FR2847761A1 - Dispositif de metallisation de formes imprimees munies de pistes conductrices d'electricite et procede de metallisation associe - Google Patents

Abstract

Un circuit imprimé munis de pistes conductrices d'électricité peut être obtenu par une technique d'héliogravure. Cette technique d'héliogravure permet d'obtenir des pistes conductrices de très faible épaisseur leur conférant alors une résistance électrique élevée. Pour diminuer la résistance électrique de ces pistes (30) ainsi obtenues, l'invention prévoit de connecter au moins deux premières électrodes (9,8) à des portions opposées (17,18) d'une même piste alors que le milieu (19) de cette même piste baigne dans un bain électrolytique (7), lequel bain est connecté à une deuxième électrode (26) reliée à un deuxième potentiel (15) de polarité opposée à un premier potentiel (14) reliant les premières électrodes.

Description

Dispositif de métallisation de formes imprimées munies de pistes

conductrices d'électricité et procédé de métallisation associé L'invention concerne un dispositif de métallisation de formes imprimées munies de pistes conductrices de l'électricité et un procédé de métallisation associé. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de métallisation d'une succession de motifs de pistes conductrices de l'électricité présentant une faible conductivité électrique et imprimés sur un support diélectrique. Dans un exemple, le motif représente plus 10 particulièrement une antenne planaire. L'invention concerne également le domaine des circuits imprimés obtenus par n'importe quelle technique d'impression de pistes conductrices d'électricité, comme par exemple par une technique d'héliogravure, d'offset, de sérigraphie, etc. Dans le document EP-A-0 839 667, Dl, il est connu un procédé d'impression d'une encre conductrice d'électricité ou technique d'héliogravure. Cette technique d'héliogravure fait intervenir un cylindre gravé

et un cylindre de contre-pression entre lesquels est placé un support diélectrique mince pour y être imprimé. Le cylindre gravé est destiné à baigner partiellement dans un bac contenant une encre conductrice 20 d'électricité tout en tournant autour d'un axe de rotation de ce même cylindre.

Le cylindre de contre-pression est destiné à presser le support diélectrique sur le cylindre gravé en tournant également autour d'un autre axe de rotation de ce cylindre. Le cylindre gravé et le cylindre de contre-pression sont destinés à coopérer de telle manière que le cylindre gravé imprime des

pistes d'encre conductrices d'électricité sur le support diélectrique.

Cette technique d'héliogravure est particulièrement intéressante car elle permet d'obtenir des pistes conductrices précises. La technique d'héliogravure permet également d'obtenir des pistes conductrices de très faible épaisseur (de l'ordre de 1 prm par exemple). Les pistes obtenues par la 30 technique d'héliogravure présentent cependant une résistance électrique élevée.

Dans le document US-A-4 119 516, D2, il est décrit un appareil électrolytique permettant de déposer du métal sur les différentes pistes conductrices par une technique électrolytique. Cet appareil peut être utilisé à 35 la suite de l'impression de circuit imprimé avec des pistes conductrices.

L'appareil électrolytique, décrit dans le document D2, comporte une cathode et une paire d'anodes, la cathode étant destinée à être au contact des pistes conductrices et la paire d'anodes étant destinée à baigner dans une cuve électrolytique contenant un bain électrolytique. La cathode et la paire d'anodes sont reliées à un potentiel négatif et à un potentiel positif respectivement par l'intermédiaire d'un générateur de tension continue pour réaliser le dépôt métallique électrolytique sur les pistes conductrices. Cependant, cette technique de métallisation présente l'inconvénient d'obtenir une métallisation qui est perturbée par une faible conductivité électrique des pistes conductrices imprimées obtenues par les techniques

d'impression précédemment mentionnées. La conséquence en est une mauvaise répartition des épaisseurs de métaux déposées sur les pistes. Parfois même, il peut se produire un arrêt du processus de métallisation.

De ce fait, les circuits imprimés métallisés obtenus par cette technique de métallisation peuvent ne pas être suffisamment fonctionnels, ce qui peut être rédhibitoire pour une émission ou une détection efficace de signaux électromagnétiques depuis ou par le circuit imprimé en relation avec un circuit intégré d'une carte à puce ou d'une étiquette électronique par

exemple.

