Brevet FR2542765A1 — publié le 19840921

_-1 _ "Procédé pour le dépôt galvanique d'une couche métallique épaisse homogène, la couche métallique ainsi obtenue et son application, dispositif pour la mise en oeuvre du procédé et la matrice obtenue". L'invention concerne un procédé pour le dépôt galvanique d'une ceuche métallique épaisse homogène sur la surface d'un subs- trat pratiquement plan, selon lequel une anode et le substrat fai- sant office de cathode sont disposés, l'un par rapport à l'autre, dans un bain d'électrolyte, et selon lequel un corps de blindage est prévu entre l'anode et la cathode. Par substrat pratiquement plan, il y a lieu d'entendre un substrat présentant une surface, dont le profil et l'inégalité sont petits par rapport aux dimensions de la surface. Le corps de blindage prévu entre l'ande et la cathode vise à augmenter l'homogénéité de l'épaisseur de la couche métallique obtenue. Sans corps de blindage, les variations des lignes de champ électriques dans le bain d'électrolyte à la périphérie de la cathode et de l'anode sont telles qu'il en résulte une concentration des lignes de champ à la périphérie de la cathode, de sorte que la cou- che à former est plus épaisse à la périphérie de la cathode qu'au centre de cette dernière. Un corps de blindage permet de répartir les lignes de champ de façon homogène sur la surface cathodique et d'obtenir ainsi une couche métallique épaisse homogène. Un tel corps de blindage connu (voir par exemple la de- mande de brevet européen 58649) est constitué par une plaque plane présentant une ouverture et est disposé dans le bain d'électrolyte entre et parallèlement à la cathode et l'anode La disposition s'ef- fectue tout près de l'anode Des plaques usuelles sont constituées par du matériau électro-isolant et présentent au moins une ouverture et une forme telle qu'il en résulte le dépôt d'une couche métallique aussi homogène que possible pour en ce qui concerne son épaisseur. Toutefois, en pratique, il s'avère assez souvent que les tolérances requises pour l'épaisseur de la couche métallique ne sont pas obtenues. -2- Le procédé conforme à l'invention vise entre autres à amé- liorer cette situation en se fondant sur l'idée que la forme du corps de blindage peut être améliorée notablement Conformément à l'invention, le procédé mentionné dans le préambule est caractérisé par l'utilisation d'un corps de blindage en matériau électro-isolant qui est sous forme d'un cylindre dont l'axe est perpendiculaire à la cathode et qui est appliqué en outre de façon qu'une ouverture en forme de fente subsiste entre la cathode et le corps de blindage, la dimension de l'ouverture en forme de fente étant petite par rapport à la grandeur de l'ouverture du corps de blindage. Il s'est avéré que l'application d'un tel corps de blinda- ge permet d'obtenir une couche métallique épaisse homogène qui sa- tisfait aux exigences de tolérance sévères. Dans le cas d'application d'une ouverture en forme de fen- te qui est petite par rapport à l'ouverture du corps de blindage, l'homogénéité de l'épaisseur de la couche métallique déposée n'est guère tributaire de la densité de courant appliquée et de la tempé- rature de la composition du bain d'électrolyte. On préfère utiliser un corps de blindage enfermant la ca- thode abstraction faite de l'ouverture en forme de fente Ainsi, il est possible de recouvrir toute la surface d'un substrat. Toutefois, il est possible d'appliquer un corps de blinda- ge dont la surface de l'ouverture est plus petite que la surface de la cathode On préfère procéder de façon que la cathode assure le blindage de l'ouverture du corps de blindage abstraction faite de l'ouverture en forme de fente. Des résultats optimaux pour en ce qui concerne l'homogé- néité de la couche déposée s'obtiennent dans le cas d'utilisation d'une cathode sous forme d'un disque circulaire soumis à une rota- tion dans le bain d'électrolyte autour de l'axe central perpendicu- lairement à la surface du disque sur laquelle s'effectue le dépôt. De préférence, on choisit un corps de blindage qui est perpendiculaire à l'anode et l'enferme entièrement. Ainsi, plusieurs dispositions sont possibles et permettent un bon fonctionnement du bain d'électrolyte. -3- C'est ainsi qu'on préfère utiliser un corps de blindage, dont la paroi cylindrique est munie d'une admission pour le passage de l'électrolyte à l'ouverture en forme de fente entre la cathode et le corps de