PROCEDE ET INSTALLATION POUR LA PRODUCTION DE
FEUILLES METALLIQUES ELECTROFORMEES ET TRAITEESSUPERFICIELLEMENT.
Procédé et installation pour la production de f euilles métalliques électroformées et traitées superficiellement.
La présente invention concerne un procédé de fabrication de feuilles métalliques minces électroformées, plus particulièrement en cuivre, et traitées superficiellement en vue de leur donner une structure
de surface adéquate pour une application sur des matériaux diélectriques, tel que pour la production de circuits imprimés.
Elle concerne également une installation pour la mise en oeuvre dudit procédé.
Comme on le sait actuellement, les f euilles de cuivre qui sont appliquées sur des substrats en matière plastique, par exemple pour la réalisation de circuits imprimés et analogues, sont soumises à différents traitements visant aussi bien à augmenter l'adhésion entre la feuille de cuivre et le substrat qu'à empêcher la réaction intervenant par la suite entre le cuivre et le matériel diélectrique et en outre à empêcher la rétention de particules de cuivre provenant des traitements destinés à augmenter l'accrochage du cuivre sur
la résine époxy. Afin d'empêcher la réaction entre le cuivre et le matériel diélectrique, les fabricants de circuits imprimés ont toujours adopté la solution d'interposer une couche barrière métallique comme par exemple l'étain, le zinc, l'or, l'argent, le nickel, le cadmium et analogues, entre la feuille de cuivre et la matière plastique.
Pour la réalisation des feuilles de cuivre, on utilise actuellement des installations fort coûteuses
et complexes aussi bien pour exécuter la conformation désirée de surface du cuivre que pour appliquer les couches superficielles précitées.
La production et les traitements traditionnels étant très lents, à cause de l'obligation de transférer la feuille de base vers d'autres installations pour le traitement de surface. Les coûts finaux de fabrication
sont élevés et la rentabilité de l'installation est
fortement compromise. _
Le but de la présente invention vise par conséquent
à éliminer les inconvénients majeurs susdits.
Elle vise également à fournir un procédé continu
pour la fabircation de cuivre en feuille, qui ne
comporte qu'une seule étape de formation électrolytique.
Un autre but de la présente invention vise à
fournir une nouvelle installation pour la mise en oeuvre
du procédé continu susmentionné.
Un autre but de la présente invention est de
fournir une installation dans laquelle toutes les
opérations sont réalables pratiquement dans une seule
unité.
Enfin, le dernier mais non le moindre but de la
présente invention est de réaliser une installation
de fabrication de cuivre en feuille permettant d'aug-
menter la production horaire, en vue d'abaisser les
coûts de production. De cette manière, on peut élargir
le champ d'applications, en permettant le choix de
plusieurs créneaux commerciaux rentables.
Selon un premier aspect de la présente invention,
les buts précités sont atteints par un procédé de
production de feuilles métalliques électroformées, plus particulièrement destinées à être appliquées sur des substrats en matière palstique, dans lequel on forme la
feuille de cuivre sur un tapis électroconducteur plongé
dans un bain d'électrolyse adéquat, le tapis formant au
moins partiellement la cathode, des anodes étant disposées
dans le bain électrolytique en-dessous dudit tapis,
caractérisé en ce qu'on filtre la solution électrolytique
à travers un filtre en tissu synthétique ou une membrane échangeuse d'ions, disposé entre les anodes et le tapis.
De cette manière, il est possible d'obtenir une qualité de feuille métallique et un état de surface particulièrement intéressant.