Pour résoudre ce problème tout en conservant les mêmes techniques d'impression de pistes conductrices d'électricité, notamment une technique d'héliogravure, l'invention prévoit un dispositif de métallisation dans lequel il est prévu de positionner au moins deux premières électrodes reliées à un premier potentiel, à deux portions de pistes opposées d'un même motif, 25 lequel motif est destiné à baigner partiellement dans un bain électrolytique entre ces deux premières électrodes. Ces deux premières électrodes sont réalisées de telle manière qu'elles sont séparées l'une de l'autre d'une distance inférieure ou égale à une dimension d'un motif, laquelle dimension

est mesurée par rapport à un sens de déplacement du support dans le bain.

Plus précisément, les deux premières électrodes sont séparées l'une de l'autre d'une distance inférieure ou égale à une longueur d'un motif mesurée le long du support entre les deux premières électrodes par rapport au sens de déplacement du support dans le bain. Le positionnement de ces deux premières électrodes l'une par rapport à l'autre permet d'assurer une métallisation de toutes les pistes d'un même motif par une mise en équipotentiel de ces même pistes par l'intermédiaire de ces premières électrodes au contact du motif. Ces deux premières électrodes sont reliées à un premier potentiel de polarité opposée à un deuxième potentiel, lequel deuxième potentiel est relié à une deuxième électrode destinée à alimenter le bain électrolytique au deuxième potentiel. L'invention a donc pour objet un dispositif de métallisation d'un support diélectrique revêtu de motifs de pistes conductrices de l'électricité, et comportant - un poste électrolytique, - ce poste électrolytique comporte un bain électrolytique, des premières électrodes reliées à une source d'un premier potentiel électrique, d'une polarité opposée à celle d'un deuxième potentiel électrique, le bain étant soumis au deuxième potentiel électrique par une ou plusieurs deuxièmes électrodes du poste électrolytique, caractérisé en ce que - le support diélectrique est baigné dans le bain électrolytique de telle manière que les pistes d'un même motif sont reliées en court-circuit au premier potentiel et au deuxième potentiel, et - au moins deux premières électrodes sont connectées à des portions de motif opposées d'un même motif alors que le milieu de ce même motif

baigne dans le bain.

L'invention a également pour objet un procédé de métallisation d'un support diélectrique revêtu de motifs de pistes conductrices de l'électricité, caractérisé en ce que a - on soumet au moins un motif de pistes conductrices à un bain 25 électrolytique en faisant baigner le support diélectrique dans ce bain, et en reliant les pistes en courtcircuit à une source d'un premier potentiel électrique d'une polarité opposée à celle d'un deuxième potentiel auquel est soumis le bain électrolytique, et b - on soumet par au moins deux électrodes des portions de motif opposées d'un même motif au premier potentiel alors qu'un milieu du motif

baigne dans le bain.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit

et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: Une représentation schématique d'un dispositif de métallisation, selon l'invention; - Figure 2: Une représentation schématique d'un support diélectrique, selon l'invention, et - Figure 3: Une représentation schématique d'une variante de réalisation du dispositif de métallisation, selon l'invention. La figure 1 représente un dispositif 1 de métallisation d'un support diélectrique 2, selon l'invention. Le support diélectrique 2 peut être par exemple un substrat diélectrique fabriqué en PET, PVC, polycarbonate, ABS, papier, imprégné ou non, verre époxy, polyimide, LCP, etc. Ce support 10 diélectrique 2 est formé par des éléments 3 (voir figure 2) revêtus chacun d'un motif 4 de pistes conductrices de l'électricité. Chacun des motifs peut être relié entre eux par l'intermédiaire d'au moins une piste de liaison telle que 37. Le motif 4 de pistes conductrices peut représenter une antenne planaire, comme représentée figure 2, ou un circuit imprimé d'une toute autre forme. Une antenne planaire peut être intégrée de façon simple dans des cartes à puce ou des étiquettes électroniques, la liaison avec le circuit intégré pouvant s'effectuer par des procédés usuels tels que le soudage de fils, le montage en flip-chip ou analogue. Une antenne planaire, comme représentée figure 2, est formée par une succession de spires concentriques,

chacune des spires formant une piste 30 conductrice d'électricité.

