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la 1;e - ieuweerme W,. ére générale, le nickelage d'objets non-métalliques et, plus particu lièrement, des procédés et des bains pour le nickelage chimique de tels objets. Plus spécialement, elle concerne des circuits électriques imprimés ainsi que leur procédé de fabrication.
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Selon les procédés connus de fabrication des circuits électriques imprimés, on applique une couche de matière adhésive (d'un type à base de résine-caoutchouc) sur une plaque préala- blement incisée et perforée - d'une matière stratifiée formée d'une résine thermodurcie consistant essentiellement en des produits de condensation phénol-formol, avec renforcement en matière textile, et sur cette couche adhésive on applique un mince enduit d'argent Métallique (en utilisant un écran de soie pour obtenir le modèle voulu), au moyen d'une solution aqueuse d'un sel d'argent et d'un agent réducteur.
Après quoi on fixe des rivets creux et des cosses dans les trous préalablement forés dans la plaque, de manière à constituer des bornes pour les éléments du circuit électrique imprimés.
Ce procédé présente plusieurs sérieux inconvénients: (a) La couche d'argent n'adhère pas toujours d'une manière parfaite.
(b) Les rivets et cosses servant de poles n'assurent pas toujours un bon contact électrique avec les éléments du circuit et réclament, au surplus, une opération d'assemblage; (c) Les ions argent traversent par migration la couche adhésive ainsi que la plaque en matière isolante au bout d'un certain temps, en affectant défavorablement les propriétés diélectriques de la plaque isolante, au point de rendre inopé- rants les cléments de capacité du circuit électrique imprimé.
La présente invention permet d'éviter ces inconvé- nients, .\ cet effet elle concerne un nouveau type de circuit électrique imprimé, ne présentant pas les défauts précités, dont la fabrication est à la fois simplifiée et perfectionnée, et qui présente le maximum de sécurité aux connexions entre ses
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élements ce connexions n'étant susceptibles d'aucune variation de caractéristiques électriques.
Le circuit électrique imprimé selon l'invention ne nécessite l'emploi ni dtargent ni de tout autre matériau coûteux, les éléments le constituant, y compris les bornes, étant consti- tués en un alliage de nickel à 5-11% de phosphore.
L'invention concerne également le procédé de fabrica- tion de ces circuits imprimés sur support isolant, procédé consistant en ce qu'on revêt ce support d'une couche de nickel, on applique par dessus cette couche de nickel une couche masquant certaines zones et ajourée conformément au dessin d'un circuit électrique que l'on désire obtenir, on recouvre les zones non masquées de la couche de nickel par une couche de cuivre, on enlève la couche masquante et on élimine le nickel découvert sous cette couche, en laissant fixé intimement sur le support le circuit électrique constitué par la superposition des couches de nickel et de cuivre.Les dépôts respectifs de nickel et de cuivre sont effectués, le premier par un processus particulier de nic kelage chimique et le second par galvanoplastie.
L'invention concerne donc enfin ledit processus par- ticulier de nickelage chimique, qui est d'ailleurs applicable à non ' tous les cas de nickelage d'une surface/métallique, ce processus consistant en un procédé de nickela'. chimique d'une surface solide non métallique, du type consistant à préparer ladite.
surface en y incorporant des germes d'amorçage, puis à immerger ladite surface dans un bain de nickelage chimique, caractérisé en ce qu'on immerge en premier lieu la surface dans un bain d'ini- tiation contenant 0,07 à 0,10 mpl d'ions nickel, des ions hypo- phosphites à un rapport de 0,45 à 0,55 avec les ions nickel, des ions acétates à un rapport de 1,45 à 1,55 avec les ions nickel,
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à 0,030 015-mpl d'ions ammonium, et 0,015 à 0,030 mpl d'acide ortho- borique- et à un pE de 5,5 à 6,0 puis en second lieu dans un bain de nickelage chimique classique jusqu'à formation d'une couche de nickel continue.
On comprendra, mieux l'invention en se reportant à l'exemple suivant d'un mode d'application, cet exemple corres- pondant au dessin annexé sur lequel:
La fig. 1 est une vue en plan d'une plaque isolante préalablement incisée et percée de deux trous, plaque qui cônsti tue l'élément de support d'un circuit électrique imprimé; la fig. 2 est une section'verticale de la plaque, vue dans le sens des flèches passant par la ligne 2-2 de la .fig, 1 la fig. 3'est une vue en plan de la plaque de la fig.
1 après qu'une couche d'alliage nickel-phosphore a été déposée par voie chimique sur sa face supérieure ainsi que sur les paroi latérales dos deux trous qui y ont été pratiqués pour constitue! une paire de bornes ; la fig. 4 est une section verticale de la plaque, vue dans le sens des flèches passant par la ligne 4-4 de la fig. 3; la fige 5 est une vue en plan-de la plaque de la fig.3 dont la couche superficielle du revêtement-en alliage est masquée par une couche en matière organique électriquement isolante, laquelle présente un découpage déterminant le contour d'une rosis- tance et d'une capacité situées entre les deux bornes; la fig. 6 est une coupe verticale de la plaque, vue dans le sens des flèches passant par la ligne 6-6 de la fig. 5;
la fige 7 est une vue en plan de la plaque de la fig.
5 après que la surface de la couche d'alliage" a reçu un dépôt électrolytique de cuivre aux endroits non masqués par le revête- ment isolant ainsi qu'aux parties exposées des deux bornes, de
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sorte que la résistance et la capacité se trouvent reliées en parallèle entre les deux bornes; la fig. 8 est une coupe verticale de la plaque vue dans le sens des flèches passant par la ligne 8-8 de la fig. 7 ; la fig, 9 est une vue en plan de la plaque de la fig.7 après que la couche protectrice masquant une partie des surfaces a été dissoute et .enlevée; la fig. 10 est une coupe verticale de la plaque vue dans le sens des flèches passant par la ligne 10-10 de la fig. 9; la fig. 11 est une vue en plan de la plaque de la fig.
9 après dissolution et enlèvement de la zone découverte de la couche d'alliage et, par conséquent, le circuit électrique d'im- pression terminé; la fig. 12 est une coupe verticale du circuit éleo- trique d'impression terminé, vue dans le sens des flèches passant par la ligne 12-12 de la fig. 11:
Dans les figures 2, 4 6 8, 10 et 12, l'épaisseur de la plaque, des couches, etc., a été fortement exagérée et il en est de même, dans les figures 5, 7, 9 et 11 pour l'épaisseur des contours de la résistance et de la capacité - dans le but de faciliter la compréhension do la désertion.
Si l'on se réfère au dessin, on comprendra facilement la construction et la disposition du circuit électrique imprimé grâce à la description qui va suivre du processus suivant lequel ce circuit est établi ; notera, cependant, que dans les figures 11 et 12, le circuit électrique imprimé 20 complètement monté comporte une plaque isolante 21 portant sur sa surface frontale un circuit imprimé consistant en une résistance R et une capacité
C montées en parallèle entre les deux bornes électriques Tl et
T2.
