CA1079408A

CA1079408A - Procede de preparation d'un substrat en matiere plastique en vue de sa metallisation

Info

Publication number: CA1079408A
Application number: CA296,745A
Authority: CA
Inventors: Jean-Paul Ehrbar; Claude Ganguillet
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1980-06-10
Also published as: IT1102022B; GB1577398A; FR2381081B1; NL7801648A; JPS53101069A; FR2381081A1; IT7847875A0; US4165394A; AU3318678A; DE2725775A1; CH610596A5

Abstract

Procédé de préparation d'un substrat en matière plastique en vue de sa métallisation. Ce procédé est caractérisé par le fait qu'on attaque la surface du substrat à métalliser par effluvage, l'effluvage étant réalisé par des décharges Corona appliquées par passes successives avec une densité de courant supérieure à 0,5 mA/cm2; la tension est inférieure à la tension de claquage du substrat, afin d'éviter de détériorer celui-ci, la densité de charge totale d'énergie ainsi appliquée étant supérieure à 20 mC/cm2 de manière à rendre ladite surface apte à une métallisation par voie chimique. Le procédé selon l'invention permet de créer une forte adhérence entre la couche métallique déposée chimiquement et un substrat organique, sans pour autant faire intervenir des produits chimiques toxiques. En outre, ce procédé permet la métallisation d'une gamme étendue de polymères, tout en étant applicable à une métallisation sélective, n'intervenant que sur une portion de la surface.