Selon un autre aspect de la présente invention, celle-ci fournit une installation pour la production de feuilles métalliques électroformées, comportant, à l'intérieur d'une première cuve d'électrolyse, un tapis sans fin en un matériau électroconducteur tournant continuellement avec au moins sa partie inférieure immergée dans la solution électrolytique, une première série d'anodes qui est disposée dans la zone initiale
de ladite cuve, par rapport au sens de déroulement du tapis; tandis que le tapis joue le rôle de cathode,
une deuxième série de plaques disposées en aval qui
ont alternativement une polarité invertie, et éventuellement au moins une deuxième cuve d'électrolyse qui est disposée à la sortie de la première, en vue de l'application sur la feuille de cuivre formée d'une mince couche métallique compatible avec la couche de cuivre
et le substrat éventuel de celle-ci, caractérisé en
ce qu'un filtre est disposé entre la partie inférieure du tapis et les plaques d'anodes ou de cathode.
Avantageusement, ledit filtre consiste en un
tissu synthétique ou en une membrane échangeuse d'ions.
De préférence, l'installation selon la présente invention comporte également un dispositif de recirculation qui consiste avantageusement en une pompe noyée dans la première cuve, qui aspire la solution au-dessus et
en dessous du filtre pour l'envoyer dans un dispositif d'épuration avant de la réinjecter au-dessus et en dessous du tapis dans le sens contraire au déroulement de celui-ci.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement de la description d'une forme d'exécution préférée mais non limitative d'une installation pour la production de cuivre en feuille. à utiliser
de préférence sur des substrats en matière plastique,
qui est illustrée à titre indicatif mais non limitatif dans la figure unique qui représente de façon schématique une installation selon l'invention.
En se référant à la figure citée, l'installation
pour la production de cuivre en feuilles selon l'invention comprend une première cuve d'électrolyse 1 à l'intérieur de laquelle tourne un tapis sans fin 2, réalisé en acier inoxydable. Le tapis 2 est outenu et guidé par
un rouleau fou 3 et par un rouleau moteur 4 qui est entraîné par un moteur(non représenté). Le tapis 2 présente à ses extrémités latérales un bord en caoutchouc indiqué par 2b ayant pour fonction de maintenir
la surface intérieure du tapis sèche même pendant son passage à l'intérieur de la solution électrolytique.
La partie inférieure 2a du tapis 2 passe à l'intérieur de la solution électrolytique qui est contenue dans la première cuve d'électrolyse 1.
La surface extérieure du tapis est polie en continu par un appareillage de polissage 5, en vue de maintenir
un état de surface déterminé et exempt de poussières.
La surface ainsi polie et sèche recouverte d'un
film de passivation adéquat, est entraînée dans la
cuve d'électrolyse 1 par le mouvement de rotation du
tapis sans fin.
Dans les premiers instants d'immersion, la partie inférieure du tapis se trouve parallèle à une anode de cuivre 6. Cette anode est reliée au pôle positif d'un redresseur 7, tandis que le pôle négatif de ce même redresseur est relié électriquement à la partie inférieure 2a du tapis 2.
En aval de cette première anode 6 est prévue une série d'anodes 8a, dont les polarités coïncident avec celles de l'anode 6; le ou les redresseurs correspondants sont repris en 9a.
L'utilisation d'un redresseur séparé 7 pour la première anode 6, permet de régler facilement la densité de courant en début d'électrolyse et de maîtriser de ce fait les caractéristiques initiales du dépôt électrolytique de cuivre, de limiter son adhérence sur le tapis pour pouvoir séparer facilement la feuille de cuivre du tapis d'électrolyse.
Le passage du tapis devant les anodes 8a permet d'épaissir le dépôt de cuivre à la valeur désirée.
En aval des anodes 8a est prévue une autre série de plaques de cuivre lOa dont la polarité est négative,
le pôle positif du redresseur correspondant lla est relié à la partie inférieure du tapis 2a; on inverse donc pendant cette période la polarité du tapis par
<EMI ID=1.1>
En aval de ces plaques lOa, se trouvent des plaques 8b en cuivre, fonctionnant comme anodes reliées au pôle positif d'un redresseur 9b. Pendant ce passage on peut de nouveau épaissir le dépôt de cuivre.