Le montage en parallèle des éléments R et C du circuit n'a
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ils pas de signification particulière et/ne sont représentés qu'à titre d'exemple, de même que, les éléments de circuit 'normalement portés par la face arrière de la plaque isolante 21 ne figurent pas sur le dessin pour simplifier la description. 'En effet l'in vention concerne la structure du circuit électrique imprimé son procédé de fabrication, et non sa composition qui pourra être quelconque par exemple telle que celles récemment employées pour divers dispositifs électriques, tels que radios, télévisions, tableaux de contrôle, etc..
Si l'on considère alors le procédé de fabrication du circuit imprimé 20, et en se référant aux figures 1 et 2, on prépare d'abord une plaque isolante incisée et perforée 21 en matière laminée, formée d'une résine thermodurcie consistant par exemple, en produits de condensation phénol-formol avec renforcement en matière textile.
Comme il est représenté, la plaque 21 possède une forme sensiblement rectangulaire et est percée, de part en part, de deux trous 22 situés à une certaine distance l'un de l'autre, étant entendu que l'épaisseur de la plaque est suffisante pour qu'elle puisse servir comme pièce de support.
La surface frontale do la plaque 21 ainsi que les surfaces latérales des trous 22 sont alors soumises à une opéra- tion de décapage, pouvant comporter un traitement au nable, au jet de vapeur d'eau, à la brosse, par mouture, tamponnage', abra- sion, attaque chimique, etc.., dans le but d'enlever la pellicule superficielle et d'empêcher ainsi toute possibilité de polarisa- tion des surfaces décapées. Ce stade du traitement donne à la surface la rugosité voulue, en libérant la plaque 21 de toute couche mince résineuse.
Les surfaces libres de la plaque 21 peu- vent être soumises, par exemple, à l'action d'un jet de vapeur
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d'eau, après quoi la plaque 21 est rincée pendant 5 minutes
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à l'eau du robinet portée à 6000. Ensuite les mêmes surfaces de la plaque 21, sont soumises à un dégraissage à la vapeur, puis nettoyées, par exemple, au mlyon d'une solution de "fys03. ri 6el contenant de 30 à 45 grammes par litre, qui agit en tent que détergent alcalin modéré. Ensuite, on rince de nouveau pendant
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5 minutes à l'eau du robinet /portée à environ 0 C. L'opération suivante consiste à acidifie les surfaces de la plaque 21 au moyen d'une solution d' ao.de 7 su.furiquo à 10 - po dttn.s 1 t nu' pendant un temps assez court- de 1 à 5 minutes.
On r3.n0e nouveau comme précédemment, après quoi les surfaces mentionnées . de la plaque 21 sont activées pendant 15 à 20 minutes dans une
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solution aqueuse de ohlorure de .ptl.d.um contenant.environ 1000 mg/1 de Pd Cette solution aqueuse peut contenir environ 1,66 grammes de chlorure do palladium par litre. La plaqua 21 est - ensuite séchée dans un four ou par l'action de radiations ihfra'- rouges, pendant un,temps assez court à une température d'environ
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800C.
Ensuite, la plaque est!plongée dans une solution :téductrioeî telle que, par exemple, (une solution aqueuse contenant environ 0,15 mole d'hypophosphite desodium ou d'acide hypophosphoreux
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la durée d'immersion étant d? environ. 2 minutes. On rince alors la plaque pendant 15 seconder et on la plonge ensuite dans un . bain aqueux d'initiation de nickelage à la température ambiante (environ 21 C) pendant 10 à 20 minutes.
Le rinçage qui procède cette dernière immersion est une opération très importante, en ce qu'il empêche la décomposition du bain d'initiation au nickel du fait que la plaque 21 entraîne avec elle les ions Pd adso bés.
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Le bain d'initiation de nic.<elage n la composition approximative suivante:
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<tb> Ingrédients <SEP> mole <SEP> pc.r <SEP> litre <SEP> grammes <SEP> par <SEP> litr
<tb>
<tb> Hypophophite <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 0,09 <SEP> 26,7
<tb> Acide <SEP> ortho-borique <SEP> 0,02 <SEP> 1,2
<tb> Sulfate <SEP> d'ammonium <SEP> 0,02 <SEP> 2,64
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 0,06 <SEP> 4,92
<tb>
Le pH de ce bain d'initiation .de nickclage est réglé, avant usage, de manière à se trouver 'entre 5, 5 et 6,0, cet ajustage se faisant en utilisant, selon le cas, de l'acide sulfu- risé ou de la soude,
Ce bain d'intigiation de nickelage assure un taux de dépôt de un micron par heure.
La plaque 21 est' ensuite rincée à l'eau du robinet, puis passée pendant environ 30 secondes dans un bain de décapage diacide sulfurique à 10% après quoi la plaque 21 est à nouveau rincée cornue précédemment.
La plaque 21 est ensuite soumise à un nickelage chimi- que grâce à un bain de nickelage maintenu à environ 930-9900 pendant le temps nécessaire pour obtenir un dépôt de nickel de l'épaisseur voulue - 4 minutes étant, en général, un temps suffisant - ce bain de nickelage chimique assurant un taux de revêtement d'environ 22,5 à 25 microns par heure.
Le bain de nickelage chimique. qui convient le mieux est celui constitué d'une solution aqueuse ayant la composition suivante:
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<tb> Sulfate <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 0,09 <SEP> mole <SEP> par <SEP> litre
<tb>
<tb> Hypophosphite <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 0, <SEP> 225 <SEP>
<tb>
<tb> Acide <SEP> malique <SEP> 0,18 <SEP> " <SEP> .-
<tb>
<tb> Succinate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 0,06 <SEP> "
<tb>
Avant utilisation, le pH de ce bain doit être ajusté . entre 5,8 et 6,0 environ, en employant, selon le cas, de l'acide sulfurique ou de la soude.
Une autre formule de bain chimique de nickelage chimi- que est formé d'une solution aqueuse ayant la composition appro ximative suivante:
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<tb> Sulfate <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> mole <SEP> par <SEP> litre
<tb>
<tb> Hypophophite <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> " <SEP> , <SEP>
<tb>
<tb> Acide <SEP> lactique <SEP> 0,30 <SEP> "
<tb>
<tb> Acide <SEP> propionique <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> "
<tb>
Avant utilisation, le pH de ce bain doit être ajuste entre 4,5 et 4,7 environ, en employant, selon le cas, de l'acide sulfurique ou de la soude.
Bien que l'un et l'autre des bains chimiques de nicke- lago chimique ci-dessus décrits donnent entière satisfaction pour l'exécution du nickelage chimique sur des surfaces dûment prépa- rées de la plaque 21, la première formule décrite, à base d'aci- des malique et succinique est préférable, du fait que les quali- tés d'adhérence du nickel sont considérablement améliorées, si l'on fait usage de ce bain.
