LU83033A1 - Procede de fabrication de cuivre pouvant etre detache et applique sur un support d'aluminium,de meme que l'article ainsi obtenu - Google Patents

Description

La présente invention concerne une structure composite comprenant une couche support d'aluminium sur la surface de laqoelle est appliquée une couche de recouvrement en cuivre, cette structure étant caractérisée en ce que la couche d'aluminium peut être aisément détachée de la couche de cuivre par des moyees mécaniques ; l'invention concerne également le procédé de fabrication de cette structure composite.

Les articles obtenus suivant la présente invention trowent principalement leur utilité dans l'industrie des circuits imprimés. Pour cette utilisation, la structure composite de l'invention est liée à un substrat isolant par des techniques de lamification. La couche support d'aluminium est ensuite séparée mécaniquement de la couche de cuivre qui a été liée au substrat isolant. Le dessin désiré est ensuite formé dans la couche de cuivre.

Bien que la technique générale ci-dessus soit actuellement adoptée largement dans des applications où l'on recourt à des feuilles minces, elle n'est cependant pas sans poser des problèmes. Par exemple, on rencontre très souvent des difficultés en ce qui concerne le procédé de lamification. Afin d'obtenir de bonnes propriétés électriques, mécaniques et chimiques de la part du substrat composite en feuilles, il est souvent nécessaire d'adopter des pressions et des températures » élevées (très souvent des températures supérieures à 204°C).

Bien que cette technique assure également une bonne liaison entre la feuille de cuivre et le substrat isolant, elle réduit malheureusement l'aptitude de la couche support d'aliminium à être détachée. Bien entendu, il convient, autant que possible . d'éviter ce problème que pose la réduction de l'aptitude de la couche support d'aluminium à être détachée.

En conséquence, l'objet principal de la présente invention est de fournir une structure composite comprenant une .1 cuivre, cette structure pouvant être aisément liée à un substrat isolant par lamification à une température élevée, cette structure étant caractérisée en ce que la couche support d’aluminium peut être aisément séparée de la couche de cuivre par des moyens j mécaniques simples après le processus de lamification.

IUn autre objet de la présente invention est de fournir une structure composite constituée d'une couche support d’alu-minii» et d'une couche de recouvrement en cuivre, cette struc-! . ture étant caractérisée en ce que la couche de cuivre est liée d'une manière tenace à la couche support, cependant qu'elle peut en être aisément détachée par des moyens mécaniques.

D'autres objets de l'invention apparaîtront à la lecture de la description et des revendications ci-après.

Sous un de ses aspects, la présente invention concerne dans ses- grandes lignes, un procédé de fabrication d’une struc-ture composite pouvant être utilisée pour la fabrication de circuits imprimés, cette structure comprenant une couche support en aluminium et une couche de recouvrement en cuivre, tandis qu'elle est caractérisée en ce que cette couche de cuivre est liée de manière tenace à la couche support en aluminium, cependant qu'elle peut en être aisément séparée ou, par exemple, détachée par des moyens mécaniques sans pour autant détruire son intégrité, ce procédé comprenant les étapes consistant ä : ‘ (a) former une couche d'une feuille d'aluminium, (b) nettoyer au moins une grande surface de cette feuille d'aluminium pour en éliminer les impuretés superficielles, (c) déposer la feuille d'aluminium dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille soit rendue cathodique afin d'activer la surface de la feuille d'aluminium, (d) déposer la feuille activée dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille soit rendue anodique et qu'une couche d’oxyde d’aluminium soit formée sur sa surface, et (e) déposer, par voie électrolytique, une couche mince de cuivre sur la surface anodisée de la feuille d'aluminium.

Sous un autre aspect plus détaillé, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure composât« pouvant être utilisée pour la fabrication de circuits imprimés, cette structure comprenant une couche support en aluminium et une couche de recouvrement en cuivre, tandis.qu'elle est caractérisée en ce que cette couche de cuivre est liée de manière * tenace à la couche support en aluminium, cependant qu'elle peut en être aisément séparée'ou, par exemple, détachée par des moyens mécaniques sans détruire son intégrité, ce procédé comprenant les étapes consistant à : (a) former une couche d'une feuille d'aluminium, (b) nettoyer au moins une grande surface de cette feuille d'aluminium pour en éliminer les impuretés superficielles, (c) rincer à l'eau la feuille d'aluminium ainsi nettoyée, (d) déposer la feuille d'aluminium dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille soit rendue cathodique afin d'activer la surface de la feuille d'aluminium, [e) rincer à l'eau la feuille d'aluminium qui a été activée par voie cathodique, (f) déposer la feuille activée dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille soit rendue anodique et qu’une couche d'oxyde d'alumi- j ' nium soit formée sur sa surface, (g) rincer à l’eau cette feuille d’aluminium qui a subi un traitement anodique et (h) déposer, par voie électrolytique, une couche mince de cuivre sur la surface anodisée de la feuille d'aluminium.