En aval des plaques 8a on retrouve une plaque lOb de cuivre dont la polarité est négative, le pôle positif du redresseur llb est relié à la partie inférieure du tapis 2a .
On inverse donc à nouveau pendant cette période la polarité du tapis par utilisation d'un redresseur llb à masse flottante.
En aval de la plaque lOb, se trouvent les plaques
12, 13, 14 reliées respectivement aux bornes positives des redresseurs 15, 16, 17. Les plaques 12, 13, 14 peuvent être soit en cuivre ou en un autre matériau métallique suivant les traitements prévus. Les densités de courant sur ces plaques sont réglées indépendamment suivant les nécessités.
Pour produire un cuivre de qualité exempt de défauts, dans la machine décrite précédemment, il est nécessaire d'interposer entre la face inférieure du
tapis 2a et les anodes un filtre en tissu synthétique
10 qui peut être une membrane échangeuse d'ions.
A l'intérieur de la cuve d'électrolyse 1 se trouve un dispositif de recirculation du liquide; une pompe 19 aspire la solution venant à la fois du compartiment cathodique et du compartiment anodique, rejette cette solution vers le dispositif d'épuration 20; la solution épurée est injectée au-dessus et en dessous du tissu filtrant.
En aval de la cuve d'électrolyse 1 est prévue une autre cuve d'électrolyse 21; on peut éventuellement placer plusieurs cuves analogues à 21 les unes après
les autres, si le traitement le nécessite.
La cuve 21 a pour fonction d'appliquer sur la couche de cuivre formée sur le tapis 2 une couche mince de
métal compatible avec le cuivre et d'épaisseur faible
de façon à ne pas modifier la structure prise par la couche de cuivre lors de sa formation dans la cuve 1.
Dans certains cas cependant, on peut supprimer les traitements donnés par l'électrolyse au niveau des plaques
12, 13, 14 et remplacer par un ou plusieurs traitements dans la cuve 21 et suivant si nécessaire. Cette procédure pourrait se justifier plus particulièrement dans
le cas du recouvrement de la feuille de cuivre par un traitement apte à absorber l'énergie solaire, pour
des applications de cuivre dans le domaine de la récupération d'énergie. Dans le cas des applications solaires on dépose sur la feuille de cuivre de base, dans la cuve 21, une couche de nickel suffisante sur les
deux faces de la feuille de cuivre pour assurer dans l'application en question une résistance suffisante à l'humidité et aux agents corrosifs.
Dans la cuve 21 sont prévues des plaques verticales
22 qui sont reliées avec le pôle positif d'un redresseur 24, le pôle négatif de 24 est relié au rouleau cathodique; après traitement, la feuille de cuivre est enroulée sur un mandrin 25.
L'installation selon l'invention fonctionne de la manière suivante :
Au début,le tapis 2 dont l'état de surface est contrôlé et passivé de manière adéquate, s'immerge
dans la cuve d'électrolyse 1, par suite du branchement électrique décrit plus haut, il agit en tant que support cathodique; le dépôt s'initie lors du passage devant
la cathode 6; au fur et à mesure que le support cathodique continue son parcours en face des plaques 8a,
les germes augmentent en dimensions de façon à former une feuille de cuivre dont la surface présente une rugosité variable suivant la densité de courant utilisée, le bain choisi et la température ainsi que l'agitation.
Lorsque le tapis arrive en face de la première
<EMI ID=2.1>
soudaine, de sorte que les germes de cuivre cessent brusquement leur croissance et on assiste à une dissolution préférentielle des rugosités.
Ensuite la surface de cuivre obtenue arrive en face de la deuxième série de plaques 8b où le dépôt de cuivre continue à s'épaissir jusqu'à la valeur désirée.
L'inversion de courant en cours du déplacement
du film de cuivre, suivie d'une nouvelle étape de croissance cathodique, permet d'obtenir une structure différente, nettement plus compacte, avec une diminution très importante de la rugosite même aux faibles épaisseurs.