Le procédé ci-dessus décrit de nickelage chimique sur la surface d'un corps non-métallique fait d'ailleurs l'objet de brevets antérieurs de la Demanderesse.
Après le dernier stade de nickelage chimique précité, la plaque 21 est placée dans un four et soumise à une cuisson à environ 162 c pendant environ 30 minutes, de manière à la sécher et à la dégazer complètement.
A ce stade des opérations, la surface préalablement préparée de la plaque 21 porte - ainsi .qu'il est indiqué aux figures 3 et 4 - les couches do nickel 23 et 24 qui y ont été déposées par voie chimique, la couche 23 recouvrant la surface frontale de la plaque 21 et les couches 24 recouvrant les surfa- ces latérales des trous 22 qui ont été pratiqués dans la plaque 21, l'ensemble des couches 23 et 24 formant désormais partie intégrante des surfaces mentionnées ayant reçu la préparation préliminaire indiquée et y adhérant d'une manière intime. Dans la description qui précède les couches 23 et 24 ont été données corme formées intégralement de nickel, alors que, en réalité, elles
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sont constituées d'un alliage de nickel à 5 à 11% de phosphore.
En d'autres termes, le processus de nickelage chimique à pour résultat automatiquement et essentiellement le recouvrement des surfaces préparées au moyen des couches 23 et'24 formées de l'alliage nickel-phosphore mentionné. En conséquence, ces couches 23 et 24 seront désignées dorénavant par "couches d'alliage", étant entendu que l'alliage en question est celui de nickel-phos- phore mentionné, . capitulant ce qui précède, les surfaces men- tionnées de la plaque 21 subissent une préparation de manière à les rendre rugueuses et non polarisables; puis, par immersion de la plaque 21 dans une solution aqueuse de chlorure de palladium, de toutes petites quantités de chlorure de palladium adhèrent aux surfaces préparées mentionnées.
Ensuite, lorsque la plaque 21 est plongée dans une solution réductrice queuse ces petites quantités de chlorure de palladium sont réduites à l'état de palladium métallique, do sorte que sur les surfaces fraîches non polarisées, des particules minuscules de palladium métallique sont régulièrement dispersées. Lorsque, au cours de l'opération qui suit, on trompe la plaque 21 dans le bain aqueux chimique des- tiné à provoquer l'initiation de nickelage, ces particules de palladium se recouvrent d'alliage.
Puis, par l'opération subsé- quente, lorsque la plaque est trempée dans le bain aqueux 'de - nickelage chimique, l'alliage se dépose sur ces particules, qui jouent le rôle de germes, si bien qu'il se forme des couches minces 23 et 24 d'aspect continu sur les surfaces fraîches non polarisées de la plaque 21, celles-ci ayant, avec ces surfaces, une liaison intime et tenace.
La surface frontale de la plaque 21 est ensuite préparée pour l'opération galvanoplastique; de manière plus
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précise, on dépose une couche de matière organique 25 formant isolant électrique, qui vient masquer la couche recouverte de d'alliage 23, en se servant/la technique usuelle do l'écran de soie, et en utilisent les matières organiques habituellement utilisées dans de tels cas, qui sont insolubles dans l'eau ainsi que dans des solutions aqueuses acides, mais qui sont solubles dans des solvants organiques.
Par exemple, l'émail usuellement employé pour masquer les surfaces dans les techniques à l'écran on soie est insoluble dans l'eau et -dans des solutions aqueuses d'acide, mais est aisément soluble dans la méthyl-éthyl-cétone
Plus précisément, la couche masquante est mise. on place à travers l'écran do soie, de manière à définir et délimiter sur la couche d'alliage 23 les contours des éléments du circuit électrique tels qu'ils se présenteront dans le circuit électrique imprimé.
Par exemple, la couche masquante peut délimiter les contours de la résistance R et de la capacité C, reliées en parallèle entre les bornes Tl et T2, ainsi qu'on le voit sur les figures 5 et 6.
Une fois que la couche 25 a été mise en place sur la couche d'alliage 23, par la technique courante do l'écran do soie, elle subit un séchage approprié; après quoi, les surfaces exposées do la couche d'alliage 23 sont dûment nettoyées, ensuite, la plaque 21 est insérée dans un circuit galvanoplastique de type courant, comportant une électrode en cuivre et un bain do cuivre, et elle est soumise aux opérations usuelles do galvanoplastie.
D'une manière plus précise, la couche d'alliage- 23 est d'abord soumise pendant 30 à 60 secondes à un couran t inversé dans lo but d'en provoquer l'activation, la couche d'alliage 23 consti- tuant l'anode et l'électrode de cuivre constituant la cathode.
Après cette activation, la couche d'alliage 23 est soumise à un courant continu selon la pratique courante, la dite couche
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d'alliage 23 formant la cathode et l'électrode de cuivre consti- tuant l'anode.
Bien que lion puisse faire usage d'un bain galvano- plastique de type courant au cyanure, il est proposé ci-après une formule de bain encore plus avantageuse du fait qu'il fournit une couche de cuivre qui adhère d'une manière extrêmement tenace à la couche d'alliage, ainsi qu'il sera précisé plus en détail ci-après, ce bain galvanoplastique étant formé d'une solution aqueuse ayant la composition approximative qui suit:
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OuS04' 5H 0 188 grammes par litre B2s04 con6entré (à 66 Bé) 61,5 camp par litre 'µ10 -Ur Gl 0 09 Ol gramme'par litre
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<tb> Mélasses <SEP> noires <SEP> 0,8 <SEP> grammes <SEP> par <SEP> litre
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Potrowet <SEP> R <SEP> (Du <SEP> Pont) <SEP> 25 <SEP> mg/l
<tb>
On notera en passant, qu'un tel bain galvanoplas- tique, sitôt préparé, doit être filtré pour le débarrasser de tout sédiment; quant au "Petrowet R", il s'agit d'un produit mouillant fabriqué par la firme Du Pont, auquel on peut substituer d'autres agents mouillants équivalents.
Au cours du stade galvanoplastique, on peut employer une densité de courant variant entre 2 et 7 ampères par dm2 (sous 0,7 à 2 Volts) en soumettant le bain à une agitation constante.
A ce moment des opérations, 'ainsi que l'indiquent les figures 7 et 8, la plaque 21 est recouverte de couches de cuivre 26 et 27 sur les zones découvertes de la surface dos couches d'alliage 23 et 24 respectivement sur la surface frontale de la plaque et sur les surfaces latérales des trous, ces couches de cuivre 26 et 27 étant intimement intégrées l'une à l'autre et en contact parfait avec les couches d'alliage 23 et 24. En conséquence, la couche do cuivre 26 définit la résistance R et la capacité C, tandis que les couches de cuivre 27, conjointement avec les couches
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d'alliage- 24, définissent les bornes Tl et T2.
