Brevet FR2682688A1 — publié le 19930423

PROCEDE POUR LA METALLISATION DE LA SURFACE DE PIECES EN MATERIAU PLASTIQUE ET PIECES A USAGE ELECTRONIQUE AINSI OBTENUES La présente invention se rapporte à un procédé pour la métallisation de la surface de pièces en matériau plastique et aux pièces à usage électronique obtenues par ce procédé. En électronique notamment, on cherche de plus en plus souvent à remplacer des pièces métalliques par des pièces en matériau plastiques plus légères, moins coûteuses et aussi résistantes Ces pièces10 en matériau plastique doivent toutefois être métallisées pour présenter les performances électriques nécessaires. On sait déjà métalliser certains matériaux plastiques courants ou même plus récents, comme le polyéthersulfone, utilisés dans une large gamme d'applications industrielles.15 Dans le domaine des hyperfréquences en général et surtout dans le domaine des ondes millimétriques, il est nécessaire de trouver des matériaux plastiques permettant la fabrication de pièces de grande précision C'est ainsi qu'ont été mis au point des matériaux plastiques nouveaux permettant la fabrication par injection de pièces avec des20 tolérances très faibles sur les dimensions grâce à un écoulement orienté en couches lamellaires C'est le cas par exemple des polymères à cristaux liquides (à résine de base polyester) pouvant être renforcés par des charges minérales. Cependant, l'inconvénient de ces matériaux est que l'on ne sait pas actuellement les métalliser convenablement de manière à obtenir les caractéristiques d'adhérence de dépôt et de conductivité et d'homogénéité de surface nécessaires pour les applications hyperfréquences envisagées, ainsi que la possibilité de report de composants par brasage tendre.30 Un objet de la présente invention est donc un procédé de métallisation de matériau plastique remédiant à ces inconvénients. Selon l'invention, il est prévu un procédé pour la métallisation de la surface de pièces en matériau plastique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: préparer par voie chimique la surface desdites pièces en matériau plastique pour obtenir un micro-satinage; étuver pour déshydrater et dégazer lesdites pièces; activer ladite surface micro-satinée par l'action d'un plasma; déposer une sous-couche mince d'un métal d'accrochage par pulvérisation cathodique; déposer une couche finale de métal très bon conducteur électrique par pulvérisation cathodique. Dans un mode de réalisation particulier, ce procédé met à profit la grande cohésion du palladium avec l'argent et les grandes qualités d'adhérence du palladium lorsque la surface du matériau a été préparée et activée comme indiqué. Selon un autre aspect, l'invention concerne également une pièce en matériau plastique métallisée comportant un substrat en matériau plastique recouvert d'au moins une couche métallique électriquement bonne conductrice, caractérisée en ce que la surface micro-satinée dudit matériau plastique est recouverte d'une sous-couche mince d'un métal d'accrochage et d'une couche finale d'un métal très bon conducteur électrique obtenues par pulvérisation cathodique. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et de la figure unique jointe montrant en coupe un exemple de pièce selon l'invention. Comme on l'a déjà mentionné plus haut, le problème de la métallisation de matériaux plastiques résolu par l'invention est particulièrement difficile dans le cas des matériaux utilisant un polymère à cristaux liquides à charge minérale Un exemple typique d'un tel matériau est le VECTRA (LCX-325 ou C 810 notamment), marque déposée, distribué par la Société Hoechst, ou encore le XYDAR, marque déposée. On décrira le procédé selon l'invention dans le cadre de son application au VECTRA sans que cela soit en rien limitatif de l'invention. Pour métalliser une pièce obtenue par injection de ce matériau plastique, le procédé selon l'invention prévoit de déposer d'abord sur la surface préparée et activée de la pièce une sous-couche mince d'un- métal d'accrochage par pulvérisation cathodique puis de déposer une couche finale de métal très bon conducteur électrique par pulvérisation cathodique. Plus particulièrement pour le VECTRA on utilise pour la sous- couche un métal de la mine de platine, et de préférence le palladium, et, pour la couche finale, de l'argent pur qui a une