LU81680A1 - Feuille metallique a resistivite electrique - Google Patents

Description

?

La présente invent-ion concerne 3a fabrication d'une feuille métallique à résistivité électrique. Plus spécifiquc-i ment, l'invention fournit un procédé pour le traitement d'une feuille métallique utilisée dans la fabrication de résistances | électriques imprimées afin d'améliorer la force d'adhérence de cette feuille sur un substrat support. La présente invention concerne également cette feuille ainsi traitée.

Une feuille à résistivité électrique d'un emploi ! très répandu est fabriquée à l'échelle industrielle par laminage d'une billette d'un alliage de cupronickel. La feuille ainsi obtenue possède des surfaces très lisses et il est difficile de la fixer sur un substrat en utilisant un adhésif et l'on obtient un lamifié ayant une force d'adhérence médiocre et irrégulière.

En outre, certains des adhésifs utilisés dans de telles applications sont, dégradés par des vapeurs et des liquides organiques. En conséquence, des résistances fabriquées à partir de ces lamifiés ne peuvent être utilisées dans des milieux ambiants dans lesquels il pourrait y avoir une exposition à ces liquides et vapeurs, ce qui provoquerait normalement la délamification entre la feuille et le substrat.

Le brevet britannique n° 951-660 concerne l'adhé— ' rence d'une feuille métallique à résistivité électrique sur un substrat résineux en vue de fabriquer des résistances imprimées. Le pro<fe^é décrit dans ce brevet comprend les étapes consistant à dégraisser la feuille, en soumettre une surface à une morsure avec du chlorure ferrique, puis lier, sur un substrat, la face de cette feuille qui a été soumise à cette morsure, cette liaison étant effectuée au moyen d'une couche intercalaire d'adhésif.

Lors de la fabrication de feuilles de cuivre conductrices d'électricité et utilisées dans la fabrication de circuits imprimés, il est de pratique courante de former, sur une face de la feuille, une surface comportant des microrugosités afin de pouvoir fixer cette feuille sur un substrat au moyen d'un / ! - 3 - ί adhésif. Cette surface rugueuse est habituellement obtenue par ;j voie électrolytique soit au cours de la fabrication de la feuille par dépôt électrolytique de cuivre, soit ultérieurement par dépôt électrolytique d'une ou plusieurs couches sur la surface.

. i

Dans le brevet britannique n° 1 .413*494 (brevet des Etats-Unis ;j ;i

d'Amérique n° 3*918.926) de la Demanderesse, on décrit un pro- J

cédé de ce type consistant a soumettre une feuille de cuivre ί > i ·)

conductrice à un traitement ultérieur pour former une surface I

rugueuse d'une microstructure dendritique. !

Un objet de la présente invention est d'éviter ou j de mitiger les inconvénients précités des feuilles connues à résistivité électrique.

Suivant la présente invention, on prévoit une feuille à résistivité électrique, cette feuille étant constituée d'un alliage de cupronickel à haute résistivité dont une surface comporte une pellicule déposée par voie électrolytique, présentant des microrugosités et contenant du cuivre, ainsi que du nickel.

La présente invention fournit également un procédé de fabrication d'une feuille à résistivité électrique, ce procédé consistant à former une feuille d'un alliage de cupronickel sur une surface de laquelle on dépose simultanément, par voie électrolytique, une pellicule comportant des micro-rugosités et contenant du cuivre, ainsi que du nickel.

De préférence, cette feuille de cupronickel est constituée d'un alliage de 55% de cuivre et de 45/» de nickel.

Cet alliage a un coefficient de résistance thermique le rendant particulièrement souhaitable pour la fabrication de résistances stables à des températures se situant dans l'intervalle de 0 à 100°C. De préférence, la résistance spécifique (résistivité) de l'alliage se situe entre 48 et 52 yu ohms/cm3.

- 4 -

Les concentrations optimales de l'électrolyte prévu pour le dépôt simultané de cette pellicule sont les suivantes : 1 à 6 g de nickel (métallique)/litre 0,3 à 0,6 g de cuivre (métallique)/litre 50 à 100 g de sulfate d1 ammonium/litre 10 à 40 g d'acide borique/litre.

De préférence, on règle cet électrolyte à un pH de 2,5 avec de l'acide sulfurique dilué. De préférence également, on effectue le dépôt à une température se situant entre 20 et 50°C et à une intensité de courant de 2,15 à 8,6 ampères/ dm2 pendant 5 à 25 secondes en utilisant une anode au plomb.

Le nickel et le cuivre sont normalement ajoutés à l'électrolyte sous forme de leurs sulfates.