Description

1~9~8 EBAUCHES S.A., NEUCHATEL
Procede de preparation d'un substrat en matiere plastique en vue de sa metallisation.
La presente invention a pour objet un procédé
de préparation d'un substrat en matiere plastique en vue de sa métallisation.
_ _ . . _ . .
La necessitë de metalliser des substrats en matière plastique s'accroit en raison du developpement de l'electronique. De nombreux travaux ont ete realises ces dernières annees afin de permettre de deposer, si possible directement et de façon selective, une couche de metal, no-tamment de cuivre, adherant a un substrat or~anique. La de-.... ...... ... .. . ....... ....... _ ........ , !_ __ _ ___,_ , .. . . .. . . . . _ _ . . . . _ _ _ position chimique du cuivre, precédée d'un conditionn'ëment 'egalement chimique de la surface du substrat, s'effectue couramment depuis plusieurs annees et fait l'objet de tech-niques bien connues. Mais la grande difficulté a surmonter lors de la metallisation d'un substrat organique est d'obte-nir l'adherence entre celui-ci et la couche de metal.
Pour l'instant, les travaux effectues montrent que cette adherence n'est acceptable que pour certains subs-trats, tels que les resines acronitrile-butadiène-styrène (appelees aussi A8S) et pour la metallisation des trous pra-tiques dans les substrats de circuits imprimes utilisant le plus souvent des resines verre-epoxy. Des methodes faisant intervenir soi-t des substrats relativement compliquès et co~teux, soit des elements chimiques extrêmement toxiques, tels que le phosphore ou l'arsenic, permettent de recouvrir une gamme plus etendue de substrats organiques avec une cou-che de metal adherente.
Le but principal de la presente invention est de fournir un procede qui permette de creer une forte adhe-rence entre la couche metallique deposee chimiquement et un substrat organique, sans pour autant faire intervenir des produits chimiques toxiques. En outre, ce procede doit per-mettre~la mcta~lisa~ion d'une gamme etendue de polymères, tout en etant applicable à une metallisation selective, n'in-tervenant que sur une portion de la surface.
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.__ .
'' ~0~ 8 3 ~ A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérise par le fait qu'on attaque la surface du substrat à metalliser par eEfluvage, ledit effluvage étant realise par des décharges Corona appliquées par des passa~es successifs, avec une densite de courant su-perieure à 0,~ mA/cm , la tension etant inferieure ~ la tension de claquage du substrat, afin d'eviter dedeteriorer celui-ci, la densite de charge totale ainsi appliquee etant superieure à 20 mC~cm , de manière à rendre ladite surface apte à une metallisation par voie chimique~
Incidemment, il est à remarquer qu'on a déjà
eu l'idée de traiter de la matière plastique par efflu-vage, mais en appliquant des charges très inférieures à
celles mentionnées ci-dessus, en vue de leur nettoyage pour l'application subsé~uente d'encre ou de vernis, ou encore pour une métallisation par evayoration sous vide.
La metallisation sous vide, même precedee d'un effluvaqe, ne permet pas de deposer directement une couche de cuivre adhérente. Cette technique ne fournit des couches adherentes que si la première couche métallisee est composee de chrome, de nickel-chrome, ainsi que l'indique le memoire exposé ja-ponais No 29.396/69.
La figure unique du dessin représente schémati-quement, à titre d'exemple, une installation permettant la mise en oeu~re du procédé suivant l'invention.
.. . . . . . .... . ...
- ~
~ ~ ~ 9 ~ ~ ~ 4.
Le present procede pourra, par exemple, être mis en oeuvre dans le-cas d'un processus de metallisation chimique de pièces de matière plasti-que se deroulant de la facon suivante :
Les pièces ou films en matière plastique sont tout d'abord nettoyés dans une solution aqueuse alcaline du commerce, contenant des detergents, pendant une duree de 5 minutes, à 50 C. On utilisera à cet effet du carbonate de sodium, du metasilicate de sodium, du phosphate de sodium, des mouillants anioniques et non ioniques ou encore un produit detergent utilise pour le nettoyage de ~i~ces metalliques, conjointemcnt à une action mecanique telle qu'un brossage.
, On effectue ensuite un rincage a l'eau cou- -rante puis une neutralisation dans de l'acide chlorhy~
drique dilue dans un rapport de 1 a 3, pendant 1 minute, a temperature ambiante.
On effectue ensuite un nouveau rin~age a l'eau courante, puis a l'eau deionisee ou demineralisee, puis un sechage a l'air chaud.
. . .. ~ . _ ~0~7~40~il 5.
Vient alors l'opération d'effluvage par effet Corona au moyen de l'installation representee au dessin :
La pièce en travail, en 1' occurrence un film 1 de polyéthylène de 5x13 cm, est tendue sur une plaquem~tallique 2r par exeF~le d'aluminiu~, or~nt electrode, reliee à l'un des p~les d'un generateur, par exemple au pôle negatif.
L'autre pôle est relie à un cylindre me-tallique 3, formant electrode, recouvert d'une couche isolante 4 par mesure de securite, que l'on deplace en un mouvement de va-et-vient dans le sens de la flè-che 5, parallèlement au film 1 ~ traiter, à quelques millimètres de distance de la plaque metallique 2, par exemple 3 mm. On realisera ainsi quelque 60 ~asses pen-dant une duree de 1 à 2 minutes, dans le sens longitudinal. Chaque point de la surface du film 1 estainsi active ou attaque.
Cette operation d'effluvage produit une assez forte augmentation de temperature qui pourrait conduire à
brûler la matière du substrat et, dans le cas d'un film, à
le perforer. C'est la raison pour laquelle l'electrode 3 est deplacee, ce qui permet au polymère de se refroidir 1 O ~ ~ ~ 6.
entre deux passages. Pour la même raison, la ten-sion appliquée aux electrodes, bien que très superieure aux tensions utilisees p~ur les opera-tions d'effluvage ordinaires servant uniquement à nettoyer le substrat, est maintenue à une valeur inferieure à la tension de claquage du substra~.
Cette tension sera de 13 kV par exemple. La densite de courant appliquee devra être su~erieùre à 0,5 mA/cm , soit une charge de 30 à 60 mC/cm .
Il est à remarquer que la distance de quelques millimètres entre l'electrode 3 et la sur-face de la pièce à traiter est très inferieure à la distance habituellement prevue dans les cas usuels d'effluvage se pratiquant dans une enceinte sous vide.
La pièce etant ainsi preparee, les operations proprement dites de metallisation peuvent debuter :
Aussitôt après l'effluvage, la pièce de poly-ethylène est plongee dans une solution reductrice, ce qui constitue la première phase de la metallisation. ~elle-ci s'e~fectue en utilisant les produits du commerce tels que fournis par exemple par les maisons americaine McDermid ou allemande Schering.
~79~
Le processus de m~tallisation consiste a plonger la'piece dans un bain d'activation cons-titue par une~solution réductrice comprenant des ions Sn , Pd , ainsi que du Pd colloldal, lequel est adsorbe par la surface du polymere. La duree de l'immersion dans le bain d'activation sera de 10 minutes, cette immersion etant suivie d'un rin-çage a l'eau courante.
La pièce est alors plongee dans un bain d'acceleration constitue par une solution du commerce préparant la sur~ace pour la deposition du metal, pen-dant environ 1 minute, à temperature ambiante.
Après un nouveau rinçage à l'eau courante, la pièce est immergee aans un bain de cuivre chimique !
sans utilisation d'aucune source de courant, pendant 20 minutes et a temperature ambiante. On utilisera un bain du commerce provoquant une reducticn, par le formol, dlun sel de cuivre, en milieu alcalin.
~ 8.
Il est à remarquer que le cuivrage chi-mique doit être eEfectue a une vitesse de forma-tion determinee sinon, malgre l'effluvage prealable, l'adherence du depot n'est pas satis~aisante. Le contrôle de cette vitesse de formation du depat s'effectue en faisant varier le pH du bain de cuivre chimique, cette vitesse croissant avec ledit pH. Celui-ci doit être regle à 12- 0,2 unités pH. On a constate que si le pH est trop faible, le depôt se forme trop lentement et la couche d'activation de Pd est partiel-lement attaquee. Si le pH est trop eleve, le depôt se forme trop rapidement pour être convenablement cristallise.
Il se produit alors de fortes tensions internes qui diminuen-t liadhe-rence du metal sur la piece de polymere,dans ce cas, de polyethylène.
Une fois atteinte l'epaisseur desiree du depôt de cuivre, la pièce de polyethylène est rincee sous un jet d'eau courante puis rincee à l'eau deionisee ou deminera-lisee et enfin sechee a l'air chaud.
L'experience montre que, grâce a l'effluvage effectue dans les conditions indiquees, des matieres plas-tiques tres diverses peuvent être metallisees par voie chimique avec une adherence satisfaisante de la couche metallisee. Des resultats satisfaisants ont aussi ete ob-tenus avec des materiaux de la famille des polyimides, des poly-hydantolnes, des ionomeres, des epoxys, par exemple.
~ 9 Le cas du polyethylène est particulièrement demonstratif puisqu'il s'agit d'une matière très re-fractaire à l'adherence.
Dans une variante de mise en oeuvre du pre-sent procede, on pourra, en vue de permettre la reali-sation d'un motif metallise sur un substrat en matière plastique (metallisation selective), effectuer l'ef-fluvage selon ce même motif en utilisant un masque ou chablon metallique que l'on placera sur la pièce de ma-tière plastique lors de l'operation d'effluvage, ou sous celle-ci, ce masque formant alors l'electrode fixe, ce qui ne donne cependant pas de résultats parfaits quant à la netteté du motif, en raison sans doute de l'ozone qui se forme pendant le traitement et s'infiltre entre le masque et la pièce à traiter.
.. . . _ _, .... . . .......... . .
Le procédé se poursuit alors, après la dernière operation de metallisation, par un rin~age à l'aide d'un jet d'eau courante. Grâce à l'accroissement de l'adherence dû a l'effluvage, le depôt de cuivre est elimine, lors de ce rinçage violent, des zones où l'effluvage n'a pas ete ~effectue, alors qu'il se maintient sur le restede la surface.
~0~94~ lo.
Dans une autre variante, on commence par opérer un premier effluvage léger de la surface que l'on endult, par un procédé d'impression tel que la séri~raphie ou l'offset.d'une couche de vernis.
Cette couche doit être présente partout o~ on ne désire pas de dépôt métallique. En revanche, les motifs que l'on désire métalliser doivent être exempts de vernis.
Lorsque le vernis est séché par étuvage, on opere le traitement d'effluvage comme décrit ci-dessus suivi de l'activation et de l'accélération. A
ce moment, sans sécher le substrat, on enleve la cou-che de vernis par un solvant approprié, on rince le substrat à l'eau courante et on opère la métallisation dans le bain de cuivre chimique. Le dépôt ne se produit alors que sur les portions de surface que ne recoùvrait pas le vernis.
Le présent procédé permet de preparer des surfaces de pieces en matiere plastique en vue du depôt par voie chimique non seulement de cuivre, mais de divers autres metaux tels que le nickel, l'argent ou l'or.
1~79~0~
Il est ~ remarquer que le procede decrit convient particulièrement' bien aux fabrications en petites series. Dans le cas d'une fabrication industrielle, il pourrait être souhai-table de travailler en continu, auquel cas la chaine de fabrication comporterait plusieurs postes d'efflu-vage en serie, les differentes etapes chimiques pou-vant être sans autre incorporees dans la chaine.