Le motif de piste conductrices peut être obtenu par une technique

d'héliogravure faisant intervenir un poste d'héliogravure 5, figure 1. Ou bien, le motif de pistes conductrices peut être obtenu par d'autres techniques comme par exemple la technique de sérigraphie, de l'offset, comme 25 précédemment mentionné. Dans un exemple, la technique d'héliogravure permet d'obtenir une piste de 1 pm d'épaisseur, donc très fine et autorisant une densité élevée de piste.

Selon l'invention, le dispositif de métallisation 1 comporte un poste électrolytique 6, ce poste 6 peut être placé en aval du poste d'héliogravure 5.

Ce poste électrolytique 6 comporte un bain électrolytique 7 pour y faire baigner le support diélectrique 2. Ce poste électrolytique 6 comporte également des premières électrodes et au moins une deuxième électrode. Dans l'exemple préféré figure 1, le poste électrolytique comporte cinq

premières électrodes 8, 9, 10, 11, 12 toutes reliées entre elles et une 35 deuxième électrode 13. Les premières électrodes placent les pistes en court-

circuit et, en permettant de relier ces pistes à une source d'un premier potentiel électrique 14, permettent une mise en équipotentiel des pistes. La deuxième électrode permet de soumettre le bain électrolytique 7 à une source d'un deuxième potentiel électrique 15. Les différences entre les potentiels sont telles qu'on peut dire que les premières électrodes sont reliées au premier potentiel 14 de polarité opposée au deuxième potentiel électrique 15 reliant la deuxième électrode. Le premier potentiel et le deuxième potentiel sont par exemple produits par un redresseur de tension

16 ou par un générateur de tension.

Le bain électrolytique 7 peut être formé de préférence par une formulation à base de sulfate de cuivre en milieu acide, ou par toute autre solution susceptible de libérer des métaux lors d'une électrolyse. La polarité des premières électrodes et la polarité de la deuxième électrode dépend de la nature de la solution contenue dans le bain électrolytique. Dans le cas 15 d'une solution formée par du sulfate de cuivre, les premières électrodes sont reliées au premier potentiel 14 de polarité négative de manière à attirer des ions cuivreux vers ces premières électrodes donc vers les pistes lors de l'électrolyse, tandis que la deuxième électrode est reliée au potentiel de polarité positive 15. Ainsi, les premières électrodes destinées à être au 20 contact des pistes permettent-elles à ces pistes de former alors des cathodes

destinées à attirer les cations tandis que la deuxième électrode forme une anode destinée à attirer les anions.

Les premières électrodes sont ici disposées de telle manière qu'elles sont situées en dehors du bain. Une électrolyse est alors réalisée entre deux 25 premières électrodes et le bain électrolytique, suite au contact d'au moins une première électrode 8 (ou 9) sur le motif 4 de pistes conductrices, et suite

à l'immersion d'au moins une partie de ce motif de pistes conductrice dans le bain 7.

Les deux premières électrodes 8 et 9 sont séparées l'une de l'autre 30 d'une distance inférieure ou égale à une longueur 21 d'un motif 4, la longueur 21 étant mesurée le long du support 2 ou feuille isolante par rapport à un sens d'entraînement du support, comme représenté par une flèche figures 1 et 2. En particulier, au moins deux premières électrodes 8 et 9 sont connectées à des portions de motifs opposées 17 et 18 d'un même motif 4, 35 figure 2. Un motif 4 comporte une première portion de motif 17 et une deuxième portion de motif 18, chacune des portions ou extrémités sont opposées l'une de l'autre. Ces deux portions opposées sont séparées par une portion de motif intermédiaire 19 ou milieu. Lors du déplacement du support 2, la première portion 17 du motif 4 est électrolysée en premier par connexion à l'électrode 8 et baigne dans le bain 7 tandis que la deuxième portion 18 du motif 4 est électrolysée en dernier. Lorsque la portion 18 est

électrolysée par l'intermédiaire de l'électrode 8, la portion 17 vient à être électrolysée par l'électrode 9.