très bonne cohésion avec le palladium et qui donne les qualités électriques requises pour les applications électroniques même en ondes millimétriques, à savoir un état de surface aussi parfait que possible avec une très grande homogénéité et la conductivité voulue De plus, le couple palladium- argent a les qualités galvaniques souhaitées pour offrir une très grande résistance aux environnements sévères (brouillards salins,). Le palladium offre une très bonne adhérence au matériau plastique dans la mesure o la surface de celui-ci a été convenablement préparée. Une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention est décrite en détails ci-dessous en se référant également à la figure annexée. Dans une première étape, la pièce en VECTRA (référence 1 sur la figure annexée) subit une préparation par voie chimique dans un bain d'hydroxyde alcalin, par exemple d'hydroxyde de potassium Ce conditionnement permet l'élimination des pollutions de surface et crée un micro-satinage de la surface de la pièce Les paramètres de cette première étape doivent être convenablement réglés pour éviter les craquelures ou fissures tout en assurant le micro-satinage. On obtient ces résultats avec une concentration du bain com- prise sensiblement entre 380 et 420 g/l à une température comprise sensiblement entre 75 et 850 C et une durée de l'ordre de 10 mn 1 mn afin d'obtenir une rugosité suffisante mais inférieure à 2 pm. La seconde étape est une opération d'étuvage permettant la déshydratation et le dégazage des pièces Celle-ci s'effectue à une température de 1251 C 5 pendant 2 h 30 mn. La troisième étape est une étape d'activation par l'action mécanique d'un plasma d'argon Cette opération est essentielle pour la qualité et l'adhérence des couches métalliques Les paramètres sont optimisés afin de ne pas dégrader les pièces par échauffement. L'opération s'effectue dans un bâti de dépôt sous vide, ce qui a l'avantage de parachever la deshydration et le dégazage de la pièce. On choisit une pression partielle d'argon sensiblement égale à 2 Pa avec intensité de plasma de 0,4 A 0,05 A et la durée de l'opération est de 5 mn 30 s. Les ions d'argon du plasma ont un rôle d'activateur et de microbillage de la surface car ils viennent bombarder la pièce. La quatrième étape du procédé consiste à déposer une sous- couche mince de palladium très pur (référence 2 sur la figure annexée). On prend par exemple une épaisseur de la sous-couche comprise o sensiblement entre 2000 et 2500 A C'est ce dépôt microcristallin qui, avec les paramètres adéquats, permet d'assurer le lien d'adhérence entre le VECTRA et la couche d'argent. Le dépôt s'effectue par pulvérisation cathodique magnétron sous une pression partielle d'argon de l'ordre de 0,4 Pa avec une inten- sité de pulvérisation de 4 A 0,05 A pendant une durée de 1 i 5 mn + 1 mn. Enfin la cinquième étape du procédé consiste à déposer la couche finale d'argent pur (référence 3 sur la figure) Cette couche peut avoir une épaisseur sensiblement comprise entre 8 et 10 pm. Le dépôt s'effectue par pulvérisation cathodique magnétron sous une pression partielle d'argon de l'ordre de 0,5 Pa avec une intensité de pulvérisation de 4 A 0,05 A pendant une durée de 60 mn + 5 mn. Ce dépôt d'argent présente une parfaite continuité, un état de surface exempt de défaut (rugosité inférieure à 2 pm), une très grande adhérence au matériau plastique et autorise les brasages tendres De plus, ces caractéristiques se conservent parfaitement après vieillissement simulé par des variations rapides de température f 30 Ominutes -55 C ( 1000 cycles (-550 C/+ 1250 C) avec 1 cycle = 30 min)uts -50 C minutes + 125 O C Une caractéristique particulière des couches métalliques 2 et 3 est que, étant obtenues par pulvérisation cathodique, elles ont une constitution microcristallographique à structure colonnaire. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention Notamment, l'invention s'applique aussi à d'autres types de matériau plastique que les polymères à cristaux10 liquides à condition d'adapter le mode de préparation de la surface des pièces au matériau de façon à obtenir le micro-satinage et l'activation recherchés D'autre part, on peut aussi utiliser pour la sous-couche 2 d'autres métaux de la mine de platine De même enfin, il serait possible d'utiliser pour la couche finale 3 des métaux bons conducteurs1.5 électriques autres que l'argenttels que l'or, le cuivre, etc R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé pour la métallisation de la surface de pièces en matériau plastique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: préparer par voie chimique la surface desdites pièces en matériau plastique pour obtenir un micro-satinage; étuver pour déshydrater et dégazer lesdites pièces; activer ladite surface micro-satinée par l'action d'un plasma; déposer une sous-couche mince d'un métal d'accrochage par pulvérisation cathodique; déposer une couche finale de métal très bon conducteur électrique par pulvérisation cathodique. 2 Procédé selon la revendication 1 pour des pièces en polymères à cristaux liquides avec charges minérales, caractérisé en ce que ladite étape de préparation par voie chimique comprend le conditionnement desdites pièces dans un bain d'hydroxyde alcalin. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit hydroxyde alcalin étant de l'hydroxyde de potassium, lesdites pièces sont plongées dans le bain ayant une concentration comprise sensiblement entre 380 et 420 g/l et une température comprise sensiblement entre 75 et 850 C pendant une durée comprise sensiblement entre 9 et 1 1 mn. 4 Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit étuvage est effectué à une température de l'ordre de 1250 C pendant une durée sensiblement égale à 2 h 30 mn. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite étape d'activation comprend l'activation par un plasma d'argon. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite étape d'activation s'effectue dans un bâti de dépôt sous vide sous une pression partielle d'argon sensiblement égale à 2 Pa avec une intensité du plasma de l'ordre de 0,4 A pendant une durée de l'ordre de 5 mn. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit métal d'accrochage est du palladium. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape de dépôt d'une sous-couche de palladium consiste à déposer par pulvérisation cathodique magnétron une couche de palladium dont l'épaisseur est sensiblement comprise entre 2000 et 2500 A. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape de dépôt d'une sous-couche de palladium s'effectue sous une pression partielle d'argon sensiblement égale à 0,4 Pa avec une intensité de pulvérisation de l'ordre de 4 A pendant une durée de l'ordre de 15 mn. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit métal très bon conducteur électrique de ladite couche finale est de l'argent. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite étape de dépôt d'une couche finale d'argent consiste à déposer par pulvérisation cathodique magnétron une couche d'argent dont l'épaisseur est sensiblement comprise entre 8 et 10 pm. 12 Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que ladite étape de dépôt d'une couche finale d'argent consiste à déposer une couche d'argent par pulvérisation cathodique magnétron sous une pression partielle d'argon sensiblement égale à 0,5 Pa avec une intensité de pulvérisation de l'ordre de 4 A pendant une durée de l'ordre de 60 mn. 13 Pièce en matériau plastique métallisée comportant un substrat en matériau plastique recouvert d'au moins une couche métallique électriquement bonne conductrice, caractérisée en ce que la surface micro-satinée dudit matériau plastique ( 1) est recouverte d'une souscouche mince ( 2) d'un métal d'accrochage et d'une couche finale ( 3) d'un métal très bon conducteur électrique obtenues par pulvérisation cathodique. 14 Pièce selon la revendication 13, caractérisée en ce que ledit matériau plastique ( 1) est un polymère à cristaux liquides à charge minérale. Pièce selon la revendication 14, caractérisée en ce que ledit matériau plastique est du VECTRA. 16 Pièce selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que le métal d'accrochage est un métal de la mine de platine. 17 Pièce selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit métal d'accrochage est du palladium. 18 Pièce selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisée en ce que ledit métal de la couche finale ( 3) est de l'argent. 19 Pièce selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisée en ce que lesdites sous-couche ( 2) et couche finale ( 3) métalliques ont une constitution microcristallographique à structure colonnaire.