blindage comme évacuation. Ainsi, un bon refroidissement de l'électrolyte à la surface cathodique est assuré. Il est évident que la circulation de liquide dans l'encein- te d'électrolyse doit être homogène, ce qui veut dire qu'elle doit être turbulente ou laminaire de façon homogène en vue d'obtenir un d 5 pôt d'épaisseur homogène C'est ainsi qu'une injection latérale s'est avérée très avantageuse. De préférence, on utilise une anode constituée par une en- ceinte creuse contenant le métal à déposer sur la cathode Cette en- ceinte présente une ouverture assurant l'6 vacuation partielle de 11 '- lectrolyte introduit par l'admision dans le corps de blindage Ainsi, on empêche que le bain d'électrolyte ne soit contaminé par la crasse se formant à l'endroit de l'anode De plus, l'enceinte est munie d'une ouverture m 6 nagée à l'endroit d'une ouverture dans le corps de blindage, ouvertures qui permettent de suppléer le métal contenu dans l'enceinte Ainsi, un régime continu du bain d'électrolyte est devenu possible d'une manière simple. La dimension de l'ouverture en forme de fente comprise en- tre le corps de blindage et la cathode est en principe aussi petite que possible mais pour des raisons pratiques elle estde l'ordre de grandeur de millimètres, par exemple 5 millimètres. La couche métallique déposée à l'aide du procédé conforme à l'invention peut être utilisée en combinaison avec la cathode ou le substrat utilisé Dans un tel cas, une bonne adhérence entre la cou- che et le substrat est désirable. De plus, il est possible d'appliquer la couche métallique séparément du fait que le proc 6 dé conforme à l'invention permet d'ob- tenir des couches convenablement maniables d'épaisseur suffisante. La couche métallique peut être dépos 6 e sous une cathode profilée dont les détails présentent par exemple une épaisseur de quelques dizaines de 1/um Si l'épaisseur de la couche est quelques centaines de /um, lesdits détails ne seront plus présents dans la surface définitive de la couche métallique et l'épaisseur de la cou- che métallque, pour en ce qui concerne son profil satisfera aux -4tolérances inférieures à 1 %, ce qui est convenable pour de nombreux buts pratiques Ainsi, dans un tel cas, l'épaisseur du profil de la cathode sera de préférence inférieure de quelques ordres de grandeur à l'épaisseur de la couche métallique à former par voie galvanique. Des couches métalliques séparées de la cathode s'obtien- nent par exemple par application comme cathode d'une plaque en verre qui est munie d'une couche de photosensible d'une épaisseur de quel- ques dizaines de /um, dans laquelle est appliquée une configura- tion par voie photomécanique et sur laquelle est appliquée par éva- poration une couche en un métal, par exemple de l'argent Le procédé conforme à l'invention permet donc de déposer, sur la couche en ar- gent, une couche de nickel d'une épaisseur de quelques centaines de /um, couche de nickel qui, ensemble avec la couche d'argent, peut être séparée de la plaque en verre et de la couche en photosensible. De préférence, la couche métallique séparée du substrat (de la cathode) est utilisée pour la réalisation de porteurs d'in- formation, soit dans une matrice pour le pressage des disques de tels porteurs d'information, soit au cours des processus galvaniques suivants pour la réalisation d'une famille de telles couches métal- liques. L'invention est également relative à une matrice pour la réalisation de porteurs d'information présentant une couche métalli- que d'une tolérance d'épaisseur inférieure à 1 %. De plus, l'invention est relative à un dispositif pour le dépôt galvanique d'une couche métallique épaisse homogène sur la surface d'un substrat pratiquement plan dans lequel une anode et un substrat faisant office de cathode sont disposés l'un par rapport à l'autre dans une enceinte d'électrolyte et dans lequel un corps de blindage se trouve entre l'anode et la cathode. Conformément à l'invention, le corps de blindage est au moins superficiellement réalisé en matériau 1 électro-isolant et pré- sente la forme d'un cylindre dont l'axe est perpendiculaire à la cathode et est appliqué de façon à laisser subsister une ouverture en forme de fente entre la cathode et le corps de blindage, la di- mension de l'ouverture en forme de fente étant petite par rapport à la grandeur de l'ouverture du corps de blindage. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- -5- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente schématiquement et en coupe un dis- positif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, et La figure la une vue en plan de la partie représentant la cathode et le corps de blindage. La figure 2 représente schématiquement et en section une partie d'un dispositif pour la mise en oeuvre d'une variante du procédé conforme à l'invention et, La figure 3 représente schématiquement et en section une partie d'une cathode munie d'une couche métallique obtenue à l'aide du procédé conforme à l'invention. Les figures illustrent un procédé pour le dépôt galvanique d'une couche métallique épaisse homogène 1 sur la surface 2 d'un substrat pratiquement plan 3, une aode 4 et le substrat servant de cathode 3 étant disposés l'un par rapport à l'autre dans un bain d'électrolyte 5 et un corps de blindage 6 étant disposé entre l'ano- de 4 et la cathode 3. Conformément à l'invention, on utilise un corps de blinda- ge 6 en matériau électro-isolant, qui est sous forme d'un cylindre, dont l'axe 7 est perpendiculaire à la cathode 3 et qui est appliqué de façon qu'une ouverture en forme de fente 8 subsiste entre la ca- thode 3 et le corps de blindage 6, la dimension de l'ouverture en forme de fente 8 étant petite par rapport à l'ouverture du corps de blindage 6. On peut appliquer un corps de blindage 6 enfermant la ca- thode 3 abstraction faite de l'ouverture en forme de fente 8 (voir la figure 1) ou un corps de blindage 6, dont la surface de l'ouver- ture est plus petite que la surface 2 de la cathode 3 (voir la figu- re 2), alors que la cathode 3 assure le blindage de l'ouverture du corps de blindage 6, abstraction faite de l'ouverture en forme de fente 8 D'une façon générale, on utilise un corps de blindage 6, dont l'ouverture est circulaire et une cathode 3 sous forme d'un disque circulaire, qui est soumis à une rotation dans le bain d'é- lectrolyte autour de l'axe central 9 perpendiculaire à la surface du disque 2 sur laquelle s'effectue le dép 8 t. De plus, le corps de blindage 6 est choisi de façon à s'é- -6- tendre perpendiculairement à l'anode 4 et à l'enfermer entièrement. Puis, la surface cylindrique du corps de blindage 6 présente une admission 10 pour le passage de l'électrolyte à l'ouverture en forme de fente comprise entre la cathode 3 et le corps de blindage 6 fai- sant office d'évacuation. On préfère utiliser une anode 4, qui est constituée par une enceinte creuse contenant le métal à déposer sur la cathode 3. Cette enceinte est munie d'une ouverture 11 par exemple en forme de toile, par l'intermédiaire de laquelle est évacué partiellement l'électrolyte introduit par l'admission 10 dans le corps de blindage 6 Puis, l'enceinte est munie-d'une ouverture ménagée à l'endroit d'une ouverture 12 du corps de blindage 6, o ce dernier enferme l'anode 4, ouvertures par l'intermédiaire desquelles, ainsi que par exemple d'un tuyau de remplissage 13, le métal est suppléé dans l'enceinte. L'ouverture comprise entre le corps de blindage 6 et la cathode 3 est par exemple de 5 mm. La surface 2 de la cathode 3 peut être munie d'un profil d'une épaisseur, qui est inférieure de quelques ordres de grandeur à l'épaisseur de la couche métallique 1, qui est formée par voie gal- vanique De plus, la couche métallique 1 peut être séparée de la cathode 3. Dans le cas o l'on vise l'application de la couche me- tallique 1 à la réalisation de porteurs d'information pour l'image ou le son, pour réaliser la couche métallique 1, on peut procéder conformément à l'invention de la façon suivante. La plaque en verre 16 d'un diamètre de 35,6 cm et d'une épaisseur de 6 mm est munie d'une couche en vernis photosensible positive 17 (par exemple Shipley AZ 1350) d'une épaisseur de 0,12/um D'une façon usuelle, une configuration d'ouvertures 18 requise pour le porteur d'information est appliquée par voie photo- mécanique dans la couche en vernis photosensible 17. Les ouvertures présentent une longueur comprise entre 0,5 à 2 um et une largeur de 0,4/um et constitue des pistes concen- triques sur la plaque, le pas entre les pistes étant de 16 à 2,0/um D'une façon usuelle, une couche d'argent 19 d'une épais- -7- seur de 0,08 à 0,1/um est appliquée par évaporation sur la couche en vernis photosensible 17 L'ensemble de la plaque en verre 16, de la couche en vernis photosensible 17 et de la couche d'argent 19 constitue la cathode 3. La cathode 3 est disposée dans un bain 5 contenant un