Sous un autre aspect encore, la présente invention concerne une structure d'une composition exceptionnelle et i / . pounnt être utilisée dans la fabrication des circuits imprimés, cetîe structure comprenant une couche support ou de base en alinsnium et une couche de recouvrement en cuivre, la structure comjesite étant caractérisée en ce que la couche de cuivre !est liée d*une manière tenace â la couche support en aluminium, cependant qu’elle peut en être aisément séparée par des moyens mécaniques sans détruire son intégrité, ce procédé comprenant les étapes consistant à : (a) former une couche d'une feuille d'aluminium, (b) nettoyer au moins une grande surface de la feuille d'aluminium pour en éliminer les impuretés superficielles, • (c) iéposer la feuille d'aluminium dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille d'aluminium soit rendue cathodique pour activer sa surface, (cl) déposer la feuille ainsi activée dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille soit rendue anodique et qu'une couche d'oxyde d'aluminium soit formée sur sa surface, et (e) déposer, par voie électrolytique, une couche mince de cuivre sur la surface anodisée de la feuille d'aluminium.

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Une feuille d'aluminium spécifique utilisée comme couche support lors de la mise en oeuvre de la présente invention est une feuille d'aluminium des séries 1100 ou 3000 (désignation de l’"American Aluminum Association"). Toutefois, la seule condition requise est la suivante : la feuille doit pouvoir être soumise à un traitement cathodique, puis à un traitement anodique afin de former, sur cette feuille, une couche superficielle d'oxyde d'aluminium. La feuille utilisée peut être sous n'importe quelle forme appropriée, par exemple, sous forme d'une tôle ou d'un rouleau ; habituellement, on l’utilise sous forme d'un rouleau. L'épaisseur de la feuille n'est pas’ critique, si ce n'est qu'elle doit être suffisante pour supporterj /’ ! la couche de recouvrement en cuivre et résister aux températures et pressions élevées régnant au cours du processus de lamifica-tion- Dans la pratique, lorsque cette feuille supporte une couche de recouvrement en cuivre d'une épaisseur de 1 à 17 microns-, on obtient de bons résultats lorsqu'on utilise une feuille d'aluminium ayant une épaisseur comprise entre environO, 127 et 0,254 mm, d'excellents résultats étant obtenus lorsque l'épaisseur de cette feuille d'aluminium est comprise entre environ 0,0508 et 0,127 mm. Avec une épaisseur se situant dans l'intervalle spécifié ci-dessus, la couche d'aluminium peut être aisément détachée de la couche de cuivre sans se déchirer. ' . · ·

Dans la pratique, la surface de la couche support en aluminium sur laquelle doit être déposée la couche de cuivre, est tout d'abord nettoyée pour en éliminer les impuretés superficielles. Ce nettoyage peut être effectué de diverses manières et la méthode préférée consiste.à utiliser un réactif chimique. Par exemple, on traite tout d’abord la couche support en aluminium avec une solution alcaline pour én éliminer l'huile et différentes impuretés superficielles. Un mordant alcalin spécifique utilisé lors de la mise en oeuvre de la présente invention comprend 20 g d'hydroxyde de sodium/litre, 25 g de gluconate de sodium/ litre et 0,1 ml de tergitol/litre. La durée d'exposition au mordant est fonction de la contamination superficielle de la couche support en aluminium et elle est déterminée empiriquement.

La feuille d'aluminium ainsi traitée est ensuite éventuellement rincée à l'eau, puis déposée dans un électrolyte approprié à travers lequel on fait passer un courant électrique de façon à rendre cette feuille cathodique et activer sa surface. Ce rinçage à l'eau n'est pas absolument indispensable mais, lorsqu'on l'adopte, on obtient de meilleurs résultats. La ' . * ' 1 , i ^ • ♦ * · * '·· j ' caeposition exacte de l'électrolyte utilisé peut varier et boa nombre de -ces compositions sont connues de l’homme de métier. Toutefois, une composition électrolytique que l’on a trouvée exceptionnellement utile à cet effet comprend, en ¾ et volume, environ 53 à 73¾ d'acide phosphorique, 5 à 25¾ d'acide sulfurique et 12 à 32¾ d'eau. Spécifiquement, la teasdon appliquée à la feuille est comprise entre environ 3 et 15 volts, tandis que l'intensité du courant se situe entre environ 215,28 et 1.076,42 A/m2.