On dissout et on enlève alors la couche 25 qui a servi à masquer une partie des surfaces, en faisant usage d'un solvant approprie, tel que, par exemple, la méthyl-éthyl-cétone
A ce moment, les contours de la résistance R et de la capacité c ressortent on reliefpar rapport à la couche d'allia- ge 23, ainsi qu'on le voit sur les figures 9 ot 10
Los zones découvertes de la couche d'alliage 23 sont ensuite dissoutes et enlevées ce la surface frontale de la plaque
21, par un lavage approprié à l'aide d'un acide minéral, par' exemple de l'acide nitrique à 50% de l'eau régale à 50% ou un mélange do 2 parties d'acide sulfurique 1 partie d'acide nitri- que et 1/4 partie d'eau.
Enfin, la plaque 21 peut être découpée à volonté pour présenter la forme voulue au moment de son insertion dans l'on- semble du circuit électrique, pour autant qu'il soit nécessaire de se départir de la configuration rectangulaire initiale de la plaque 21.
A ce stade des opérations, le circuit électrique impri- mé est établi, comme il est représenté aux figures 11 et 12, étant entendu que les bornes Tl et T2 incluent l'ensemble d e la. partie résiduelle dos couches d'alliage 24 ainsi que les couches de cuivre 25 et 27, tandis que les éléments R et C du circuit compor tent l'ensemble de la couche d'alliage 23 et de la couche do cuivre 26. Dc plus, les éléments R et C du circuit sont reliés en parallèle entre les bornes Tl et T2, qui sont par ailleurs main- tenues en place d'unc manière fortement ancrée dans los trous 22 perces dans la plaque isolante 21.
Dans le circuit électrique imprimé 20 une fois terminé, les éléments R et C sont solidement ancrés sur la surface frontale
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do la plaque isolante 21 et s'intègrent d'une manière parfaite avec les bornes Tl et T2, formant ainsi un ensemble représen tant un circuit électrique doué de caractéristiques électriques préfixées et de stabilité parfaite pendant sa durée utile de fonctionnement, qui est longue.
De plus, il est aisé de .compren- dre que toua éléments de circuit qui seraient portés par la face arrière- de la plaque isolante 21 seraient établis en môme temps que les éléments de circuit R et C se trouvant sur la face frontale de la plaque isolante 21, comme décrit ci-dessus, et que toute connexion requise entre les éléments de circuit portés respectivement.par les faces arrière et frontalo de la plaque isolante 21 passent forcément par les bornes Tl, T2, etc. si bien que les éléments de circuit interconnectés que portent les faces respectives de la plaque isolante 21 se trouvent entièrement réunis par les bornes Tl, T2, etc..
Dans l'exemple donné ci-dessus, le procédé de nickelage 'chimique a été décrit en tant que stade du procédé de fabrication d'un circuit électrique imprimé et il n'est* .pas douteux que ce procédé convient de manière idéale à ce procédé, mais il cst bien entendu que son application n'est pas exclusi- vement limitée à ce procédé.
Ce procédé de- nickelage chimique peut servir d'une manière générale. au. nickelage dans\le cas d'un grand nombre de pièces non-métalliques, parmi lesquelles on peut citer: les matières plastiques naturelles ou synthétiques, le bois, le quartz, le verre, les matières céramiques, este;
..De plus étant donne que le bain d'initiation de nickelage qui été décrit est employé à la température ambiante, les matières plas- tiques do synthèse peuvent appartenir à la classe des thermo- durcissables (résines phénol-aldéhyde, résines polyalcool-acide phtalique rsins urée-formol, etc.) ou à la classe des thermo
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plastiques (polymères vinyliques, résinée de styrol, dérivée cel lulosiques produits à base de caséine, super-polyamides, polyacrylates, etc..).
Si l'on considère plus spécialement le bain chimique aqueux d'initiation do nickelage, il convient de noter que s'il' est exact que la composition précédemment indiquée constitue un optimum, la composition proférée est la suivante:
1. Ions nickel - leur concentration absolue doit rester environ entre les limites do 0,07 à 0,10 mole par litre.
2. Ions hypophosphito - le rapport entre les ions nickel et hypophosphito doit rester entre environ 0,45 ot 0,55. '
3. Ions acétate - le rapport entre les ions nickel et les ions acétate doit rester entre environ 1,45 et 1,55
4. Ions ammonium - leur concentration absolue doit rester entre les limites approximatives de 0, 015 à 0,030 mole par litre. ,
5. Acide ortho-borique - sa concentration absolue doit rester entre les limites approximatives do 0,015 à 0,030 mole par litre.
6. pH - à ajuster entre les limites de 5, 5 à 6,0, en faisant usage, selon le cas, do bicarbonate de sodium ou d'acide sulfurique.
Lors de la préparation .du bain d'initiation de nickcla go, il est très avantageux de se servir d'hypophosphite do nickel, car il s'établit automatiquement un rapport de 0,5 entre 'les ions nickel et les ions hypophosphitc; mais on peut faire également usage d'autres sels solubles de nickel (le sulfate de nickel, le chlorure de nickel, etc.) utilisas conjointement avec d'autres hypophosphites solubles (hypophosphitc de sodium, hypophosphite de calcium, hypophosphite de potassium, etc.).
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De manière semblable, les ions ammonium peuvent prove- nir d'une grande variété de composes d'ammonium solubles (sulfate d'ammonium, chlorure d'ammonium, hydroxyde d'ammonium, etc.), car il faut considérer que c'est le radical ammonium qui est utile en tant qu'alcali faible pour neutraliser l'acide borique, formant ainsi un agent tampon dont l'activité se manifeste dans la région voulue du pH.
De manière analogue, les ions acétate peuvent dériver d'acétates solubles fort divers (acétate do calcium, acétate de sodium, acétate de potassium, acide acétique, etc.) car on doit considérer que, dans le bain aqueux, l'acétate agit non seulement comme tampon (en évitant une diminution sensible du pH pendant que se déroule le mécanisme :
réduction de l'ion nickel - oxydation de l'ion hypophosphite), mais encore par son action d'exaltant modéré (accélérant un peu l'allure du nickelage ou de l'initiation'
Il existe un certain nombre d'autres ortho-borates solubles en dehors de l'acide ortho-boriquo, pouvant servir à la préparation du bain d'initiation, mais le choix à faire entre eux no constitue pas un élément essentiel, vu que les ions ortho-bora- te s'hydrolysent aussitôt en solution aqueuse:
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. en formant exactement les mêmes ions borate que ceux fournis par l'acide ortho-borique en solution aqueuse:
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Or, dans le bain aqueux, l'acide borique agit également en'tant qu'agent tampon, et sa concentration doit rester faible, car cette action tampon s'accroît avec la dilution dans la zone citée.