Le dispositif de métallisation comporte également un moyen 10 d'entraînement 22 de la feuille 2 et une succession de portions de bain dans lesquels entre et ressort la feuille 2. Cette succession de portions de bain permet de parfaire le dépôt de métal sur les pistes au fur et à mesure du déplacement du motif dans le bain.

Selon un premier mode préféré de l'invention représenté figure 1, le moyen d'entraînement 22 peut être formé par une série de premiers rouleaux tels que 8 à 11 situés en dehors du bain, et par une série de deuxièmes rouleaux 26 situés dans le bain. Dans l'exemple figure 1, le moyen d'entraînement est formé par quatre deuxième rouleaux tels que 26. Dans ce mode préféré de l'invention, les premiers rouleaux sont métalliques et 20 forment les premières électrodes 8, 9, 10, 11 et 12. Les deuxièmes rouleaux sont de préférence isolants et assurent l'immersion de la feuille entre au moins deux premières électrodes au cours du déplacement de la feuille. Tous ces rouleaux peuvent être supportés par un même portique (non représenté). La feuille 2 est entraînée par passage successifs d'un premier 25 rouleau à un deuxième rouleau et ainsi de suite. Ces passages successifs d'un premier rouleaux à un deuxième rouleaux et ainsi de suite permet de parfaire le dépôt métallique sur les pistes au fur et à mesure que le support se déplace dans le bain électrolytique. Si la feuille subit une tension trop importante susceptible de la déformer, ces rouleaux peuvent être montés sur 30 roulements, et/ou motorisés de manière à diminuer la tension entre chacun

des rouleaux.

Dans une variante, le moyen d'entraînement pourrait comporter une première série de premiers rouleaux 8, 9, 10, 11, 12 et une deuxième série de premiers rouleaux 27 montés en correspondance en appui contre les 35 rouleaux de la première série de premiers rouleaux. La première série de premiers rouleaux correspond aux premiers rouleaux précédemment décrits tandis que la deuxième série de premiers rouleaux est représentée en traits pointillés sur la figure 1. Ces deux séries de premiers rouleaux permettraient à une première face 24 et/ou à une deuxième face 25 de la feuille isolante 2 imprimée d'être soumise à l'électrolyse, la première face et la deuxième face étant chacune revêtue d'au moins un motif de pistes conductrices de l'électricité. La première série de premiers rouleaux serait disposée de telle manière que la première face 24 serait au contact de ces premiers rouleaux et la deuxième série de deuxièmes rouleaux serait réalisée de telle manière 10 que la deuxième face 25 serait au contact des ces derniers premiers rouleaux. Les premiers rouleaux sont alimentés au premier potentiel 9 et les deuxièmes rouleaux sont de préférence isolants. Les deuxièmes rouleaux peuvent également être alimentés au premier potentiel comme représentés 15 en traits pointillés sur la figure 1. Il suffirait alors de remplacer régulièrement ces deuxièmes rouleaux qui au cours de l'électrolyse pourraient s'être

progressivement recouverts de métal.

Pour entraîner la feuille, les rouleaux sont motorisés. Cependant, seulement quelques rouleaux peuvent être motorisés de telle manière que la 20 feuille puisse suffisamment se déplacer. La vitesse de rotation des rouleaux est réglée de telle manière que la durée totale de passage suffise à former l'épaisseur voulue.

