ceux-ci, ce qui résulte en une meilleure adhérence du matériau déposé avec les particules catalysées. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Procede pour appliquer un catalyseur sur un substrat en vue d'un placage sur ce substrat caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : l'immersion du substrat dans un bain à germe catalytique contenant le catalyseur, et le déplacement d'un émetteur.ultrasonique au-dessus de la surface du substrat, ledit émetteur fonctionnant à une fréquence et avec une puissance prédéterminées. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est un substrat à base d'époxy qui doit être recouvert ultérieurement avec du cuivre, et que ledit bain à germe catalytique contient une solution de chlorure de palladium, de chlorure stanneux et d'acide chl orydrique. 3.- Procédé selon l'une des revendicatizns 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit émetteur ultrasonique est constitué par une électrode circulaire de 5,08 cm à gain élevé, commandée par une source d'alimentation de 500 watts environ à une fréquence de 20 '(Hz environ. 4.- Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit emetteur ultrasonique se déplace au-dessus de la surface dudit substrat, l'électrode étant située à environ 2,54 cm de la surface du substrat. 5.- Procédé selon .1 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit bain à germe catalytique comprend 1,2 à 2,5 grammes par litre de chlorure de palladium, 80 à 150 grammes par litre de chlorure stanneux, et 290 à 360 millilitres de HC-l à 37 % par litre de solution, 6.- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le bain à germe catalytique est maintenu à une température de 20 + 50 C. 7.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit substrat est celui d'un panneau comportant des circuits imprimés sur ses deux faces et que ledit emetteur ultrasonique se déplace tout d'abord audessus d'une face du substrat, puis au-dessus de la face opposée de celui-ci.