Brevet FR2549087A1 — publié le 19850118

La présente invention concerne an général l'élimination de matière sur un substrat, et plus particulièrement un réacteur et un procédé utilisant un liquide de décapage ou de gravure pour attaquer une matière telle que le cuivre 5 sur un substrat tel qu'uneplaquetteoucarta decircuits Simprim. Actuellement, on décape les cartes de circuits par iilmersion, par barbotage, par projection ou éclabousse ment et par pulvérisat J on Chacune de ces techniques présente des limites et des inconvénients. Dans le décapage par irmmersion ou en cuve profondes, la carte est plongée dans un décapant liquide jusqu'a décapage complet Ce procédé prend beaucoup de temps, et il s'agit d'une technique non adaptée pour travailler avec des volumes importants On accélère la réaction par 15 chauffage et agitation mécanique mais, si on désire un décapage uniforme, ces processus doivent agir uniformément à la surface de la carte. Le barbotage est une variante du décapage par immersion dans laquelle on fait passer des bulles d'air 20 à travers la solution de décapage et sur les pièces à décaper L'effet de barbotage enlève le cuivre décapé et facilite l'arrivée de décapant frais sur la surface à décaper Les bulles constituent aussi une source d'oxygène et accentuent l'oxydation Un décapage uniforme 25 implique une répartition relativement uniforme des bulles sur toute la surface du cuivre à éliminer, ce qui nécessite généralement un dispositif complexe pour introduire l'air dans la solution Dans certains cas, il faut refroidir la solution, et il peut être nécessaire 30 de changer la position de la carte pour réaliser un décapage plus uniforme. Dans le décapage par projection ou éclaboussement, la solution de décapage est prélevée dans un bol fixé à un arbre entraîné par un moteur et projetée sur la 2549087 J de décapage, cet air crée une usure indésirable de la forme décapée. L'invention vise en général à réaliser un réacteur et un procédé nouveauxet perfectionné pour éliminer une matière sur un substrat. L'invention vise également à réaliser un réacteur et un procédé du type précité convenant particulièrement pour éliminer du cuivre sur les cartes de circuits imprimés. L'invention vise également à réaliser un réacteur et un procédé du type précité utilisant un décapant liquide et ne nécessitant d'autres organes mobiles qu'une pompe pour faire circuler le décapant. Ces objets, et d'autres, sont réalisés selon l'in15 vention en plaçant la pièce à décaper dans un passage étroit et en faisant circuler rapidement un décapant liquide à la surface de la pièce pour éliminer le cuivre ou autre matière La vitesse de circulation du décapant est telle que la composition du décapant ne change pas sensiblement d'un c 8 té de la pièce à l'autre pendant l'élimination de matière. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une forme de réalisation d'un réacteur selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe selon l'axe 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe selon l'axe 3-3 30 de la figure 1;et la figure 4 est un schéma de principe d'un système de décapage utilisant le réacteur des figures 1 à 3. 2549087,, carte à décaper Pour des raisons incomplètement élucidées, ce procédé semble presenter des avantages concernant la régularite du décapage et la minimisationde l'attaque par en dessous Cependant, ce procédé a l'inconvénient d'être relative5 ment lent On peut am liorer l'uniformité en faisant tourner et en retournant les cartes. Les techniques de décapage ïpar pulvérisation sont utilisées pour las cartes monoface et les cartes double face à montage horizontal ou vertical Un dacapeur par pulvérisation simple comporte une chambre du type boîtier munie d'un pulvérisateur qui dirige le décapant contre la place On réalise un décapage plus régulier en utilisant plusieurs pulvérisateurs à profils de pulvérisation de chevauchement Une autre amelioration consiste ' bouger les cartes pendant le décapage Etant donné que le décapant s'écoule le long d'une carte en position verticale, le décapage est plus rapide en bas qu'en haut de la carte, et il faut faire tourner la carte pour pallier ce problème Si les cartes sont en position horizontale, le décapage tend à être irrégulier parce que la solution de décapage reste plus longtemps au contact des faces supérieures que-des faces inférieures. Avec toutes les techniques connues de décapage du cuivre sur les cartes de circuits imprimés, on obtient 25 l'uniformité grâce au mouvement de la pièce et/ou du