Brevet FR2557497A1 — publié le 19850705

Support métallisé à base de polypropylène et procédé de fabrication de ce support. La présente invention a pour objet un sup- port métallisé à base de polypropylène utilisable en particulier dans les circuits électroniques et dans le domaine des communications pour la réalisation d'éléments rayonnants tels que les antennes "micro- strips" (microbandes), ainsi que le procédé de fabri- cation de ce support. L'invention a pour objet un support métalli- sé pouvant être utilisé dans toute application néces- sitant un support à faible constante diélectrique, à faible perte et à caractéristiques diélectriques sta- bles en fonction de la température et de la fréquence. Elle vise enfin un coût modique de réalisa- tion rendu possible du fait d'une part de la disponi- bilité en grande quantité et pour un modeste prix du polypropylène, d'autre part de l'utilisation d'équi- pements employés déjà dans les circuits imprimés. Parmi les stratifiés susceptibles d'être utilisés pour la fabrication d'éléments rayonnants, on peut trouver divers matériaux métallisés tels que les polyimides, les époxydes, les polyesters, les polysul- fones, le polystyrène, le polyéthylène ou le polyté- trafluoréthylène, ces matériaux pouvant être commer- cialisés sous différentes appellations commerciales. Ces matériaux ayant des caractéristiques électriques soit voisines soit différentes de celles proposées selon l'invention présentent cependant di- vers inconvénients résultant pour une part du prix des matières premières mises en oeuvre, pour une autre part des difficultés de métallisation; en effet, l'adhérence entre le polymère et le métal est parfois réalisée par l'intermédiaire d'un adhésif. Par ailleurs, les supports métallisés cités ci-dessus sont principalement utilisés pour des appli- 2557497; cations "hyperfréquences" relatives à des domaines particuliers tels que le spatial ou le militaire o les problèmes de coûts ne constituent pas le critère sélectif de filière technologique. Mais, dans la mesu- re o le besoin de ce type de support est destiné à s'accroître, notamment dans les domaines de grande diffusion comme la réception d'images transmises par satellites, les problèmes de coûts deviennent primor- diaux. La présente invention a précisément pour objet un support métallisé qui permet de s'affranchir des inconvénients de l'art antérieur précité, en pro- curant notamment un support, l'isolant, disponible en grand format pour un faible coût, de mise en oeuvre aisée, possédant des caractéristiques électriques in- téressantes, notamment une constante diélectrique E et un angle de perte tg6 faibles (E préférentiellement dans la bande 15-35 GHz. Ce support métallisé du type de ceux qui comprennent de manière connue une couche en matériau isolant recouverte, au moins partiellement, sur au moins une de ses faces par un feuillard métallique adhérant au matériau isolant, se caractérise par le fait que le matériau isolant est en polypropylène, ma- tière première se présentant sous forme de plaque, de film ou d'aggloméré de granulés. Le matériau utilisé pour la métallisation est généralement le cuivre; on peut également utiliser d'autres métaux ou alliages métalliques; parmi ceux-ci, l'aluminium et ses allia- ges paraissent particulièrement intéressants. L'invention concerne également un procédé de fabrication du support métallisé ci-dessus, carac- térisé en ce que l'on presse à chaud sur une feuille 2557497, de polypropylène au moins un feuillard métallique, en ce que l'opération s'effectue dans une presse chauf- fante dans laquelle peuvent être atteintes des tempé- ratures comprises entre 165 C et 180 C, en ce que la pression de touche et la pression de collage sont res- pectivement de l'ordre de 0.6 kg/cm et 6 kg/cm, en- fin en ce que le feuillard de cuivre subit un traite- ment chimique d'oxydation sur l'une au moins de ses deux faces avant pressage. Le support métallisé ci-dessus peut égale- ment être obtenu par laminage à chaud. De nombreuses autres caractéristiques addi- tionnelles du support métallisé à base de polypropylè- ne selon l'invention, ainsi que son procédé de fabri- cation apparaîtront également à travers la description qui suit de deux modes particuliers de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référen- ce aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe et en perspective du support diélectrique recouvert au moins partiellement sur chacune de ses faces par une feuille métallique de cuivre, - la figure 2 est une vue en coupe et en perspective du support diélectrique recouvert au moins partiellement sur chacune de ses faces par deux feuil- les métalliques de nature différente, la première cou- che étant constituée de cuivre et la seconde d'alumi- nium ou d'un alliage d'aluminium, - la figure 3 est une vue en