Le bain d'initiation chimique de nickelage dont l'ana- utilisé lyse a été donnée a été spécialement établi pour être/à la tempes rature ambiante ou à une température fort voisine de celle-ci (21
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à 24 c et il devient thermiqueemnt instable à des températures sensiblement supérieures, étant entendu que la température la plus élevée acceptable est de 50 c environ.
D'autre part, lors- que l'on fait desscondre la température en-dessous de la tempé- rature ambiante, l'allure du nickelage ou de l'initiation dimi- une assez sensiblement, la température la plus basse encore acceptable étant de 10 c si l'on veut rester dans les conditions de la pratique.
Les rapports entre températures et allures d'enduisage sont sensiblement les suivantes:
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<tb> 10 c <SEP> 0,75 <SEP> microns <SEP> par <SEP> heure
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 21 c <SEP> 1,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 c <SEP> 1,25' <SEP> " <SEP> "
<tb>
Le fonctionnement du bain chimique d'initiation de nickclage peut avoir lieu dans des conditions de pH extrêmement variables;
mais la stabilité du bain diminue' lorsque le pH est élevé, tandis que le taux de l'initiation diminue lorsque le pH oat faible. Aussi, dans la zone opératoire des pH allant do 5,0 à 12,0 on recommande de rester strictement entre les limites d'un pH de 5,5 à 6,0 la valeur de 5,8 étant celle qui con- vient pour la pratique.
Dans ce procède d'application de métaux sur dos objets non-métalliques, l'usage du bain chimique d'initiation au nickel comme stade préparatoire à celui du bain, de nickelage chimique proprement ditoffre l'avantage que l'on abolit virtuellement le temps d'induction du nickelage intervalle de temps nécessaire avant que commence le nickelage chimique sur les germes'de crois- sance dispersas de palladium - lorsqu'on fait usage du bain d'initiation, également l'avantage d'améliorer considérablement l'adhérence de la couche de nickel,
dont la partie principale est fournie par le bain do nickelage De plus, la couche de nickel - qui est, en fait une couche d'alliage nickel-phosphore
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constitue un support idéal pour recevoir. ensuite une couche de cuivre, dont le dépôt- peu? voie électrolytique est considérable- nient simplifie par Ici présence de la couche de nickel de bonne conductivité.
De plus, on note une adhérence remarquable entre le cuivre, lorsqu'il est dépose par voie élcctrochimique et le nickel lorsqu'il est déposé par voie chimique : on ne nota ni pellicules, ni ampoules, ni craquelures, ni tendance d'aucune sor- te à une séparation au cours de tous les essais mis au point pour étudier cette sorte de liaison.
On constate donc Inutilité du procédé en tant que phase finale dans une opération de revêtement et de décoration, au moyen de nickel, de nombreux objets manufacturés formés essentiellement de matières non-métalliques; il constitue également une phase intermédiaire dans l'art de l'enduisage et de la décoration au moyen de cuivre et d'autres métaux déposés par voie galvanoplas- tique, d'objets constitués essentiellement de matières non conduc- triccs de l'électricité.
Bien que l'on ait décrit le mode d'exécution actuellement considéré comme le meilleur pour la mise en oeuvre de l'invention, il est bien entendu qu'on peut y apporter des modifications diver- ses, sans sortir du cadre de l'invention.
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the 1; e - ieuweerme W ,. General era, the nickel plating of non-metallic objects and, more particularly, processes and baths for the chemical nickel plating of such objects. More specifically, it relates to printed electrical circuits as well as their manufacturing process.
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According to known methods of manufacturing printed electrical circuits, a layer of adhesive material (of a resin-rubber-based type) is applied to a previously incised and perforated plate - of a laminated material formed of a resin. thermoset consisting essentially of phenol-formaldehyde condensation products, with textile reinforcement, and on this adhesive layer a thin coating of metallic silver is applied (using a silk screen to obtain the desired model), by means of an aqueous solution of a silver salt and a reducing agent.
After which hollow rivets and thimbles are fixed in the holes previously drilled in the plate, so as to constitute terminals for the elements of the printed electrical circuit.
This process has several serious drawbacks: (a) The silver layer does not always adhere perfectly.
(b) Rivets and thimbles serving as poles do not always ensure good electrical contact with the elements of the circuit and require, moreover, an assembly operation; (c) The silver ions migrate through the adhesive layer as well as the insulating material plate after a certain time, adversely affecting the dielectric properties of the insulating plate, to the point of rendering the capacitance elements inoperative. printed electrical circuit.
The present invention makes it possible to avoid these drawbacks,. For this purpose it relates to a new type of printed electrical circuit, not exhibiting the aforementioned defects, the manufacture of which is both simplified and improved, and which exhibits the maximum of. security of connections between
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elements this connections not being susceptible to any variation of electrical characteristics.
The printed electrical circuit according to the invention does not require the use of silver or any other expensive material, the elements constituting it, including the terminals, being made of a nickel alloy containing 5-11% phosphorus.
The invention also relates to the process for manufacturing these printed circuits on an insulating support, the process consisting in coating this support with a layer of nickel, applying over this layer of nickel a layer masking certain zones and perforated in accordance with the drawing of an electrical circuit that is to be obtained, the unmasked areas of the nickel layer are covered with a layer of copper, the masking layer is removed and the nickel discovered under this layer is removed, leaving intimately fixed on the support the electrical circuit formed by the superposition of layers of nickel and copper. The respective deposits of nickel and copper are carried out, the first by a particular process of chemical nic kelage and the second by electroplating.
The invention therefore finally relates to said particular chemical nickel plating process, which is moreover applicable to not all cases of nickel plating of a surface / metal, this process consisting of a nickel plating process. chemical of a non-metallic solid surface, of the type consisting in preparing said.
surface by incorporating starter seeds therein, then in immersing said surface in a chemical nickel plating bath, characterized in that the surface is first immersed in an initiation bath containing 0.07 to 0.10 mpl of nickel ions, hypophosphite ions at a ratio of 0.45 to 0.55 with nickel ions, acetate ions at a ratio of 1.45 to 1.55 with nickel ions,
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to 0.030 015-mpl of ammonium ions, and 0.015 to 0.030 mpl of ortho-boric acid - and at a pE of 5.5 to 6.0 then secondly in a conventional chemical nickel plating bath until formation of d 'a continuous layer of nickel.
The invention will be better understood by referring to the following example of an application mode, this example corresponding to the appended drawing in which:
Fig. 1 is a plan view of an insulating plate previously incised and pierced with two holes, the plate which cônsti kills the support element of a printed electric circuit; fig. 2 is a vertical section of the plate, seen in the direction of the arrows passing through the line 2-2 of the .fig, 1 in fig. 3 is a plan view of the plate of FIG.