décapant, ce qui implique généralement un dispositif relativement complexe comportant un certain nombre de pièces mobiles qui s'usent et se détériorent Ce problème est particulièrement grave si les pièces mobiles 30 sont au contact de la solution de décapage. En outre, avec l'ensemble des techniques actuelles de décapage du cuivre sur les cartes de circuits, sauf le décapage par immersion, de l'air et de l'oxygène sont présents au voisinage immédiat de la surface de la carte 35 pendant le décapage Combiné à certains produits chimiques Comme représenté sur les dessins, le réacteur 11 comporte deux tôles latérales 12,13 verticales de forme généralement rectangulaire, séparées l'une de l'autre et parallèles entre elles sur les bords opposes du réacteur et conçues pour reposer sur une surface de support appropriée Un ensemble 16 de parois en forme générale de U est monté entre les tôles latérales pour créer une chambre 17 dont la partie inférieure est pourvue d'un puisard 18 L'ensemble de parois comporte des 10 flasques 19 qui s'étendent le long des bords latéraux de celui-ci, et les flasques sont fixés par des vis 21 aux tôles latérales 12,13 Des joints 22 appropriés sont placés entre l'ensemble de parois et les tôles latérales afin de réaliser une étanchéité aux liquides. 15 Un couvercle 24 amovible permet d'accéder à la chambre en haut du réacteur. Les matières dont est constitué le réacteur sont choisies en fonction de la réaction à effectuer dans le réacteur Dans une forme de réalisation actuellement pré20 férée pour l'attaque du cuivre, les parois du réacteur sont en acier inoxydable et les joints sont en Teflon. Une deuxième paire de tôles 26,27 verticales, de forme généralement rectangulaire, forment les parois d'un conduit 28 vertical relativement étroit à l'intérieur de la chambre 17 Ces plaques sont généralement parallèles aux parois antérieure et postérieure de la chambre, et elles sont séparées d'une distance légèrement supérieure à l'épaisseur de la pièce à décaper Dans une forme de réalisation actuellement préférée pour décaper les cartes 30 de circuits imprimés, par exemple, l'écartement entre les tôles est tel que la largeur du conduit est de l'ordre de 3 à 5 f Lois l'épaisseur d'une carte de circuits Des cales d'espacement 29 sont disposées verticalement entre les tôles sur les bords du conduit, et les tôles et les 35 cales sont fixées entre elles par des vis 31 Des fentes verticales 32 sont ménagées dans les bords internes des 254908; cales 29 pour loger les bords latéraux d'une carte de circuits ou autre pièce 33 plane et positionner celle-ci dans le conduit Com mte représent', la pièce est de preférence mise en place avec au moins une de ses faces écartée des parois du conduit et généralement parallèle à celles-ci. Les tôles 26, 27 sont de préférence plus longues que la pièce 33, et le conduit 28 s'étend sur une distance suffisante au-dessus et au-dessous de la pièce pour limiter les effets de bord, c'est-à-dire les irrégularit's du décapage près des bords supérieur et inférieur de la pièce. Un distributeur 36 est monté vers l'extrémité inférieure du conduit 28 pour intro15 duire le décapant liquide dans le conduit Le distributeur comporte un corps extérieur ou tube 37 genéralement cylindrique orienté horizontalement sous le conduit, les tôles 26, 27 partant du distributeur dans une direction'généralement radiale L'intérieur du corps du distributeur com20 munique directement avec la partie inférieure du conduit par un orifice 38, et le corps du distributeur est fixé aux tôles 26, 27 du conduit par des brides radiales 39 et des vis 41. Le distributeur comporte également un tuyau diffuseur 43 en position excentrée à l'intérieur du tuyau 37 et orienté à peu près parallèlement à l'orifice 38. Le tuyau diffuseur comporte une série d'orifices d'écoulement 44 généralement dirigés vers le bas, à l'opposé de l'ouverture 38 Deux trous de vidange 46, 47 sont réa30 lisés dans la paroi inférieure de la chambre 17 Le décapant liquide est acheminé entre le puisard 18 et le tuyau 43 de distribution par une pompe 51 reliée à la vidange 46 Comme représenté à la figure 4, le décapant est fourni à la pompe par l'intermédiaire d'une valve 52 derégula35 tien et d'un filtre 53,ehun débitmètre 54 est monte entre la sortie de la pompe et le tuyau de distribution La vidange 47 est relive à un bac de décantation 56 o le nitrate de cuivre cristallise et est Élimine de la solution de déca-aaae TL' coulement de la solution de décapage dans le bac 56 est co- ?andê par une valve 57, et