! Ces traitements sont utilisés pour plusieurs fonctions, nous pouvons citer :
! ! ➢ Le nettoyage : Les traitements chimiques sont surtout utilisés dans le cadre du nettoyage des céramiques afin de les débarrasser de leurs impuretés de surface. Le nettoyage est une étape importante dans le cadre dʼun processus industriel. Par exemple pour les étapes de dépôt par sérigraphie, afin dʼaugmenter lʼadhérence de la couche conductrice en surface et dans les perçages et pour augmenter son écoulement, il est nécessaire dʼeffectuer un nettoyage afin dʼobtenir des surfaces propres et sans zone vitreuse. Cette couche est présente en surface de lʼalumine suite aux traitements lasers
[Brev97]. La suppression de cette couche peut être réalisée par traitement chimique à
lʼaide dʼun acide organique [Brev95] ou bien par traitement thermique.
! ➢ Les traitements de surface : Ils permettent de modifier la structure de la surface en vue de transformer les propriétés optiques, mécanique, ... Nous pouvons citer par exemple lʼutilisation de traitements de surface pour améliorer lʼadhésion de la métallisation. Le dépôt chimique [Töpp99] est une des techniques qui est utilisée pour
métalliser les substrats. Il faut sensibiliser puis «activer» la zone que lʼon souhaite métalliser, puis il suffit de plonger lʼéchantillon dans un bain chimique qui va déposer le métal sur la zone activée. Lʼavantage de cette technique réside dans le fait quʼelle ne nécessite lʼutilisation dʼaucune source électrique (dʼou son nom «electroless»). Lʼétape dʼactivation peut tout aussi bien être réalisée par la création dʼune couche catalytique de chlorure de palladium réalisée par différents moyens, mais dont le coût de la matière
première (le palladium) est très élevé. Elle peut aussi être avantageusement réalisée par irradiation laser [Föls94].
!
I.5.2. Produits et protocoles utilisés pour le nettoyage
! Les nettoyages chimiques peuvent être classés en deux catégories : le nettoyage en phase aqueuse et le nettoyage en milieu solvant organique. Le nettoyage en phase aqueuse utilise la propriété de tensio-activité dʼun produit de lavage pour favoriser le déplacement des polluants, tandis que le nettoyage en milieu solvant organique utilise le pouvoir solvant du produit pour dissoudre les impuretés tels que les corps gras [Medi06].
Cependant le nettoyage chimique possède plusieurs inconvénients :
! ➢ Le coût : 50% du prix du nettoyage est imputable à lʼutilisation des produits
! ! ! chimiques avec tout ce que cela implique comme lʼutilisation dʼeau
! ! ! ultra pure pour le rinçage et le nettoyage, le traitement des bains... ! ! ! [Groj06]
! ➢ Le contrôle : les lasers ont lʼavantage dʼêtre plus précis, facilement
! ! ! contrôlables et respectant l'environnement [Lee00].
! Les produits et les procédés de nettoyage utilisés industriellement sont souvent confidentiels. Cependant, à partir des brevets déposés il est possible de dégager les tendances concernant les processus les plus utilisés. A titre dʼexemple le brevet de Moriayama et al. [Brev04], dont sʼinspirent les fournisseurs de substrats, préconise un
nettoyage en trois étapes :
! ➢ Utilisation dʼune solution alcaline dont le pH est supérieur à 10 afin dʼobtenir un ! ! « bon nettoyage ». Cette solution contient des métaux alcalins, des acides ! ! organiques, une série de solvants à base de glycol et dʼeau pure. Lʼutilisation
! ! dʼun bain ultrasonique et dʼune température de 60 à 80°C permet dʼaméliorer
! ! la capacité de nettoyage et de diminuer sa durée.