1 after a layer of nickel-phosphorus alloy has been chemically deposited on its upper face as well as on the back side walls two holes which have been made there to constitute! a pair of terminals; fig. 4 is a vertical section of the plate, seen in the direction of the arrows passing through the line 4-4 of FIG. 3; Fig. 5 is a plan view of the plate of fig. 3, the surface layer of the alloy coating of which is masked by a layer of electrically insulating organic material, which has a cutout determining the contour of a rose-tance and of a capacity located between the two terminals; fig. 6 is a vertical section of the plate, seen in the direction of the arrows passing through the line 6-6 of FIG. 5;
FIG. 7 is a plan view of the plate of FIG.
5 after the surface of the alloy layer has received an electrolytic deposit of copper at the places not masked by the insulating coating as well as at the exposed parts of the two terminals, of
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so that the resistance and the capacitor are connected in parallel between the two terminals; fig. 8 is a vertical section of the plate seen in the direction of the arrows passing through the line 8-8 of FIG. 7; Fig. 9 is a plan view of the plate of Fig.7 after the protective layer masking part of the surfaces has been dissolved and removed; fig. 10 is a vertical section of the plate seen in the direction of the arrows passing through the line 10-10 of FIG. 9; fig. 11 is a plan view of the plate of FIG.
9 after dissolution and removal of the uncovered area of the alloy layer and, consequently, the electrical printing circuit completed; fig. 12 is a vertical section of the completed electric printing circuit, seen in the direction of the arrows passing through the line 12-12 of FIG. 11:
In figures 2, 4 6 8, 10 and 12, the thickness of the plate, layers, etc., has been greatly exaggerated and it is the same, in figures 5, 7, 9 and 11 for the thickness of the contours of resistance and capacity - in order to facilitate understanding of desertion.
Referring to the drawing, the construction and arrangement of the printed electrical circuit will easily be understood from the following description of the process by which this circuit is established; Note, however, that in Figures 11 and 12, the fully assembled printed electrical circuit 20 comprises an insulating plate 21 carrying on its front surface a printed circuit consisting of a resistor R and a capacitor
C mounted in parallel between the two electrical terminals Tl and
T2.
The parallel connection of the R and C elements of the circuit does not
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they have no particular meaning and / are shown only by way of example, just as the circuit elements' normally carried by the rear face of the insulating plate 21 are not shown in the drawing to simplify the description. 'In fact the invention relates to the structure of the printed electrical circuit, its manufacturing process, and not its composition, which may be any, for example, such as those recently used for various electrical devices, such as radios, televisions, control panels, etc. ..
If we then consider the manufacturing process of the printed circuit 20, and with reference to Figures 1 and 2, we first prepare an insulating plate incised and perforated 21 in laminated material, formed of a thermoset resin consisting for example , in phenol-formaldehyde condensation products with textile reinforcement.
As shown, the plate 21 has a substantially rectangular shape and is pierced right through with two holes 22 located at a certain distance from each other, it being understood that the thickness of the plate is sufficient. so that it can serve as a support piece.
The front surface of the plate 21 as well as the lateral surfaces of the holes 22 are then subjected to a stripping operation, which may include a treatment with a sanding, with a jet of water vapor, with a brush, by grinding, buffering. , abrasion, chemical attack, etc., in order to remove the surface film and thus prevent any possibility of polarization of the etched surfaces. This stage of the treatment gives the surface the desired roughness, freeing the plate 21 of any thin resinous layer.
The free surfaces of the plate 21 can be subjected, for example, to the action of a jet of steam.
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of water, after which the plate 21 is rinsed for 5 minutes
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with tap water brought to 6000. Then the same surfaces of the plate 21 are subjected to a steam degreasing, then cleaned, for example, with mlyon of a solution of "fys03. ri 6el containing from 30 to 45 grams per liter, which acts as a mild alkaline detergent, then rinse again for
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5 minutes in tap water / brought to about 0 C. The next operation consists of acidifying the surfaces of plate 21 with a solution of ao. Of 7 su.furiquo to 10 - in dttn.s 1 t bare for a fairly short time - 1 to 5 minutes.
We r3.n0e again as before, after which the surfaces mentioned. plate 21 are activated for 15 to 20 minutes in a
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Aqueous solution of .ptl.d.um chloride containing approximately 1000 mg / l Pd This aqueous solution may contain approximately 1.66 grams of palladium chloride per liter. The plate 21 is then dried in an oven or by the action of infrared radiations, for a relatively short time at a temperature of about
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800C.
Then the plate is immersed in a solution: téductrioeî such as, for example, (an aqueous solution containing about 0.15 moles of sodium hypophosphite or hypophosphorous acid
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the duration of immersion being d? about. 2 minutes. The plate is then rinsed for 15 seconds and then dipped into a. aqueous nickel-plating initiation bath at room temperature (about 21 ° C) for 10 to 20 minutes.
The rinsing which proceeds with this last immersion is a very important operation, in that it prevents the decomposition of the nickel initiation bath because the plate 21 carries with it the adsorbed Pd ions.
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The initiation bath of nic. <Elage n the following approximate composition:
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<tb> Ingredients <SEP> mole <SEP> pc.r <SEP> liter <SEP> grams <SEP> per <SEP> liter
<tb>
<tb> Hypophophite <SEP> of <SEP> nickel <SEP> 0.09 <SEP> 26.7
<tb> Ortho-boric <SEP> <SEP> 0.02 <SEP> 1.2
<tb> Ammonium <SEP> <SEP> 0.02 <SEP> 2.64
<tb> Sodium <SEP> acetate <SEP> <SEP> 0.06 <SEP> 4.92
<tb>
The pH of this nickel-plating initiation bath is adjusted, before use, so as to lie between 5.5 and 6.0, this adjustment being made using, as appropriate, sulfurized acid. or soda,
This nickel-plating initiation bath ensures a deposition rate of one micron per hour.
Plate 21 is then rinsed with tap water, then passed for approximately 30 seconds in a 10% diisulfuric acid pickling bath after which plate 21 is again rinsed previously retort.
The plate 21 is then subjected to chemical nickel plating by means of a nickel plating bath maintained at about 930-9900 for the time necessary to obtain a nickel deposit of the desired thickness - 4 minutes being, in general, a sufficient time. - This chemical nickel plating bath ensuring a coating rate of approximately 22.5 to 25 microns per hour.
The chemical nickel plating bath. which is most suitable is that consisting of an aqueous solution having the following composition:
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<tb> Nickel <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 0.09 <SEP> mole <SEP> per <SEP> liter
<tb>
<tb> <SEP> sodium <SEP> hypophosphite <SEP> 0, <SEP> 225 <SEP>
<tb>
<tb> Malic acid <SEP> <SEP> 0.18 <SEP> "<SEP> .-
<tb>
<tb> <SEP> sodium <SEP> <SEP> 0.06 <SEP> succinate "
<tb>
Before use, the pH of this bath must be adjusted. between 5.8 and 6.0 approximately, using sulfuric acid or soda as appropriate.