Les concentrations des différents constituants du bain peuvent varier dans de larges limites. Le nickel peut être contenu en une concentration se situant entre 0,5 et 10 g/ litre et le cuivre, en une concentration se situant entre 0,2 et 2 g/litre. Le rapport atomique Ni:Cu est avantageusement • maintenu entre 1:1 et 16:1. Le rapport supérieur donne lieu à la formation d'un dépôt plus métallique, tandis que le rapport inférieur donne lieu à la formation d'un dépôt plus poudreux. L'intervalle optimum se situe entre 6:1 et 10:1.

La teneur en cuivre du co-dépôt varie généralement entre 1 et 10$ tandis que, dans l'intervalle préféré, elle se situe plus avantageusement entre 3 et 6$. Toutefois, le rapport des métaux dans le dépôt électrolytique n'est pas en relation directe avec la concentration ionique des ions métalliques contenus dans 1'électrolyte.

Du sulfate d'ammonium peut être présent dans le bain comme porteur de courant et sa concentration peut se situei ^ 1 t\ «4- ΟΠΠ i. /l -i 4- ne etn* tranf la rnn/inp+-î vi f ό αοπητ ca i - 5 - L'acide borique est simplement un tampon de pH et ; j sa teneur peut se situer entre 10 et 40 g/litre. j

Le pH de l'électrolyte peut se situer entre 2 et L | A un faible pH, le dépôt cesse tandis que, à un pH très élevé, ce dépôt devient très poudreux. Le pH de loin préféré est de 2,5-

La température de l'électrolyte peut varier entre 20 et 80°C. Aux températures supérieures, le dépôt a une nature plus métallique, mais il est toutefois possible d'augmenter la concentration du tampon de pH en adoptant des températures supé- | rieures, augmentant ainsi la stabilité du pH.

Pour répondre au critère d'acceptabilité, la pellicule déposée sur la feuille de cupronickel ne doit pas altérer fortement la résistance de celle-ci, ce qui, dans la pratique, signifie que la résistivité de la pellicule déposée doit être supérieure à celle de la feuille de telle sorte que, lors de l'utilisation, le courant suivant le parcours de plus faible résistance passe à travers la feuille et non à travers la pellicule déposée. Il est satisfait au critère énoncé ci-dessus . lorsqu'on forme un dépôt très mince (moins de 4 microns) à partir d'un électrolyte ayant la composition se situant dans les intervalles définis ci-dessus.

Toutefois, le critère mentionné dans le paragraphe précédent pour évaluer l'acceptabilité de la pellicule déposée doit être concilié avec les conditions physiques auxquelles doit répondre la pellicule. Par exemple, on peut déposer une pellicule répondant aux conditions requises en ce qui concerne la résistance, mais qui est d'une nature poudreuse et non adhérente ou d'une nature brillante et métallique et qui donnerait lieu à des forces d'adhérence très médiocres et inacceptables ou qui, au pire, provoquerait la délamification entre la - 6 - feuille et le substrat. En conséquence, il est souhaitable de travailler avec des rapports nickel/cuivre se situant dans des limites relativement étroites, ainsi qu'avec des concentrations en métaux ioniques associées au choix de l'intensité de courant et du temps de dépôt électrolytique et ce, afin que le produit non seulement ait une résistance électrique acceptable, mais également afin qu'il réponde aux conditions physiques requises pour lui permettre d'être lié fermement à un substrat.

L'intensité du courant peut varier entre 1,07 et 10,7 ampères/dm2, tandis que le temps du dépôt électrolytique est choisi dans l'intervalle se situant entre 5 et 50 secondes. Dès lors, le choix d'une intensité de courant supérieure exige un temps de dépôt électrolytique plus court si l'on veut obtenir un dépôt répondant aux conditions physiques requises. De même, l'épaisseur du dépôt résultant de l'adoption de ces conditions n'aura aucun effet sur la résistance de la feuille.

Si l'on tient compte des considérations énoncées ci-dessus, les conditions opératoires préférées pour le procédé de l'invention sont les suivantes : | · Rapport atomique Ni:Cu= 6:1 à 10:1, ! intensité de courant : 2,15 à 8,6 ampères/dm2, ! température : 20 à 50°C, temps de dépôt électrolytique : 5 à 25 secondes. L'appareil particulier utilisé pour déposer la ! *” pellicule de nickel/cuivre sur la feuille ne fait pas partie de la présente invention, mais cette pellicule peut être le plus ' avantageusement déposée en faisant passer la feuille en serpen tin à travers un électrolyte et près des plaques anodiques. Moyennant un contact approprié entre la feuille et les rouleaux conducteurs, cette feuille est rendue cathodique dans le circuit.

- 7 -

En faisant passer la feuille à travers un système de ce type de telle sorte que la surface à revêtir soit tournée vers la face active des anodes, la pellicule de cuivre/nickel se déposera sur cette face.