le décapant récupéré est renvoyé dans 11 réacteur travers le filtre 53 et la pomoe 51. Conume indique plus en détail ci-après, le débit du décapant dans le conduit est choisi relativement rapide 10 pour sue la composition du décapant ne change pas sensiblement entre l'entrée et la sortie du conduit lorsque de la matière est éliminée de la pièce à traiter. On choisit le décapant en fonction de la nature de la pièce à traiter et de la matière à éliminer Pour 15 retirer du cuivre de cartes de circuits imprimés, les décapants appropriés comprennert des solutions aqueuses de réactifs tels que l'acide nitrique, le bioxyde d'azote et l'oxyde nitrique Le processus chimique selon lequel le cuivre est attaqué par ces réactifs est abordé endétail dans 20 lademande debrevet des E U A N 501 159 déposée le 6 juin 1983. Avec ces réactifs, du nitrate de cuivre est produit par la réaction de la solution de décapage avec le cuivre, et on assure un décapage à peu près uniforme en maintenant le débit du décapant à un niveau tel que la concen25 tration du nitrate de cuivre n'augmente pas de plus de dix pourcent environ pendant chaque passage du décapant à travers le conduit On peut également utiliser avantageusement le réacteur avec d'autres produits attaquant le cuivre, par exemple H 202-H 2 SO 4, produit employé jus30 qu'ici dans d'autres dispositifs et décrit dans le Printed Circuit Handbook publié par C F Coombs, Jr. Des thermocouples 61-63 et 64 sont prévus pour contrôler la température de la solution de décapage dans la chambre 18 et le distributeur 36, et des serpen35 tins 66 de refroidissementet des éléments chauffants 67 sont prévus daîs le puisard 13 pour maintenir le décapaht à la température désirée Le fonctionnement des serpentins de refroidissement et des éléments chauffants est commandé par un régulateur 68 d'après les signaux produits par les thermocouples. Des regards ou fenêtres d'observation 71, 72 sont montés dans la paroi antérieure du réacteur pour permettre l'observation visuelle du processus de décapage. La fenêtre 71 se trouve vers la partie inférieure de 10 la chambre, et le décapant situé dans le puisard 18 peut être surveille visuellement à travers cette fenêtre. La fenêtre 72 est sur le même axe qu'une fenêtre 73 située dans la paroi 27 du conduit, et le décapage de la pièce à traiter 33 peut être observé à travers ces 15 fenêtres Un tube ou un soufflet 74 est monté entre les fenêtres 72 et 73 pour réaliser un regard d'observation étanche entre les fenêtres, dans lequel le décapant ne peut pénétrer. On peut maintenant décrire le fonctionnement et l'utilisation du réacteur, avec le procédé de l'invention On suppose qu'un vernis photosensible a été appliqué sur la feuille de cuivre sur un c 6 té ou sur les deux côtés d'une carte de circuits imprimés pour déterminer une figure désirée Onr introduit la carte dans le conduit 25 28, et on introduit un décapant 76 approprié dans la chambre 17 La valve 52 étant ouverte et la valve 57 fermée, on met la pompe 51 en marche pour faire circuler le décapant vers le haut à travers le conduit 28 en passant sur la surface ou les surfaces de la carte d'o 30 le cuivre doit être éliminé Le débit du décapant circulant à travers le conduit relativement étroit est rapide, avec peu de changement dans la composition du décapant entre une extrémité du conduit et l'autre. Avec des réactifs tels que l'acide nitrique, l'oxyde nitrique et le bioxyde d'azote, une certaine quantité de 2549087 ji a nitrate de cuivre est également présente dans la solution de décapage, et la réaction du décapant avec le cuivre produit une quantité supplémentaire de nitrate de cuivre. Pour assurer un décapage uniforme sur toute la longueur latérale de la carte de circuits, on règle le débit du décapant pour limiter l'augmentation de la concentration du nitrate de cuivre à un maximum d'environ dix pourcent par passage à travers le conduit Une fois éliminée la quantité de cuivre désirée, on arrête la pompe et on 10 retire du réacteur la carte décapée. Le décapage du cuivre selon ce procédé est une réaction exothermique effectuée de préférence à une température de l'ordre de 40 C Au début de la réaction, la température du décapant est généralement infé15 rieure à 40 C, et les éléments chauffants 67 sont mis en marche pour porter la température au niveau désiré Au fur et à mesure de la réaction et de la production de chaleur, les serpentins de refroidissement 66 sont mis en marche pour refroidir le décapant jusqu'à la tempé20 rature désirée. Quand la concentration