électrolyte, qui est constitué par une solution aqueuse de 445 g/l de sulfamate de nickel, 35 g/l d'acide borique, 15 g/l d'hydrate de chlorure de nickel (Ni Cl 2 6 H 20), à PH= 4,0 et est maintenu à c C pendant le dépôt Eventuellement, 5 à 125 mg/l de 2-butyn- 1,4-diol est ajouté au bain, ce qui se traduit avantageusement par la réduction de la rugosité de la couche métallique à former 1. L'électrolyte circule par l'intermédiaire de l'admission 10, de l'ouverture en forme de fente 8 et de l'ouverture en forme de toile 11 Les évacuations 14 et 15 sont combinées et reliées éventuelle- ment par l'intermédiaire d'un système de nettoyage usuel à l'admis- sion 10. Lors du dépôt, la cathode est mise en rotation à une vi- tesse de 6 0 tours/minute. L'anode 4 est constituée par exemple par une corbeille usuelle de titane qui est remplie de grains de nickel. Le corps de blindage est constitué par un cylindre en po- lythène d'une hauteur de 10 cm et d'un diamètre interne de 36 cm La distance par rapport à la cathode est de 2 mm. Le dépôt de la couche 1 est démarré à une faible densité de courant qui est augmentée lentement, par exemple 2 min 0,5 A, c'est-à-dire dans le cas d'une surface de 10 dm 0,05 A/dm 2 ensuite par min avec 1 A min avec 10 A 5 min avec 20 A, et le reste avec 80 A jusqu'à obtention d'une épaisseur de couche de 300/um On a déterminé une tolérance d'environ 2/um D'une façon usuelle, la couche en métallique 1 peut être soulevée de sa base, la face formée en dernier lieu étant pratiquement plane et la face formée en premier lieu présentant le profil de la couche en vernis photosensible 17. -8- La couche métallique peut être appliquée avec sa face pro- filée dans une matrice pour le moulage par projection pour des sup- ports pour disques vidéo ou audio. De plus, la couche métallique peut être appliquée à d'au- tres techniques de façonnage desdits porteurs d'information, par exemple par application, sur la face profilée de la couche métalli- que, d'une couche de vernis liquide et d'un substrat, suivie d'un durcissement de la couche de vernis à l'aide de-rayonnement ultra- violet, de façon à obtenir, après séparation de la couche métallique de l'ensemble de la couche de vernis et du substrat, une couche de vernis présentant le profil négatif de la couche métallique. Tant le moulage par projection que le durcissement de cou- ches de vernis permettent d'obtenir des supports pouvant être munis de façon usuelle d'une couche métallique pour lesdits disques. De plus, la couche métallique obtenue avec le procédé con- forme à l'invention peut être utilisée pour la réalisation d'une famille de couches métalliques, la couche métallique étant utilisée comme cathode. A cet effet, la couche métallique est appliquée de façon à ce que sa face plane se trouve sur la plaque de support d'aluminium et sa face profilée soit dirigée vers le corps de blindage Avant le dépôt de nickel, la rface de nickel de la cathode est passivée par un traitement avec une solution de bichromate de potassium pen- dant 1 minute à 200 C pour obtenir une couche de séparation très min- ce par rapport à la nouvelle couche de nickel à former, couche de séparation qui n'empêche néanmoins pas le passage du courant à la cathode Il s'avère qu'une densité de courant de 14 A/dm 2 en 1,8 heure permet d'obtenir d'une façon du reste identique à celle de la première couche de nickel, une deuxiàme couche de nickel d'une épaisseur de 300 um Grâce à la séparation, les deux couches de nickel peuvent être séparées facilement. Il est évident que l'invention n'est pas limitée auxdits exemples mais que de nombreuses variantes sont à la disposition du spécialiste. Au lieu de couches de nickel, il est possible de déposer des couches de cuivre par exemple à l'aide de bains de sulfate de cuivre-acide sulfurique. -9- La cathode ou le corps de blindage ne présentent pas né- cessairement la forme définitive de la couche métallique à appli- quer A partir des couches métalliques déposées, les techniques de traitement usuelles permettent d'obtenir des couches partielles pré- sentant les dimensions requises. Le procédé conforme à l'invention peut être appliqué éga- lement pour la réalisation de matrices servant au pressage de dis- ques. De plus, le profil de la cathode et l'épaisseur de la cou- che métallique peuvent être choisies de façon à ce que la surface définitive de la couche métallique présente des détails du profil. Le procédé conforme