Le procédé de métallisation de la feuille isolante 2 en vue d'obtenir un support diélectrique imprimé avec des motifs de pistes conductrices de 25 l'électricité est obtenu en réalisant les étapes suivantes. Il est d'abord prévu d'imprimer par la technique d'héliogravure sur la feuille des motifs de pistes conductrices reliés entre eux ou non. Pour ce faire, le poste d'héliogravure 5 comporte, comme précédemment mentionné, un cylindre gravé 31 et un cylindre de contre-pression 32. Le cylindre gravé 31 comporte des alvéoles 30 33 destinées à imprimer des pistes conductrices sur le support 2. Le cylindre gravé et le cylindre de contre- pression sont placés en appui l'un contre l'autre par l'intermédiaire du support diélectrique. Le cylindre gravé et le cylindre de contre-pression tournent autour de leur axe respectif, tout en permettant d'obtenir une impression des pistes précise sur la feuille isolante. Une racle 34 est prévue pour d'obtenir une impression des pistes précise sur le support diélectrique. La racle 34 permet alors d'enlever l'excès d'encre située en dehors des alvéoles du cylindre gravé avant que le cylindre de contrepression n'imprime le motif de pistes conductrice sur le support pressé par le

cylindre de contre-pression.

Une fois imprimées, les pistes conductrices sont ensuite soumises au bain électrolytique 7 en faisant baigner le support diélectrique dans ce bain relié au deuxième potentiel électrique de polarité positive, et en reliant les pistes en court-circuit à la source du premier potentiel électrique de polarité négative. La continuité de l'électrolyse sur un même motif est assurée lors du déplacement de la feuille entre les rouleaux du fait d'un réglage préalable de la distance entre au moins deux premiers rouleaux correspondant à deux premières électrodes, laquelle distance entre ces deux premiers rouleaux est telle qu'elle corresponde à une longueur inférieure ou égale à une longueur 21 d'un motif 4 du support mesurée le long de la feuille 2 par rapport au sens

de déplacement du support dans le bain.

Les rouleaux formant les premières électrodes sont également réalisés de telle manière qu'ils comportent une longueur mesurée par rapport une direction perpendiculaire au sens de déplacement du support dans le bain au moins égale à une largeur 38 d'un motif 4, laquelle largeur d'un motif 20 4 est mesurée sur le support par rapport à une même direction perpendiculaire au sens de déplacement du support dans le bain. Plus précisément, les premiers rouleaux ou premières électrodes comportent une

longueur permettant de couvrir toutes les pistes d'au moins un même motif 4 par rapport à une direction perpendiculaire au sens de déplacement du 25 support dans le bain. Les premiers rouleaux ou premières électrodes pourraient comporter une longueur dépendante du nombre de motifs présents sur le support 2.

Dans l'exemple, les étapes d'électrolyse sont réitérées autant de fois qu'il y a d'éléments 3 baignant dans le poste 6, en particulier parce que la 30 distance entre les premiers rouleaux 8 et 9, ou 9 et 10, ou 10 et 11, ou 11 et 12, mesurée le long du support 2, est inférieure ou égale à la dimension d'un

d'un motif 4.

Selon le mode préféré de l'invention figure 1, les étapes sont réitérées dans un même bain électrolytique puisque les rouleaux tels que 26 baignent

dans un même bain.

En variante, il est possible d'utiliser une série de compartiments 28 comportant chacun un bain électrolytique, figure 4. Dans l'exemple, le dispositif de métallisation selon cette variante comporte une série de trois compartiments, tels que 28. Ces compartiments sont réalisés de telle manière qu'ils permettent le passage du support diélectrique 2 à travers une fente. Chaque compartiment, selon l'invention, a une dimension inférieure à à un motif 4. Les pistes 30 de chaque élément du support sont reliées à au moins deux premières électrodes cylindriques 29 et 35. Ces premières électrodes 29 et 35 sont en contact avec chacune des pistes par de patins situés en dehors du compartiment 28. Dans un exemple, les patins peuvent être remplacés par des rouleaux. Les électrodes 29 et 35 reliées entre elles sont au contact des portions 18 et 17 respectivement. Un montage similaire

est adapté pour les autres compartiments. Le contact avec le bain est assuré lors du passage du support dans chaque compartiment par une électrode 36.

Un capteur C du niveau du bain électrolytique peut être placé de

manière à prévenir une éventuelle baisse de niveau qui pourrait empêcher l'électrolyse correcte des motifs 4, figure 1.