coupe et en perspective du support diélectrique représenté figure 1, lui-même rapporté sur un support en aluminium ou en alliage d'aluminium. Dans la description qui suit, les éléments constitutifs du support métallisé sont explicités dans l'ordre de leur montage en suivant les différentes phases successives du procédé de fabrication envisagé. La figure 1 illustre un premier mode de réa- lisation qui consiste à élaborer un support métallisé à base de polypropylène selon l'invention, constitué d'une couche de polypropylène 1 dont la surface infé- rieure 2 et la surface supérieure 3 sont respective- ment recouvertes au moins partiellement d'un feuillard de cuivre inférieur 4, d'un feuillard de cuivre supé- rieur 5. La figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation conçu à partir du premier mode ci-dessus décrit en remplaçant le feuillard de cuivre 4 par une feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium 4'. La figure 3 illustre un troisième mode de réalisation conçu à partir du premier mode ci-dessus décrit. I1 consiste à rapporter ce support métallisé sur une plaque d'aluminium ou d'alliage d'aluminium , par l'intermédiaire d'une couche de polymère adhé- sif 8. Dans le premier mode de réalisation illustré par la figure 1, le polypropylène non chargé, en feuille 1 d'épaisseur au moins égale à l'épaisseur du diélectrique souhaité, est découpé soigneusement à un format dont le volume correspond à celui de la cavité de l'outillage de pressage. Cette opération devant être effectuée avec soin, on utilise par exemple des gants pour les manipulations. Le polypropylène est en- suite recouvert sur chacune de ses deux faces 2 et 3 par deux feuillards en cuivre électrolytique 4 et 5 d'une ou de quelques dizaines de,Lm d'épaisseur dont la surface mise au contact du polypropylène a été mo- difiée par oxydation du métal permettant ainsi la création d'une liaison physique et moléculaire avec le polypropylène. L'oxydation du métal a été obtenue par exem- ple, par immersion après dégraissage pendant 15 minu- tes dans une solution aqueuse à 951C comportant g/litre de chlorite de soude NaClO2, 10 g/litre de phosphate trisodique, Na3PO4, 12H20, 25 g/litre de soude NaOH. Bien entendu, à cet effet, d'autres traite- ments peuvent être envisagés. L'ensemble déposé à l'intérieur de la presse chauffante est soumis à un cycle température-pression. Dans le cas particulier de la réalisation faite, le cycle utilisé est défini par les étapes suivantes: 1: pression de touche 0,6 Kg/cm; 2: montée en température à raison de 8 C par minute jusqu'à 180 C; 3: pression de collage 6 Kg/cm2 pendant 2 minutes; 4: refroidissement pendant un quart d'heure avec maintien de la pression; : diminution progressive de la pression; 6: ouverture de la presse et démoulage du support métallisé obtenu. Une dernière opération consiste à réaliser une découpe des bords extérieurs du support métallisé à base de propylène selon l'invention. Enfin, dans le cas o le traitement préala- ble du cuivre a été effectué sur ses deux faces, no- tamment les faces 6 et 7, il est nécessaire de désoxy- der le cuivre en surface par exemple en l'immergeant dans une solution d'acide chlorhydrique dilué. Quel que soit le traitement chimique subi par le métal, le support métallisé à base de polypro- pylène obtenu présente de nombreux avantages; notam- ment au vu de ces caractéristiques principales: il présente l'avantage d'une bonne adhérence du métal sur le propylène; dans le cas du cuivre son adhérence est égale à plusieurs dizaines de Kg/cm2, et l'avantage de faibles constantes diélectriques E et de faibles per- tes (tgS) dans la gamme de fréquences de 5 à 15 GHz ( ú = 1,90 (à 5GHz), 1,92 (à 10GHz), 1,93 (à 15 GHz) (tgs = ldB/m(à 5GHz), 1,8 dB/M(à 10GHz), 2 dB/m(à 15GHz)). Un autre avantage du support métallisé à ba- se de polypropylène selon l'invention, réside en sa résistance aux différents essais climatiques, confor- mément aux normes en vigueur, tels que l'essai de cha- leur humide et l'essai de rayonnement appliqué aux câbles et dispositifs polymères utilisés à l'exté- rieur. Par ailleurs, un autre avantage du support métallisé à base de polypropylène est qu'il permet la réalisation éventuelle de multicouches. Enfin, un dernier avantage du support métal- lisé à base de polypropylène selon l'invention est dû à son aptitude à subir les différentes étapes de réa- lisation des circuits imprimés, ne nécessitant pas de températures supérieures à 150eC: température de ra- mollissement sous charge du polypropylène. Dans le deuxième mode de réalisation, illus- tré figure 2, il s'agit d'améliorer les caractéristi- ques mécaniques du support métallisé à base de poly- propylène obtenu selon le premier mode de réalisation et notamment d'améliorer la rigidité et la planéité du support sans accroître exagérément