à l'invention permet même de déposer des couches métalliques interrompues d'une épaisseur homogène. Le corps de blindage peut être constitué entièrement par du matériau isolant, mais peut contenir également un noyau électro- conducteur recouvert d'une couche de matériau isolant. Pour simplifier la manoeuvre du disp Esitif conforme à l'invention, le corps de blindage peut être composé par exemple par deux parties qui se raccordent étroitement à l'état de fonctionne- ment et/ou qui chevauchent et constituent ensemble le cylindre. -10- REVENDICATIONS 1 Procédé pour le dépôt galvanique d'une couche métallique épaisse homogène sur la surface d'un substrat pratiquement plan, selon lequel une anode et le substrat faisant office de cathode sont disposés l'un par rapport à l'autre dans un bain d'électrolyte et selon lequel un corps de blindage est prévu entre l'anode et la ca- thode, caractérisé par l'utilisation d'un corps de blindage en maté- riau électro-isolant qui est sous forme d'un cylindre dont l'axe est perpendiculaire à la cathode et qui est appliqué en outre de façon qu'une ouverture en forme de fente subsiste entre la cathode et le corps de blindage, la dimension de l'ouverture en forme de fente étant petite par rapport à la grandeur de l'ouverture du corps de blindage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'utili- sation d'un corps de blindage enfermant la cathode abstraction faite de l'ouverture en forme de fente. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'utili- sation d'un corps de blindage dont la surface de l'ouverture est plus petite que la surface de la cathode et par le fait que la ca- thode assure le blindage de l'ouverture du corps de blindage abs- traction faite de l'ouverture en forme de fente. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par l'utilisation d'une cathode sous forme d'un disque circu- laire qui est soumis à une rotation dans le bain d'électrolyte au- tour de l'axe central perpendiculaire à la surface du disque sur lequel s'effectue le dépôt. Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par le choix d'un corps de blindage perpendiculaire à l'anode qui l'enferme entièrement. 6 Procédé selon l'une des vendications précédentes, caracté- risé par l'utilisation d'un corps de blindage dont la surface cylin- drique est munie d'une admission servant au passage de l'électrolyte vers l'ouverture en fome de fente entre la cathode et le corps de blindage faisant office d'évacuation. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par l'utili- 1 1- sation d'une anode qui est constituée par une enceinte creuse conte- nant le métal à déposer sur la cathode, enceinte qui est munie d'une ouverture par l'intermédiaire de laquelle est évacué partiellement l'électrolyte introduit par l'admission dans le corps de blindage et qui est munie en outre d'une ouverture ménagée à l'endroit d'une ouverture du corps de blindage, par l'intermédiaire de laquelle est suppléé le métal contenu dans l'enceinte. 8 Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la surface de la cathode est munie d'un profil d'une épaisseur qui est supérieure de quelques ordres de grandeur à l'épaisseur de la couche métallique à former par voie galvanique et que la couche métallique est séparée de la cathode. 9 Couche métallique réalisée par la mise en oeuvre du procé- dé selon la revendication 8. 10 Application de la couche métallique selon la revendication 9 pour la réalisation de porteurs d'information. il Dispositif pour le dépôt galvanique d'une couche métalli- que épaisse homogène sur la surface d'un substrat pratiquement plan dans lequel une anode et le substrat faisant office de cathode sont prévus l'un par rapport à l'autre dans une enceinte d'électrolyte et un corps de blindage est prévu entre l'anode et la cathode, caracté- risé en ce que le corps de blindage est au moins superficiellement constitué par du matériau électro-isolant et a la forme d'un cylin- dre, dans lequel l'axe est perpendiculaire à la cathode et est appliqué de façon à laisser subsister une ouverture en forme de fen- te entre la cathode et le corps de blindage, la dimension de l'ou- verture en forme de fente étant petite par rapport à la grandeur de l'ouverture du corps de blindage. 12 Matrice servant à la réalisation de porteurs d'informa- tion, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche métallique pré- sentant une tolérane d'épaisseur inférieure à 1 %