Claims

12.
R E V E N D I C A T I O N S :

1. Procédé de préparation d'un substrat en matière plastique en vue de sa métallisation, carac-térisé par le fait qu'on attaque la surface du substrat à métalliser par effluvage, ledit effluvage étant réalisé
par des décharges Corona appliquées par passes successives avec une densité de courant supérieure à 0,5 mAcm2, la tension étant inférieure à la tension de claquage du subs-trat, afin d'éviter de détériorer celui-ci, la densité de charge totale d'énergie ainsi appliquée étant supérieure à
20 mC/cm2 de manière à rendre ladite surface apte à une métallisation par voie chimique.

2. Procédé suivant la revendication 1, carac-térisé par le fait qu'on effectue entre 20 et 100 passes successives d'effluvage en une période de temps de l'ordre de 1 à 5 minutes.

3. Procédé suivant la revendication 1, carac-térisé par le fait qu'on applique contre le substrat a me-talliser un chablon métallique formant masque et qui consti-tue, lors de l'effluvage, l'une des électrodes, de manière que seules les parties découvertes par ledit masque soient rendues aptes à une métallisation par voie chimique.
13.

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérise par le fait qu'avant de procéder à l'ef-fluvage on épargne au vernis certaines parties du subs-trat destinées à ne pas être métallisées de façon que lesdites parties ne soient pas aptes à une métallisation par voie chimique.