Dès que la feuille d'aluminium a été rendue cathodique afin d'activer sa surface, on soumet ensuite éventuellement la feuille ainsi traitée à un rinçage à l'eau à la température ambiante. A cet égard, on peut utiliser n'importe quelle forme d'eau non contaminée pour effectuer le rinçage au cours de la mise en oeuvre de l'invention.

On dépose ensuite la feuille dans un bain élëctroly-tique ä travers lequel on fait passer le courant électrique de telle sorte que la feuille soit rendue anodique afin de former une couche mince d'oxyde d'aluminium sur sa surface.

A cet effet, on peut utiliser des électrolytes appropriés connus dans la technique. Toutefois, un bain électrolytique qui s’est avéré particulièrement bien approprié à cet effet, comprend, en ¾ en volume, environ 53 à 73¾ d'acide phosphorique, 5 à 25¾ d'acide sulfurique et 12 à 32¾ d'eau. La tension appliquée à cette feuille d'aluminium est relativement faible et se situe entre environ 1 et 15 volts. L'intensité du courant est comprise'entre 53,82 et 322,92 A/m2. En suivant cette technique, on forme, sur la feuille, une couche superficielle relativement mince d'oxyde d'aluminium qui constitue ainsi une surface appropriée pour recevoir du cuivre déposé par voie électrolytique.

La feuille d'aluminium ainsi traitée est éventuellement % souaîse à un rinçage à l'eau, tandis que du cuivre est ensuite déposé par voie êlectrolytique^ et par des techniques classiques sur la surface de la couche support en aluminium qui a subi- un traitement anodique. Un bain spécifique approprié à cet effet est κη bain classique au pyrophosphate contenant spécifiquement 22,5 g de cuivre/litre et 160 g d'un pyrophosphate/litre, avec un pH d'environ 8,3. On effectue le dépôt êlectrolytique du cuirre en établissant, dans le bain, une température d'environ 57,22°C à une tension d'environ 3 volts et une intensité‘de : courant d'environ 322,92 A/m2.

Lors de la réalisation d'une structure composite destinée à être utilisée lors de la fabrication de circuits imprimés, on dépose habituellement, par voie électrolytique sur le support d'aluminium, une couche de cuivre ayant une épaisseur comprise entre 1 et 17 microns. Toutefois, lorsqu'on désire obtenir une feuille pouvant être utilisée pour former un circuit imprimé en minimisant les problèmes dits "de formation d'évidements", on forme habituellement cette couche de cuivre de telle sorte qu'elle ait une épaisseur se situant entre environ S et 10 microns.

La présente invention peut être mise en oeuvre en continu ou en discontinu. En d'autres mots, la feuille d'aluminium peut être distribuée continuellement d’un rouleau dans une solution chimique de nettoyage de laquelle elle est ensuite amenée facultativement mais, de préférence, à une étape de rinçage à l’eau, puis dans une solution électrolytique où elle subit une activation cathodique pour subir ensuite à nouveau facultativement mais, de préférence, un rinçage à l'eau à la suite duquel sa surface est soumise â un traitement · anodique dans une solution êlectrolytique ; à la suite de ce bain de traitement anodique, la feuille est ensuite amenée facultativement, mais, de préférence, à une étape de rinçage à l’eau, pour être ensuite introduite directement dans un bain de iêpôt ëlectrolytique de cuivre. De même, chacune des étapes successives décrites ci-dessus peut éventuellement être effectuée individuellement.

On. donnera ci-après un exemple spécifique de mise en oeurre de la présente invention en adoptant un procédé continu.

Un rouleau d’une feuille d'aluminium de la série 1100 [désignation de 1 "'American Aluminum Association") ayant une largeur de 1.371 mm et une épaisseur de 75 microns est , ame*é dans un bain de nettoyage contenant 20 g d’hydroxyde de sodïum/litre, 25 g de gïuconate de sodium/litre et 0,1 ml de tergitol/litre. Le débit d’alimentation est.réglé de telle sorte que n’importe quel segment donné de la feuille d’aluminium soit exposé au bain de nettoyage pendant une période allant jusqu’à environ 3 minutes. Le bain est mis en oeuvre à une température de 40,56°C. A sa sortie du bain de traitement, la feuille d’aluminium est ensuite rincée dans de l’eau courante pendant environ 1 minute à la température ambiante.