L'étape d'impression 5 et l'étape d'électrolyse 6 permettant d'aboutir à la métallisation correcte sont de préférence enchaînées l'une à la suite de 20 l'autre, de façon à éviter les décollages d'impression qui résulteraient immanquablement d'un emballage intermédiaire. La vitesse de déplacement de la feuille au cours de l'étape d'impression pouvant être différente de la vitesse de déplacement de la feuille au cours de l'étape d'électrolyse, il peut être prévu un adaptateur 39 de la vitesse de déplacement de la feuille 2, 25 lequel adaptateur peut être placé entre le poste d'héliogravure 5 et le poste électrolytique 6, comme représenté très schématiquement sur la figure 1. Dans un exemple, la vitesse de déplacement de la feuille au cours de l'étape d'impression par héliogravure est de 50 à 100 mètres par minutes et la vitesse de déplacement de la feuille au cours de l'étape d'électrolyse est de 1

à 10 mètres par minute.

En pratique, l'étape d'électrolyse 6 permettant d'aboutir à la métallisation correcte se déroule à des vitesses comprises entre 1 à 10 mètres par minutes.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de métallisation (1) d'un support diélectrique (2) revêtu de motifs (4) de pistes conductrices de l'électricité, et comportant - un poste électrolytique (6), - ce poste électrolytique comporte un bain électrolytique (7), des premières électrodes (8, 9, 10, 11, 12) reliées à une source d'un premier potentiel électrique (14), d'une polarité opposée à celle d'un deuxième potentiel électrique (15), le bain étant soumis au deuxième potentiel 10 électrique par une ou plusieurs deuxièmes électrodes (13) du poste électrolytique, caractérisé en ce que - le support diélectrique est baigné dans le bain électrolytique de telle manière que les pistes d'un même motif sont reliées en court-circuit au premier potentiel et au deuxième potentiel, et - au moins deux premières électrodes sont connectées à des portions

de motif opposées (17, 18) d'un même motif alors que le milieu (14) de ce même motif baigne dans le bain.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que - deux premières électrodes sont séparées l'une de l'autre d'une 20 distance inférieure à une longueur (21) d'un motif (4), mesurée le long du

support par rapport à un sens de déplacement du support dans le bain.

3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce

qu'il comporte - un moyen d'entraînement (22) du support diélectrique, et - une succession de portions de bain dans lesquelles entre et ressort

le support.

4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte - une série de premiers rouleaux situés en dehors du bain, et une série de deuxièmes rouleaux situés dans le bain, - le support diélectrique passant alternativement d'un premier rouleau à un deuxième rouleau et réciproquement, - les premiers rouleaux étant alimentés au premier potentiel,

- les deuxièmes rouleaux étant de préférence isolants.

- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les

rouleaux sont motorisés.

il

6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bain d'électrolyte est une formulation à base de sulfate de cuivre en

milieu acide.

7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce

que le support diélectrique est placé entre une première série de premières

électrodes (8-12) et une deuxième série de première électrodes (27).

8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chacun des motifs sont reliés entre eux par au moins une piste de liaison

(37). 9 - Procédé de métallisation d'un support diélectrique (2) revêtu de motifs (4) de pistes conductrices de l'électricité, caractérisé en ce que a - on soumet au moins un motif de pistes conductrices à un bain électrolytique (7) en faisant baigner le support diélectrique dans ce bain, et en reliant les pistes en court-circuit à une source d'un premier potentiel 15 électrique (14) d'une polarité opposée à celle d'un deuxième potentiel (15) auquel est soumis le bain électrolytique, et b - on soumet par au moins deux électrodes des portions de motif opposées (17, 18) d'un même motif au premier potentiel alors qu'un milieu

(19) du motif baigne dans le bain.

10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que

- on réitère les étapes a et b.

11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que

- pour la réitération, on utilise un même bain.

12 - Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce 25 que le bain électrolytique est une formulation à base de sulfate de cuivre en

milieu acide.

13 - Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce

que - les étapes a et b se succèdent dans le temps avec une vitesse

comprise entre 1 à 10 mètres par minute.