Il s'ensuite donc une amélioration des caractéristiques mécaniques de la feuille de cuivre électroformée, ainsi qu'une amélioration de l'état de surface.
La structure est plus fine et plus régulière, il est possible par une nouvelle inversion de courant par passage devant les plaques lOb de modifier à nouveau
la structure précédente.
Par passage devant les plaques 13 et 14, on peut compléter le traitement cathodique de manière par exemple à développer la structure superficielle du cuivre et à augmenter son adhésion sur un support plastique.
En agissant de façon appropriée sur les densités
de courants moyennant agitation plus ou moins forte
de la solution électrolytique, il est possible d'obtenir directement dans la phase de production du cuivre
toutes les structures superficielles désirées.
A ce moment, une fois que l'on a obtenu la
fueille de cuivre ayant la structure désirée, afin de mieux présenter ou préserver la couche de cuivre, celle-ci est introduite dans une seconde cuve d'électrolyse 21 où s'applique à la couche de cuivre une mince couche de métal constituée de nickel, de zinc, de cadmium ou d'autres matériaux équivalents en utilisant les opérations normales connues de la technique galvanique.
Le revêtement au zinc, au nickel, au cadmium et analogues est de préférence réalisé de façon à obtenir une couche très mince pour éviter d'altérer la structure et la conformation du cuivre sous-jacent obtenu dans
la première cuve d'électrolyse.
L'épaisseur de la couche de nickel peut être augmentée dans les applications solaires car il s'agit
à ce moment d'une protection contre la corrosion du cuivre.
Sur base de la description, on voit comment l'invention atteint les buts proposés. Il est souligné en particulier que l'installation fonctionne de façon continue et n'exige pas, comme dans les installations de type connu, de transporter la bobine de cuivre préfabriquée dans un autre type d'installation pour les traitements suivants, ce qui entraînerait une majoration des frais de main d'oeuvre et d'installation.
Un autre avantage important réalisé par l'installation selon l'invention est représenté par le fait qu'elle produit la feuille de cuivre ayant, selon l'emploi auquel elle sera destiné, la structure superficielle désirée,au cours de la même phase d'électroformation du cuivre et dans le même bain.
Il est à noter que le cuivre produit de cette façon peut trouver des applications également dans la récupération de l'énergie solaire; il est important de
modifier dans ce cas les traitements superficiels du cuivre pour produire une surface absorbante sélective ou non.
Il faut aussi ajouter que la pellicule de cuivre électroformée ayant la structure désirée, avant d'être enroulée sur l'enrouleur indiqué schématiquement par 25
<EMI ID=3.1>
un second bain galvanique différent du premier où elle peut être revêtue galvaniquement d'une couche de protection de tout autre métal compatible avec le cuivre, en suivant les instructions normales décrites dans tous les manuels de galvanoplastie relatifs aux revêtements galvaniques de protection.
L'invention ainsi conçue est susceptible de subir de nombreuses modifications et variantes entrant toutes dans le domaine de l'invention défini par les revendications.
En outre, il est bien entendu que les divers éléments constitutifs de l'installation selon l'invention peuvent être remplacés par des éléments techniquement équivalents.
En pratique, les matériaux employés ainsi que les dimensions et les formes seront adoptés aux besoins particuliers.
Revendications
1. Procédé de production de fueilles métalliques électroformées, plus particulièrement destinées à être appliquées sur des substrats en matière plastique, dans lequel on forme la feuille de cuivre sur un tapis électroconducteur plongé dans un bain d'électrolyse adéquat, le tapis formant au moins partiellement la cathode, des anodes étant disposées dans le bain électrolytique en dessous dudit tapis, caractérisé
en ce qu'on filtre la solution électrolytique à travers un filtre en tissu synthétique ou une membrane échangeuse d'ions, disposé entre les anodes et le tapis.