La feuille d’aluminium ainsi nettoyée est ensuite dirigée dans un bain électrolytique contenant, en ! en volume, 63¾ d'acide phosphorique, 15! d’acide sulfurique et 22% d’eau.

On fait passer un courant électrique à travers la feuille de * telle sorte que celle-ci soit rendue cathodique. La tension est de 7 volts et l’intensité du courant est de 538,2 A/m2.

Le support d’aluminium ayant subi une activation cathodique est ensuite rincé dans l’eau pendant environ 2 minutes à la température ambiante. La feuille d’aluminium rincée est ensuite amenée dans un bain électrolytique contenant, en ! en volume, 63! d’acide phosphorique, 15! d’acide sulfurique et 22! d’eau. On fait ensuite passer un courant électrique à travers la feuille de façon à la rendre anodique et former, t ' ' sur sa syrface, une couche mince d’oxyde d’aluminium. La tension utilisée est de 11 volts et l’intensité du courant est de 215,28 A/m2. La feuille d’aluminium ainsi traitée est ensuite soumise à un rinçage à l’eau et dirigée dans un bain classique de dépôt électrolytique de cuivre contenant 22,5 g de cuivre/litre et. 160 g d’un pyrophosphate/litre avec un pH d’environ 8,3. La température de mise en oeuvre du bain est de 57,22°C. La tension de dépôt êlectrolytique est d’environ 3 volts et l’intensité du courant est d’environ 322,92 A/m2.

A sa sortie du bain, la feuille comporte une couche superfi-, cielle de cuivre ayant une épaisseur d’environ 2,5 microns.

Ensuite, sur cette matière, on applique un recouvrement par dépôt électrolytique de la manière habituelle jusqu’à une épaisseur finale d’environ 5 microns, après.quoi on procède à un traitement superficiel de nodularisation comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d’Amérique n° 3.585.010.

La matière composite décrite ci-dessus est ensuite liée de la manière classique à un substrat isolant. Ce substrat isolant est constitué d’une résine êpoxy renforcée de fibres j j de verre. On effectue la lamification en appliquant une j pression à cette structure du type en sandwich, tout en la chauffant à une température d’environ 204°C. Après refroidissement, la couche support d’aluminium est ensuite enlevée aisément de la structure lamifiée en la détachant simplement . par des moyens mécaniques sans altérer la couche superficielle de cuivre. La force requise pour enlever la couche support d’aluminium est d’environ 0,0178 kg par cm de large. Le circuit désiré est ensuite formé par morsure dans la couche superficielli de cuivre par des techniques classiques.

En revanche, on forme une structure lamifiée en adoptant le même procédé général que celui décrit ci-dessus., avec cette exception que la couche support d’aluminium n’est pas soumise à un traitement catnoaique avant u etic cmuiusvw, ·,- r tandis que l'on y dépose une couche de cuivre par voie électro- \ . lythçae. La force requise pour enlever la couche support , d'aliminium de cette structure composite va de plus de 0,357 i kg par-cm de large jusqu'à un état non détachable.

Lors de la fabrication de plaques de. circuits imprimés,' bon sombre de matières lamifiées nécessitent des températures * i t.

de lamification élevées pendant des périodes prolongées pour durcir complètement la matrice de résine. Un durcissement i adéquat est nécessaire si l'on veut conférer, au lamifié, les propriétés électriques, mécaniques et chimiques désirées.* Lorsqu'on adopte des températures de l'ordre de 204°C, tandis que la couche de cuivre vient se lier de manière tenace au substrat, on rencontre.des difficultés du fait que la couche support d'aluminium ne peut être aisément détachée de la couche de cuivre. En revanche, lorsqu'on adopte la technique de la présente invention, on peut utiliser des températures de lami- , fication de l'ordre de 204°C pour assurer une liaison tenace ! i entre la couche de cuivre et le substrat isolant, tandis que la couche support d'aluminium peut être aisément détachée de ' la couche de cuivre par de simples techniques mécaniques. Selon; une caractéristique supplémentaire et probablement plus importante, lorsqu'on adopte la technique de la présente invention, ; on obtient un lamifié possédant les propriétés électriques, mécaniques et chimiques désirées. En conséquence, les avan- i tages offerts par la présente invention apparaîtront de toute j évidence à l’homme de métier. !

Bien que l'on ait décrit ci-dessus ce que l'on consi- ! dëre actuellement être les formes de réalisation préférées de ' l'invention, l'homme de métier comprendra que diverses modifications peuvent y être apportées sans se départir de celle-ci ; en conséquence, il est entendu que les revendications ci-après .englobent toutes ces modifications rentrant raisonnablement dans.