Le procédé de la présente invention peut comporter une ou plusieurs étapes de traitement préalable destinées à rendre la surface de la feuille réceptive vis-à-vis de la pellicule devant y être déposée. De préférence, ce traitement préalable comprend successivement une étape de dégraissage au cours de laquelle la feuille est simplement lavée dans de l'eau chaude contenant un agent de nettoyage alcalin, une étape de nettoyage électrolytique au cours de laquelle la feuille est rendue cathodique dans une solution aqueuse du même agent de nettoyage alcalin, ainsi qu'une étape d'immersion dans un acide au cours de laquelle on fait passer la feuille à travers un bain d'un acide aqueux tel que l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique à 20%, On peut effectuer un lavage à l'eau entre les différentes étapes et, en particulier, entre l'étape d'immersion dans un acide et l'étape de dépôt électrolytique.

La feuille de l'invention peut être liée sur certains substrats résineux sans adhésif intermédiaire ; ceci n'est toutefois pas possible avec des feuilles non traitées. Pour certains autres substrats, un adhésif est indispensable, mais la feuille de l'invention possède une force d'adhérence supérieure à celle pouvant être obtenue avec une feuille non traitée.

’ Pour”la fabrication de résistances, il est préférable d'utiliser des plaques de fibres de verre imprégnées d'une résine époxy et sur lesquelles la feuille de l'invention peut être liée sans adhésif. De la sorte, le produit n'est pas altéré par les vapeurs de solvants organiques. On peut également utiliser à la - 8 - fois des supports flexibles et non flexibles tels que des fibres de verre imprégnées de "Teflon" ("Teflon" est une marque commerciale pour du polytétrafluoréthylène), des fibres de verre imprégnées de "Kel-F" ("Kel-F" est une marque commerciale pour ' certains produits de fluorocarbone comportant des polymères de trifluoro chlor éthylène et certains copolyinères) et analogues. Parmi d'autre:: substrats flexibles, il y a les polyimides tels que ceux connus sous les désignations "Kapton" et "H-Film" (ces deux produits sont fabriqués par "duPont" et sont des résines de polyimides obtenues par condensation d'un anhydre pyromellitique avec une diamine aromatique).

Les adhésifs utilisés pour lier la feuille traitée au substrat sont ceux habituellement employés pour l'application spécifique en question. Le "FEP" (résine fluorée d’éthylène-propylène sous forme d'un copolymère de tétrafluoréthylène et d'hexafluoropropylène ayant des propriétés analogues à celles du "Teflon") est particulièrement approprié pour le "Teflon", tandis que le produit "Kel-F", ainsi que des résines époxy classiques sont utiles pour d'autres matières. Le procédé destiné à lier la feuille au substrat est un procédé classique et ne fait pas partie de la présente invention, des détails spécifiques de ce procédé de liaison étant donnés, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3*328.275 au nom de Waterbury.

L'invention sera décrite ci-après à titre d'illustration par l'exemple suivant.

Exemple

On prévoit une série de sept cuves en vue d'effectuer la série de traitements décrite ci-après. On fait passer la feuille à traiter d'une cuve à l'autre en serpentin, la durée de séjour dans chaque cuve étant déterminée par la vitesse de la

Il feuille.

On soumet une feuille de cupronickel contenant 55% de cuivre et 4.5% de nickel ("FERRY", marque commerciale) aux traitements successifs suivants : j 1) Dégraissage dans une solution · aqueuse chaude (90°C) d'un | i détergent alcalin pendant 2 minutes. Ce détergent est un j

J

produit commercial vendu sous la marque '’R.S.K·11. j i 2) Nettoyage électrolytique dans une solution du même détergent j que celui utilisé à l'étape 1, à une température de 50 à j 60°C pendant 30 secondes, la feuille étant rendue cathodique j ^ l ’ à une intensité de courant de 5*38 ampères/dm2 en utilisant j * f des anodes en acier doux. { 3) Lavage à l'eau. j 4) Immersion dans un acide. On plonge la feuille dans de l'acide sulfurique aqueux à 20$ à 25°C pendant 30 secondes. j 5) Lavage à l'eau.

6) Eloctrolyse. La composition de l'électrolyte et les conditions opératoires sont les suivantes :

Nickel 4 g/litre • Cuivre 0,5 g/litre

Sulfate d'ammonium 50 g/litre

Acide borique 10 g/litre pH 2,5

Durée 15 secondes i

Température 25°C j

Intensité de courant 5*38 ampères/dm2 j i

Anodes plomb i 7) Lavage à l'eau.

8) Séchage. j i j j

On soumet la feuille traitée de la manière décrite ci-dessus à des essais destinés à déterminer l'amélioration de la force d'adhérence.

Sur un substrat constitué de fibres de verre imprégnées d'une résine époxy, on lie une feuille non traitée (à titre de comparaison), une feuille soumise à un traitement léger (dépôt électrolytique pendant 10 secondes) et une feuille soumise à un traitement normal (dépôt électrolytique pendant 15 secondes).