son poids. On pro- cède au collage sur la face 3 du polypropylène d'une feuille de cuivre oxydé de la façon décrite précédem- ment et sur la face 2 au collage d'une plaque d'alumi- nium ou d'alliage d'aluminium oxydée anodiquement et non colmatée. Ces deux opérations de collage peuvent s'effectuer simultanément ou successivement. Dans le troisième mode de réalisation, il- lustré figure 3, on part du support métallisé réalisé se]nle premier mode (cuivre, polypropylène, cuivre) en ayant soin d'avoir conservé ou de réaliser l'oxydation du cuivre sur la face 6, cet ensemble est collé sur une plaque 10 d'aluminium ou d'alliage d'aluminium ayant reçu sur la face 8 une oxydation anodique par l'inter- médiaire d'un film de polypropylène 8. Quelle que soit la variante de réalisation adoptée pour la fabrication du support métallisé à ba- se de polypropylène selon l'invention, on constate avantageusement d'une part la simplicité des moyens permettant son obtention, d'autre part l'utilisation d'aucun équipement supplémentaire pour les indus- triels pratiquant la stratification; en effet, le ma- tériel se résume à une simple presse chauffante per- mettant d'atteindre des températures situées entre 165 et 180 C. Fort de ce qui précède, on aboutit à la mise en forme aisée et peu chère du support métallisé. Bien entendu et comme il résulte déjà de ce qui précède, il va de soi que l'invention ne se limite nullement aux exemples de réalisation plus spéciale- ment décrits. En particulier, on pourrait améliorer les qualités mécaniques et électriques par l'addition de différentes charges au propylène. Par ailleurs, la protection de l'antenne constituée par le support métallisé de l'invention vis- à-vis de l'environnement peut s'effectuer aisément par pressage sur ce support d'un film de polypropylene ou de tout autre film thermoplastique compatible avec les applications envisagées. REVENDICATIONS 1. Support métallisé comprenant une couche en matériau isolant (1) recouverte au moins partielle- ment sur au moins une de ses faces (2, 3) par un feuillard métallique (4, 5) adhérant au matériau iso- lant, caractérisé en ce que ce matériau isolant est en polypropylène. 2. Support métallisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau isolant (1) se présente sous forme de film. 3. Support métallisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau isolant (1) se présente sous forme de plaque. 4. Support métallisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau isolant (1) se présente sous forme d'aggloméré de granulés. 5. Support métallisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau isolant (1) est du polypropylène chargé. 6. Support métallisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la feuille métallique (4, 5) est en cuivre. 7. Support métallisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de matériau isolant (1) est recouverte sur l'une de ses faces (2) par une feuille métallique (4) en aluminium ou alliage d'aluminium et sur l'autre de ses faces (3) par une feuille de cuivre (5). 8. Procédé de réalisation du support métal- lisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on presse à chaud, sur une cou- che de matériau isolant (1), au moins un feuillard métallique (4, 5). 9. Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire dans laquelle on reporte le support métallisé obtenu sur une autre feuille métallique (10) par l'intermé- diaire d'une feuille (8)depolypropylèneou de tout au- tre polymère adhésif. 10. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 8 et 9, caractérisé en ce que le pressa- ge à chaud est effectué dans une presse chauffante. 11. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 8 et 9, caractérisé en ce que le pressa- ge du feuillard métallique (4, 5) sur la couche de matériau isolant (1) est effectué par laminage à chaud. 12. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'on fait monter progressivement la température de travail jusqu'à une valeur comprise entre 165 C et 180 C. 13. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 8 à 12, caractérisé en ce que la pression de collage est de quelques kg/cm. 14. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 8 à 13, caractérisé en ce que, l'un au moins des feuillards (4, 5) étant en cuivre, on le soumet à un traitement chimique d'oxydation sur l'une au moins de ses faces. 15. Procédé selon la revendication 14, ca- ractérisé en ce qu'après avoir collé le feuillard de cuivre (5) sur le support isolant (1), on fait subir à sa face externe (7) un traitement de désoxydation. 16. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 8 à 13, caractérisé en ce que, l'une au moins des feuilles métalliques (4, 5) étant en alu- minium ou alliage d'aluminium, on lui fait subir un traitement de surface sous forme d'oxydation anodique non colmatée.