de nitrate de cuivre dans la solution de décapage atteint un niveau préétabli, la valve 52 se ferme, et la valve 57 s'ouvre pour évacuer la solution de décapage dans le bac de décantation 56 Là, 25 la solution est refroidie ou réchauffée pour que le nitrate de cuivre cristallise Le décapant récupéré est renvoyé dans le réacteur et le nitrate de cuivre est ensuite retiré du bac. L'invention présente un certain nombre de caractéris30 tiques et avantages importants En n'éliminant qu'une petite quantité de cuivre ou autre matière pendant chaque passage du décapant à travers le conduit, la composition du décapant reste relativement inchangée pendant le passage, et la matière est éliminée unifor35 mément sur toute la surface du substrat Le dispositif 2549087, ne comporte pas d'autr pièces mobilesque la pompe, sa fabrication ne revient pas cher et il est facile à entretenir. Bien que l'invention ait étd décrite dans le cadre particulier du décapage du cuivre sur les cartes de circuits imprimés, il convient également pour d'autres applications telles que la photogravurer l'attaque des circuits hybrides et le décapage d'autres matières sur d'autres substrats On peut utiliser plusieurs conduits o de ddcapage dans un seul réacteurs et les cartes ou autres pices à traiter -ar attaque chiamique peuvent être dépiacéesdynamiquement à tra-vers leou les conduits de décapageo Ii ressort de ce qui précède qu on a réalisé un reacteur et un procédé nouveaux et perfectionnése Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et repré= sentés sans sortir du cadre de l'inventiron 2549087, R E V E D I C A i i Oi T S 1 Réacteur pour _liminer de la m Latière car attaque chimique sur un substratcaract-risé ence qu'il comporte un dispositif formant unconduit ( 28) relativement étrit -de dimensions légèrement supérieures à celles du substrat, un dispositif pour mettre le substrat en place dans le conduit, et un dispositif cour faire passer un décapant liquide à travers le conduit à un débit tel que la com-position du décapant ne cnange pas sensiblement d'un bout 10 du substrat à l'autre pendant l'élimination de la matière sur le substrat. 2 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière à éliminer est du cuivre, et le décapant une solution aqueuse d'un réactif choisi 15 parmi le groupe comprenant l'acide nitrique, l'oxyde nitrique et le bioxyde d'azote. 3 Réacteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que du nitrate de cuivre est produit par la réaction du décapant avec le cuivre, et le débit est choisi pour induire une augmnentation maximale d'environ dix pour-cent de la concentrationdu nitrate de cuivre d'un côté du substrat à l'autre. 4 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat est constitué d'une carte de circuits imprimés, et la matière à éliminer est constituée d'une couche de cuivre sur une face de la carte. Procédé d'élimination de matière par attaque chimique sur unsubstrat, caractériséen cequ'il comportelamise enplace du substrat dans un conduit ( 28) relativement étroit 30 de dimensions légèrement supérieures à celles du substrat, et le passage d'un décapant liquide à travers le conduit à un débit tel que la composition du décapant ne change pas sensiblement d'un bout du substrat à l'autre pendant l'3 limination de la matière sur le substrat. 2549087, 1 1 6 Procédd selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la:matière à éliminer est du cuivre, et le décapant une solution aqueuse d'un réactif choisi parmi le grou Lpe comprenant l'acide nitrique, l'oxyde nitrique et le bioxyde d'azote. 7 Procédé selon la revendication o 6, caractérisé par le fait que du nitrate de cuivre est produit par la réaction du décapant avec le cuivre, et le débit est choisi pour induire une aumentation maximale d'environ 10 dix pour-cent de la concentration du nitrate de cuivre d'un c 8 té du substrat à l'autre. 8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le substrat est constitué d'une carte de circuits imprimés, et la matière à éliminer est constituée 15 d'une couche de cuivre sur au moins une face de la carte. 