2.1 Spécificités de notre problème
Etant donnée la géométrie non planaire de nos électrodes, les techniques de gravure classiques faisant appel à des masques, ne semblent pas adaptées. Ces méthodes sont courantes dans la fabrication de circuits imprimés mais elles ne sont utiles que pour traiter des surfaces planes.
A contrario, une méthode par « bombardement » localisé de rayonnement, ou de faisceau de particules, peut permettre de graver une surface torique à condition que la pièce soit correctement positionnée par rapport à la source. L’utilisation de faisceaux de particules
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nécessitant un travail sous vide, n’était pas réaliste dans le cadre de cette thèse, ces installations étant trop complexes à mettre en œuvre et présentait de plus un coup trop élevé.
Dès lors, la seule solution envisageable était d’utiliser un rayonnement localisé pour réaliser cette métallisation sélective. Dans ce cadre, il nous est apparu intéressant d’utiliser les possibilités offertes par les sources laser étant donnée la qualité de ce type de faisceau et sa capacité à être focalisé aux échelles micrométriques. La limite de focalisation d’un faisceau par une optique, étant notamment déterminée par sa longueur d’onde, le choix d’une source émettant dans l’UV était à privilégier. Les sources de rayonnement utilisées pour la gravure émettent à des longueurs d’onde généralement inférieures à ~ 380 nm.
Enfin, il était utile d’avoir recours à un procédé compatible avec le type de métallisation « electroless » mis en place au laboratoire et décrit au chapitre IV.
2.2 Métallisation sélective par modification du potentiel de surface
Une première méthode de métallisation sélective a été étudiée et la figure V.1 fournit le schéma de principe de ce procédé qui est utilisé pour la réalisation de circuits imprimés
(Hiroyuki et al. 1992), (Pan, 2004).
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Le procédé employé par Hiroyuki et al. (Hiroyuki et al. 1992) consiste à modifier le potentiel de la surface d’un film polymère en l’irradiant avec un laser UV de type excimère. Le matériel ablaté se dépose sous forme de débris à la surface du film et modifie
le potentiel de façon positive. Le film est ensuite trempé dans une solution dont le potentiel est négatif et qui peut contenir des colloïdes de palladium (Hiroyuki et al. 1992) ou d’autres catalyseurs (Pan, 2004). Ceux-ci vont, sous l’action des forces Coulombiennes, se lier au substrat et par là même l’activer. Il est ensuite possible de procéder à une métallisation « electroless » classique. Pour autant, la transposition de cette technique de métallisation sélective à notre problème, semble difficilement réalisable car il nous faudrait traiter la quasi-totalité de la surface des pièces, à l’exception des espaces inter-pistes. Cette méthode fonctionne donc en « gravure positive » et il est préférable de s’orienter vers une méthode de « gravure négative » qui ne requiert de traiter que les espaces inter-pistes qui ne doivent pas être métallisés.
2.3 Métallisation sélective par greffage direct de palladium en solution
D’autres auteurs ((Schrott et al. 1995), (Kordas et al. 2001)) mentionnent également la possibilité de déposer du palladium de façon sélective sur un substrat alors que celui-ci est immergé dans une solution contenant du palladium.
Figure V.2 : A gauche, le schéma de l’expérience proposé par Schrott et al., à droite, celui proposé par Kordas et al.
La figure V.2 présente le principe de cette technique, dont différentes variantes existent. La version proposée par Schrott et al. (Schrott et al. 1995) implique l’utilisation d’un laser excimère qui éclaire un échantillon sur lequel un masque est posé afin de reproduire le motif souhaité. Outre le fait que l’utilisation d’un masque ne soit pas possible dans notre cas. Ce
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procédé de « gravure positive » n’est pas adapté à notre problème. Dans une version proposée par Kordas et al. (Kordas et al. 2001), la focalisation du laser, cette fois dans le visible, permet de s’affranchir du masque. En revanche, il s’agit là encore d’une « gravure positive » des pièces. Par ailleurs, il semble difficile de mettre en mouvement une pièce torique immergée dans une solution de manière à positionner les zones à traiter au point focal d’un dispositif optique.
2.4 Métallisation sélective après ablation de palladium déposé par spin-coating
Alors que les méthodes précédemment exposées fonctionnaient en gravure positive, le principe général d’une méthode de gravure négative est illustré par la figure V.3.
Figure V.3: Schéma de la méthode de métallisation sélective mise en place par Esrom et al.
Les échantillons à traiter sont d’abord préparés et leur surface fonctionnalisée. Ensuite, une solution contenant du palladium ou de l’acétate de palladium (PdAc) (Esrom et al. 2000),
(Zhang et al. 1997) est déposée sur la surface des échantillons par spin-coating : une petite quantité de liquide déposée sur l’échantillon est mise en rotation rapide afin que la solution puisse s’étaler uniformément. Dans les cas exposés par Esrom et al. (Esrom et al. 2000) ou Zhang et al. (Zhang et al. 1997), le palladium est déposé dans son état ionique et doit être réduit. Cette réduction est obtenue, soit par la décomposition thermale du film de palladium en l’irradiant avec une lampe à infrarouge, soit avec les rayonnements UV issus d’un plasma d’Argon. In fine, le film de palladium est ablaté par irradiation UV. Une fois l’irradiation des zones voulues réalisée, une métallisation « electroless » classique est entreprise et la métallisation sélective permet d’obtenir une très grande précision.
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Bien que la méthode soit attractive, car fonctionnant en gravure négative, elle implique un dépôt par spin-coating qu’il est difficile de mettre en œuvre sur une surface torique. Par ailleurs, Charbonier et al. ont montré dans plusieurs publications (Charbonnier et al. 2006),
(Charbonnier et al. 2001) que la réduction du palladium, qui est une étape clé dans le processus de métallisation « electroless », n’est pas satisfaisante lorsqu’elle est réalisée via le rayonnement UV issu d’un plasma d’Argon ou via l’irradiation directe par un laser UV. Par rapport à une réduction en solution aqueuse telle que celle décrite au chapitre IV, ces méthodes, par voie sèche, affectent nettement la densité du palladium réduit à la surface des échantillons. Cela entraine inévitablement une faible adhésion du dépôt final. On notera également qu’il est fait mention dans ces travaux, du rôle néfaste que peut avoir une exposition à un plasma d’Argon à ce stade du procédé : il se produit un phénomène de gravure de la surface par les ions Ar+ qui la bombardent en permanence, ce qui tend à dépeupler la surface de son palladium si les temps de traitement ne sont pas limités.
En résumé, il ne nous est pas possible de modifier notre traitement chimique comme proposé par la méthode décrite ci-dessus : l’étape de greffage du palladium à la surface de nos pièces doit se faire par une immersion des pièces dans une solution de PdCl2 car cette technique présente une grande fiabilité (Charbonnier et al. 2001). Cependant, l’idée d’inhiber la métallisation « electroless » de façon sélective par ablation localisée du palladium réduit, semble prometteuse. C’est le principe que nous avons finalement mis en œuvre au laboratoire et que nous décrivons dans la suite de ce chapitre.