! ➢ Nettoyage avec un liquide acide pour mettre en solution le métal présent à la
! ! surface de la céramique,
! ➢ Traitement thermique pour retirer par évaporation les contaminants organiques ! ! résiduels. Ce traitement thermique doit être réalisé à une température
! ! supérieure à 1000°C pour une meilleure efficacité.
!
I.5.2.3. Influence des traitements chimiques sur la structure et les
propriétés électriques des céramiques
! Il est généralement admis que lʼalumine résiste bien aux agressions chimiques (figure I.28). Cependant, Genthe et al. [Gent92] ont montré que la résistance à la corrosion
dépendait fortement de la microstructure et de la composition des joints de grains qui sont fortement dépendant du type et de la quantité dʼajouts de frittage ainsi que des conditions de frittage (figure I.29). Cependant, le domaine de stabilité de lʼalumine correspond à un pH compris entre 4 et 9 [Shac08].
Figure I.28 : Effet du traitement chimique sur la perte de masse de différents matériaux dont lʼalumine [Kyoc]
FIGURE I.29 : Perte de masse et concentration dʼajouts dans différentes solutionsdes alumines dopées
a) MgO, b) Y2O3, c) BaO, d) ZrO2, e) Cr2O3[Gent92]
a) b)
c) d)
! Pour cela, ils ont tracé des courbes en «dG/A» (mg/cm2), qui représentent la perte de masse relative par unité de surface. Ils ont également représenté la concentration des ajouts de frittage dans différentes solutions chimiques. Si ce nombre vaut 1 cela signifie que la concentration des éléments dans la solution est identique à la concentration dans le volume. Avec ces deux paramètres qui sont tracés en fonction de la concentration des ajouts de frittage, on peut obtenir une bonne information sur le comportement face à la corrosion. En effet la perte relative de masse caractérise la résistance à la corrosion, qui doit être corrélée avec la concentration de la solution.
! Grâce à cela, ils ont montré notamment que lʼalumine dopée avec du MgO possède
une bonne résistance à la corrosion (excepté lors de lʼutilisation de lʼacide fluoridrique (HF) et lʼhydroxyde de sodium (NaOH) (figure 1.29.a)) et que les alumines dopées au Cr2O3 étaient relativement stables (figure 1.29.e). Lorsque les alumines sont dopées au ZrO2 la résistance à la corrosion décroit significativement avec la concentration dʼajouts (figure 1.29.d), ce qui est également le cas pour les alumines dopées au BaO (figure 1.29.c). ! Al-Dargazelli et al. [Darg99] ont quant à eux étudié des alumines de 97,55 % de
pureté nettoyées chimiquement pour supprimer les contaminants inorganiques de surface, puis ayant subi un traitement thermique afin dʼenlever les contaminants organiques. Ils ont constaté que le courant de fuite surfacique des alumines nettoyées chimiquement diminuait mais que dans le même temps le nombre de décharges disruptives de surface augmentait (figure 1.30.a et b). Ils ont attribué ces phénomènes respectivement à une faible conductivité de surface et à une augmentation du courant dʼémission secondaire (rapport du nombre total dʼélectrons émis sur le nombre dʼélectrons injectés).
FIGURE I.30 : Effet du nettoyage et de la métallisation sur les propriétés électriques des alumines [Darg99]
a) Courbes I=f(V) pour des alumines brutes (R), nettoyées chimiquement (C) et métallisées (M)
b) Courbes du nombre de décharges disruptives=f(V) pour des alumines brutes (R), nettoyées chimiquement (C) et métallisées (M)
! Les traitements chimiques sont également utilisés pour des traitements plus sévères tels que les attaques chimiques, qui sont nécessaires pour la réalisation de membranes dʼalumine poreuses [Stei02] ou pour dissoudre des membranes dʼalumines
dans le cadre dʼune élaboration dʼinterconnexion électrodéposées [Hung08].
! a) b) Tension (kV) Tension (kV) C o u ra n t (µ A) D é ch a rg e s d isru p ti ve s