Claims (13)

1. Procédé en vue de former une structure composite pouvant être utilisée pour la fabrication de circuits imprimés, cette structure comprenant une couche support d'aluminium et une couche· de recouvrement en cuivre, tandis qu'elle est caractérisée en ce que cette couche de cuivre est liée de manière tenace à la couche support d'aluminium dont elle peut cependant être aisément séparée par des moyens mécaniques sans détruire son intégrité, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes qui consistent à : (a) former une couche d'une feuille d'aluminium, » (b) nettoyer au moins une grande surface de cette feuille d'aluminium pour en éliminer les impuretés superficielles, (c) déposer cette feuille d'aluminium dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille d'aluminium soit rendue cathodique pour activer sa surface, (d)· déposer cette feuille activée dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille soit rendue anodique afin de former une couche mince d'oxyde d'aluminium sur sa surface, et (e) déposer, par voie électrolytique, une couche mince de cuivre sur la surface anodisée de la feuille d'aluminium.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé ' en ce que, après l'étape (b), on soumet la feuille d'aluminium • à un rinçage à l'eau afin d'en éliminer les impuretés super ficielles.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, après l'étape (c), on soumet cette feuille d'aluminium à un rinçage à l'eau afin d'en éliminer les impuretés superficielles. /L

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé Λ en ce que, après l'étape (d), on soumet la feuille d'aluminium à m rinçage à l'eau afin d'en éliminer les impuretés superfi- * cielles.

5. Procédé suivant ;la revendication 1, caractérisé • en ce que l'électrolyte utilisé pour effectuer l'étape (c) coaprend, en % en volume, environ 53 à 73¾ d'acide phosphorique, environ 5 à environ 25i d’acide sulfurique et environ 12 à environ 32¾ d'eau.

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l’électrolyte utilisé lors de l'étape (d) comprend, r . en î en volume, environ*53 à 73¾ d’acide phosphorique, environ - · 53 environ 25¾ d'acide sulfurique et environ 123 environ 325 d’eau.

7. Structure composite pouvant être utilisée dans la fabrication de circuits imprimés, cette structure comprenant une couche support d'aluminium et une couche de recouvrement en cuivre, tandis qu'elle est caractérisée en ce que la couche de cuivre est liée de manièxe tenace à la couche support d'aluminium dont elle peut cependant être aisément détachée par des moyens mécaniques sans détruire son intégrité, cette structure étant obtenue par un procédé comprenant les étapes consistant à : (a) former une couche d'une feuille d'aluminium, (b) nettoyer au moins une grande surface de cette feuille d'aluminium pour en éliminer les impuretés superficielles, (c) déposer cette feuille d'aluminium dans un électrolyte approprié et - faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille d'aluminium soit rendue cathodique pour activer sa surface, (d) déposer cette feuille activée dans un électrolyte approprié et faire passer un courant électrique à travers ce dernier de telle sorte que cette feuille soit rendue anodique pour former une couche mince d'oxyde I - 14 - 9 d'aluminium sur sa surface, et (e) déposer, par voie électrolytique, une couche mince de cuivre sur la surface anodisée delà feuille d'aluminium.

8. Structure composite suivant la revendication 7, caractérisée en ce que, après l'étape (b), on soumet cette feuille d'aluminium à un rinçage à l'eau pour en éliminer les impuretés superficielles.

9. Structure composite suivant la revendication 7, «, caractérisée en ce que, après l'étape (c) , on soumet cette feuille d'aluminium à un rinçage à l'eau pour en éliminer les 7 impuretés superficielles.

10. Structuré composite suivant la revendication 7, caractérisée en ce que,après l’étape (d) , on soumet cette feuille d'aluminium à. un rinçage à l'eau pour en éliminer les impuretés superficielles.

11. Structure composite suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'électrolyte utilisé lors de l'étape (c) comprend, en % en volume, environ 53 à 73% d'acide phos-phorique, environ 5 à environ 25% d'acide sulfurique et enviroi 12 à environ 32% d'eau.

12. Structure composite suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l’électrolyte utilisé lors de l'étape <4 (d) comprend, en % en volume,environ 53 à 73% d'acide phospho-rique, environ 5 à environ 25% d'acide sulfurique et environ 12 à environ 32% d'eau.

13. Procédé et article en substance comme décrit 1 dans la spécification ci-dessus. i i . \ / \ \ 1 ' A ' \ / ' \ \ ' ' - —·