Another chemical nickel plating bath formula is formed from an aqueous solution having the following approximate composition:
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<tb> Sulfate <SEP> of <SEP> nickel <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> mole <SEP> per <SEP> liter
<tb>
<tb> Hypophophite <SEP> of <SEP> sodium <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> "<SEP>, <SEP>
<tb>
<tb> <SEP> lactic acid <SEP> 0.30 <SEP> "
<tb>
<tb> Propionic acid <SEP> <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> "
<tb>
Before use, the pH of this bath must be adjusted between 4.5 and 4.7 approximately, using sulfuric acid or sodium hydroxide, as appropriate.
Although both of the chemical nickel baths described above give complete satisfaction for the performance of chemical nickel plating on properly prepared surfaces of the plate 21, the first formula described, based on of malic and succinic acid is preferable, since the adhesion qualities of nickel are considerably improved, if use is made of this bath.
The process described above for chemical nickel plating on the surface of a non-metallic body is moreover the subject of prior patents by the Applicant.
After the last aforementioned chemical nickel plating stage, the plate 21 is placed in an oven and subjected to baking at approximately 162 ° C. for approximately 30 minutes, so as to dry it and to degas it completely.
At this stage of operations, the previously prepared surface of the plate 21 carries - as indicated in Figures 3 and 4 - the nickel layers 23 and 24 which have been chemically deposited thereon, the layer 23 covering the front surface of the plate 21 and the layers 24 covering the side surfaces of the holes 22 which have been made in the plate 21, the set of layers 23 and 24 now forming an integral part of the mentioned surfaces having received the indicated preliminary preparation and adhering to it in an intimate way. In the foregoing description, layers 23 and 24 have been given as formed entirely of nickel, whereas, in reality, they
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are made of a nickel alloy with 5 to 11% phosphorus.
In other words, the chemical nickel plating process automatically and essentially results in the covering of the prepared surfaces by means of the layers 23 and 24 formed of the mentioned nickel-phosphorus alloy. Consequently, these layers 23 and 24 will henceforth be referred to as “alloy layers”, it being understood that the alloy in question is that of nickel-phosphorus mentioned,. capitulating to the above, the mentioned surfaces of the plate 21 undergo a preparation so as to make them rough and non-polarizable; then, by immersing the plate 21 in an aqueous solution of palladium chloride, very small amounts of palladium chloride adhere to the prepared surfaces mentioned.
Then, when the plate 21 is immersed in a reducing solution that these small amounts of palladium chloride are reduced to the state of metallic palladium, so that on the fresh unpolarized surfaces, tiny particles of metallic palladium are regularly dispersed. When, in the course of the following operation, the plate 21 is forced into the chemical aqueous bath intended to cause the initiation of nickel plating, these particles of palladium become coated with alloy.
Then, by the subsequent operation, when the plate is soaked in the aqueous bath of chemical nickel plating, the alloy is deposited on these particles, which act as seeds, so that layers are formed. thin 23 and 24 of continuous appearance on the fresh unpolarized surfaces of the plate 21, the latter having, with these surfaces, an intimate and tenacious bond.
The front surface of the plate 21 is then prepared for the electroplating operation; so more
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Specifically, a layer of organic material 25 forming an electrical insulator is deposited, which masks the layer covered with the alloy 23, using the usual silk screen technique, and using the organic materials usually used in such cases, which are insoluble in water as well as in acidic aqueous solutions, but which are soluble in organic solvents.
For example, the enamel usually employed to mask surfaces in silk screen techniques is insoluble in water and in aqueous acid solutions, but is readily soluble in methyl ethyl ketone.
More precisely, the masking layer is put on. it is placed through the silk screen, so as to define and delimit on the alloy layer 23 the contours of the elements of the electrical circuit as they appear in the printed electrical circuit.
For example, the masking layer can delimit the contours of the resistor R and of the capacitor C, connected in parallel between the terminals T1 and T2, as can be seen in FIGS. 5 and 6.
After layer 25 has been placed over alloy layer 23, by standard silk screen technique, it undergoes appropriate drying; after which the exposed surfaces of the alloy layer 23 are duly cleaned, then the plate 21 is inserted into an electroplating circuit of the current type, comprising a copper electrode and a copper bath, and it is subjected to the usual operations do electroplating.
More specifically, the alloy layer 23 is first subjected for 30 to 60 seconds to a reverse current in order to cause its activation, the alloy layer 23 constituting the same. 'anode and the copper electrode constituting the cathode.
After this activation, the alloy layer 23 is subjected to a direct current according to current practice, said layer
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of alloy 23 forming the cathode and the copper electrode constituting the anode.
Although a common cyanide type galvano-plastic bath can be used by lion, an even more advantageous bath formulation is given below because it provides a layer of copper which adheres in an extremely tenacious manner. to the alloy layer, as will be specified in more detail below, this electroplating bath being formed from an aqueous solution having the following approximate composition:
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OuS04 '5H 0 188 grams per liter B2s04 con6entré (at 66 Bé) 61.5 camp per liter' µ10 -Ur Gl 0 09 Ol gram 'per liter
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<tb> Black <SEP> molasses <SEP> 0.8 <SEP> grams <SEP> per <SEP> liter
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Potrowet <SEP> R <SEP> (From <SEP> Bridge) <SEP> 25 <SEP> mg / l
<tb>
It will be noted in passing that such an electroplating bath, as soon as prepared, must be filtered to rid it of all sediment; as for "Petrowet R", it is a wetting product produced by the firm Du Pont, which can be substituted by other equivalent wetting agents.
During the electroplating stage, a current density varying between 2 and 7 amperes per dm2 (at 0.7 to 2 volts) can be used by subjecting the bath to constant agitation.
At this time of operations, as shown in Figures 7 and 8, the plate 21 is covered with copper layers 26 and 27 on the exposed areas of the surface of the alloy layers 23 and 24 respectively on the front surface. of the plate and on the side surfaces of the holes, these copper layers 26 and 27 being intimately integrated with each other and in perfect contact with the alloy layers 23 and 24. Accordingly, the copper layer 26 defines the resistance R and the capacitance C, while the copper layers 27, together with the layers
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of alloy-24, define the terminals T1 and T2.
The layer 25 which served to mask part of the surfaces is dissolved and then removed, using a suitable solvent, such as, for example, methyl ethyl ketone.
At this moment, the contours of the resistance R and of the capacitor c stand out in relief with respect to the alloy layer 23, as can be seen in FIGS. 9 ot 10
The exposed areas of the alloy layer 23 are then dissolved and removed from the front surface of the plate.
21, by suitable washing with a mineral acid, for example 50% nitric acid, 50% aqua regia or a mixture of 2 parts sulfuric acid 1 part acid nitric acid and 1/4 part water.
Finally, the plate 21 can be cut at will to present the desired shape at the time of its insertion into the assembly of the electrical circuit, provided that it is necessary to depart from the initial rectangular configuration of the plate 21.