9 Réacteur pour décaper une matière sur un substrat généralement platcaractérisé en cequ'il comporte:deuxparois ( 26, 27)planes généralement parallèles séparées entre elles d'une distance légèrement supérieure à l'épaisseur du substrat pour créer un conduit ( 28) relativement étroit, un dispositif pour mettre le substrat en place dans le conduit avec au moins une face du substrat écartée des parois du conduit, un dispositif pour faire circuler un décapant liquide à travers le conduit pour éliminer la matière du substrat, et un puisard( 18)communiquant avec le conduit pour recueillir le décapant ayant traversé le conduit. Réacteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le substrat est une carte de circuits imprimés, la matière à éliminer est du cuivre, et le 30 décapant est constitué d'une solution aqueuse d'un réactif choisi parmi le groupe composé de l'acide nitrique, de l'oxyde nitrique et du bioxyde d'azote. 11 Réacteur selon la revendication 10, caractérisé par le fait que du nitrate de cuivre est produit par la 35 réaction du décapant avec le cuivre, et le décapant est 2549087 JI mis en circulation à une vitesse telle que la concentration du nitrate de cuivre augmente au maximum d'environ dix pour-cent à chaque passage du décapant à travers le conduit. 12 Réacteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif communiquant avec le puisard pour éliminer le nitrate de cuivre de la solution. 13 Réacteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif de circulation du décapant 10 comporte un distributeur ( 36) ayant un corps ( 37) généralement cylindrique relié à une extrémité du conduit avec les parois du conduit orientéesgnéralement radialement par rapport au distributeur, et une pompe ( 51) pour faire circuler à travers le distributeur le décapant ve15 nant du puisard ( 13). 14 Réacteur selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le dispositif de circulation du décapant comporte en outre un tuyau diffuseur ( 43) dans le distributeur pourvu d'une série d'orifices d'écoulement ( 44) 20 tournés à l'opposé du conduit Réacteur selon la revendication 13, caractérisépar le fait que le conduit est orienté généralement verticalement et le distributeur et le puisard sont placés vers l'extrémité inférieure du conduit. 16 Réacteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour contrôler la température du décapant, et un dispositifpour maintenirle décapant à une température préétablie. 17 Réacteur selon la revendication 16, caractérisé 30 par le fait que le dispositif pour maintenir le décapant à la température préétablie comporte des organes de chauffage et de refroidissement dans le puisard. 18 Réacteur pour éliminer du cuivre sur une carte de circuits imprimés au moyen d'un décapant liquide,carac35 térisé en ce qu'il comprend une chambre ( 17) pour contenir le décapant, avec un puisard au bas de celleci, deux parois Z 549087 i, ( 26, 27) verticales généralement paralltles, séparées entre elles Dar une distance lcïirei lant suprieure % l'épaisseur de la carte de circuits imrinés, cr Yant un conduit orient verticale Ient t'intérieur de la chambre, un dispositif pour m-ettre la carte de circuits imprimis en place dans le conduit ( 23), au moins une face de la carte de circuits imprints ôtant écartée des parois du conduit et parallèle à celles-ci, un distributeur ( 33) orienté horizontalement et cormiuniquant avec 10 le conduit à l'extrémité inférieur-e de celui-ci, et un dispositi f comportant une nompe ( 51) faisant comnluniquer le puisard et le distributeur pour faire circuler le décapant liquide vers le haut dans le conduit afin d'lliminier le cuivre sur la carte de circuits. 19 Réeacteur selon la revendication 18, caractérisé par le fait que le décapant est constitué d'une solution aqueuse d'un réactif choisi parmi un groupe composé de acidenitrique, l'oxyde nitrique et le bioxyde d'azote. Réacteur selon la revendication 19, caracté20 risd par le fait que le nitrate de cuivre est produit par la réaction du décapant avec le cuivre, et le décapant est mis en circulation à un débit tel que la concentration du nitrate de cuivre augmente au maximum d'environ dix pour-cent à chaque passage du décapant à 25 travers le conduit. 21 Réacteur selon la revendication 18, caractérisé par le fait que le distributeur comporte un corps ( 37) généralement cylindrique d'o les parois du conduit partent dans une direction généralement radiale, et un 30 tuyau diffuseur ( 43) dans le distributeur comportant des orifices d'écoulement orientés à l'opposé du conduit. 22 Réacteur selon la revendication 18,caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour contrôler la température du décapant et un dispositif pour maintenir le décapant à une 35 température préétablie. 2549087 J 23 Réacteur selon la revendication 22, caractérisé Dar le fait que le dispositif cour maintenir le décapant à une température prdétablie comporte des organes de chauffage et de refroidissement dans le puisard.