Sur d'autres échantillons, on applique un revêtement d'un adhésif phénolique modifié au polyvinylbutyle afin de former un revêtement de 20 à 30 g/m2 avant de procéder à la liaison sur le même substrat que celui décrit ci-dessus.

On obtient les résultats suivants concernant la force d'adhérence.

Sans revê- Avec revêtement tement d'adhé sif

Feuille non traitée 0,178 kg/cm 0,8l8 kg/cm

Feuille soumise à un traitement léger 0,64 kg/cm 1,637 kg/cm

Feuille soumise à un traitement normal 0,854 kg/cm 1,78 kg/cm

Après le traitement, on n'observe aucun changement dans la résistance de la feuille.

/U

/ · *

Claims (22)

1. Feuille à résistivité électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend une feuille d'un alliage de cupronickel d'une haute résistivité sur une surface de laquelle est déposée, par voie électrolytique, une pellicule comportant des microrugosités et contenant du cuivre, ainsi que du nickel.

2. Feuille suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'alliage de cupronickel est constitué de 55% en poids de cuivre et de 45% en poids de nickel.

3. Feuille suivant l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la résistivité de l'alliage de cupronickel se situe entre 48 et 52 jx ohms/cm3, tandis que la résistivité de la pellicule déposée par voie électrolytique est supérieure à celle de cet alliage.

4. Feuille à résistivité électrique suivant la revendication 1, en substance comme décrit dans la spécification ci-dessus,

5. Procédé de fabrication d'une feuille à résistivité électrique, caractérisé en ce qu'il consiste à former une feuille d'un alliage de cupronickel sur une surface de laquelle on dépose simultanément, par voie électrolytique, une pellicule comportant des microrugosités et contenant du cuivre, ainsi que du nickel.

6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'alliage de cupronickel est constitué de 55% en poids de cuivre et de 45% en poids de nickel.

7· Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le dépôt électrolytique est effectué à partir d'un électrolyte contenant, en solution aqueuse, 0,5 à 10 g de nickel/litre et 0,2 à 2 g de cuivre/litre, le rapport atomique entre le nickel et le cuivre se situant entre 1:1 et 16:1. l\

8. Procédé suivant· la revendication 7> caractéi isc en ce que le rapport atomique entre le nickel et le cuivre se situe entre 6:1 et 10:1.

9. Procédé suivant l'une quelconque des revendi- ; cations 7 et 8} caractérisé en ce que l'électrolyte contient également, comme porteur de courant, 10 à 200 g de sulfate » d1 ammonium/litre.

10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9; caractérisé en ce que l'électrolyte contient 1 à 6 g de nickel (métallique)/litre, 0,3 à 0,6 g de cuivre (métal-lique)/litre, 50 à 100 g de sulfate d1ammonium/litre et 10 à 40. d'acide borique/litre.

. 11, Procédé suivant l'une quelconque des revendi cations 7 à 10, caractérisé en ce que l'électrolyte contient également de l'acide sulfurique en une quantité suffisante pour obtenir un pH de 2 à 4·

12. Procédé suivant la revendication 11, caractéris» en ce que le pH est de 2,5.

13· Procédé suivant l’une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'on ajoute le nickel et le cuivre à l'électrolyte sous forme de leurs sulfates.

14· Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt électrolytique en portant l'électrolyte à une température de 20 à 80°C et avec une intensité de courant de 1,07 à 10,7 ampères/dm2 pendant une période de 5 a 50 secondes en utilisant une anode au.plomb.

15. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la température se situe entre 20 et 50°C, l'intensité de courant, entre 2,15 et 8,6 ampères/dm2 et la durée de traitement, entre 5 et 25 secondes. / L\ - 1 ύ -

16. Procédé de fabrication d'une feuille à résistivité électrique, en substance comme décrit dans l'exemple de la spécification ci-dessus.

17. Procédé de fabrication d'une feuille à résistivité électrique suivant la revendication 5, en substance comme décrit dans la spécification ci-dessus.

18. Feuille à résistivité électrique fabriquée par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 à 17.

19· Résistance électrique constituée d'un substrat laminaire non conducteur sur lequel est déposée une feuille à résistivité électrique suivant l'une quelconque des revendica-tions 1 à 3 ou 18.

20. Résistance suivant la revendication 19, caractérisée en ce que la feuille est liée au substrat au moyen d'une couche intercalaire d'un adhésif.

21. Résistance suivant la revendication 19, caractérisée en ce que le substrat est constitué d'une matière résineuse synthétique, la feuille précitée étant liée à ce substrat par application de chaleur et de pression.

22. Résistance suivant la revendication 19, en * substance comme décrit dans la spécification ci-dessus. L>vLUJv1â ; A