At this stage of operations, the printed electrical circuit is established, as shown in Figures 11 and 12, it being understood that the terminals T1 and T2 include all of the. residual part of the alloy layers 24 as well as the copper layers 25 and 27, while the elements R and C of the circuit comprise the whole of the alloy layer 23 and the copper layer 26. Dc plus, the elements R and C of the circuit are connected in parallel between the terminals T1 and T2, which are moreover held in place in a manner strongly anchored in the holes 22 drilled in the insulating plate 21.
In the printed electrical circuit 20 when completed, the R and C elements are firmly anchored on the front surface
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do the insulating plate 21 and integrate perfectly with the terminals T1 and T2, thus forming an assembly representing an electrical circuit endowed with pre-fixed electrical characteristics and perfect stability during its useful life of operation, which is long.
Furthermore, it is easy to understand that all the circuit elements which would be carried by the rear face of the insulating plate 21 would be established at the same time as the circuit elements R and C located on the front face of the insulating plate 21, as described above, and that any connection required between the circuit elements carried respectively by the rear and front faces of the insulating plate 21 necessarily pass through the terminals T1, T2, etc. so that the interconnected circuit elements carried by the respective faces of the insulating plate 21 are entirely joined by the terminals T1, T2, etc.
In the example given above, the chemical nickel plating process has been described as a stage of the manufacturing process of a printed electrical circuit and there is no doubt that this process is ideally suited for this purpose. process, but it is of course understood that its application is not exclusively limited to this process.
This chemical nickel plating process can be used in general. at. nickel plating in the case of a large number of non-metallic parts, among which there may be mentioned: natural or synthetic plastics, wood, quartz, glass, ceramic materials, este;
..In addition, since the nickel-plating initiation bath which has been described is employed at room temperature, synthetic plastics may belong to the class of thermosetting (phenol-aldehyde resins, polyalcohol-acid resins. phthalic rsins urea-formaldehyde, etc.) or to the class of thermo
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plastics (vinyl polymers, styrofoam resin, cel lulosic derivative products based on casein, super-polyamides, polyacrylates, etc.).
If we consider more especially the aqueous chemical nickel initiation bath, it should be noted that if it is correct that the composition indicated above constitutes an optimum, the composition offered is as follows:
1. Nickel ions - their absolute concentration should remain within the limits of 0.07 to 0.10 moles per liter.
2. Hypophosphito ions - the ratio of nickel to hypophosphito ions should remain between approximately 0.45 ot 0.55. '
3. Acetate ions - the ratio of nickel ions to acetate ions should remain between approximately 1.45 and 1.55
4. Ammonium ions - their absolute concentration should remain within the approximate limits of 0.015 to 0.030 moles per liter. ,
5. Ortho-boric acid - its absolute concentration should remain within the approximate limits of 0.015 to 0.030 moles per liter.
6. pH - to be adjusted within the limits of 5.5 to 6.0, making use of sodium bicarbonate or sulfuric acid as appropriate.
In preparing the nickcla go initiation bath, it is very advantageous to use nickel hypophosphite, since a ratio of 0.5 is automatically established between nickel ions and hypophosphite ions; but use can also be made of other soluble nickel salts (nickel sulphate, nickel chloride, etc.) used in conjunction with other soluble hypophosphites (sodium hypophosphite, calcium hypophosphite, potassium hypophosphite, etc.). ).
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Similarly, ammonium ions can originate from a wide variety of soluble ammonium compounds (ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium hydroxide, etc.), as it must be considered the ammonium radical which is useful as a weak alkali to neutralize boric acid, thereby forming a buffering agent whose activity is manifested in the desired pH region.
Similarly, acetate ions can be derived from a wide variety of soluble acetates (calcium acetate, sodium acetate, potassium acetate, acetic acid, etc.) since it must be considered that in the aqueous bath the acetate acts not. only as a buffer (avoiding a significant decrease in pH while the mechanism:
reduction of the nickel ion - oxidation of the hypophosphite ion), but also by its moderate uplifting action (slightly accelerating the appearance of nickel plating or initiation '
There are a number of other soluble ortho-borates besides ortho-boriquo acid which can be used for the preparation of the initiation bath, but the choice between them is not an essential element, as the ortho-bora ions hydrolyze immediately in aqueous solution:
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. by forming exactly the same borate ions as those provided by ortho-boric acid in aqueous solution:
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However, in the aqueous bath, boric acid also acts as a buffering agent, and its concentration must remain low, because this buffering action increases with dilution in the area mentioned.
The chemical initiation bath of nickel plating, the analysis of which has been given, has been specially established to be / at room temperature or at a temperature very close to it (21
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at 24 ° C and it becomes thermally unstable at significantly higher temperatures, it being understood that the highest acceptable temperature is approximately 50 ° C.
On the other hand, when the temperature is allowed to drop below the ambient temperature, the nickel plating or initiation rate decreases quite appreciably, the lowest temperature still acceptable being 10 c if one wants to remain in the conditions of the practice.
The relationships between temperatures and coating rates are approximately as follows:
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<tb> 10 c <SEP> 0.75 <SEP> microns <SEP> per <SEP> hour
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 21 c <SEP> 1.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 c <SEP> 1,25 '<SEP> "<SEP>"
<tb>
The operation of the nickel-plating initiation chemical bath can take place under extremely variable pH conditions;
but the stability of the bath decreases when the pH is high, while the rate of initiation decreases when the pH is low. Also, in the operating zone with pH ranging from 5.0 to 12.0 it is recommended to stay strictly between the limits of a pH of 5.5 to 6.0, the value of 5.8 being that which is suitable for the practice.
In this process of applying metals to non-metallic objects, the use of the initiation chemical bath with nickel as a preparatory stage for that of the bath, of chemical nickel plating itself offers the advantage that time is virtually eliminated. induction of nickel plating time interval before chemical nickel plating begins on the dispersed growth seeds of palladium - when the initiation bath is used, also the advantage of considerably improving the adhesion of the nickel layer,
the main part of which is supplied by the nickel-plating bath In addition, the nickel layer - which is, in fact, a layer of nickel-phosphorus alloy
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constitutes an ideal support to receive. then a layer of copper, which deposit- bit? The electrolytic route is considerably simplified by the presence of the nickel layer of good conductivity.
In addition, there is a remarkable adhesion between the copper, when it is deposited electrochemically and the nickel when it is chemically deposited: no films, no blisters, no cracks, no tendency of any gold were noted. - te to a separation during all the tests developed to study this kind of bond.
It is therefore noted that the process is not useful as a final phase in an operation of coating and decorating, by means of nickel, numerous manufactured articles formed essentially from non-metallic materials; it also constitutes an intermediate phase in the art of plastering and decorating by means of copper and other metals deposited by electroplating, of objects consisting essentially of materials which are not electrically conductive.
Although the mode of execution currently considered to be the best for implementing the invention has been described, it is understood that various modifications can be made thereto, without departing from the scope of the invention. invention.