EP0261296A1 - Apparatus for laser-enhanced metal electroplating - Google Patents

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EP0261296A1
EP0261296A1 EP86870135A EP86870135A EP0261296A1 EP 0261296 A1 EP0261296 A1 EP 0261296A1 EP 86870135 A EP86870135 A EP 86870135A EP 86870135 A EP86870135 A EP 86870135A EP 0261296 A1 EP0261296 A1 EP 0261296A1
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EP
European Patent Office
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capillary
electrolyte
laser radiation
laser
metals
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EP86870135A
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German (de)
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EP0261296B1 (en
Inventor
Alain Biernaux
Lucien Diego Laude
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LAUDE, LUCIEN DIEGO
Original Assignee
Laude Lucien Diego
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/02—Electroplating of selected surface areas
    • C25D5/024—Electroplating of selected surface areas using locally applied electromagnetic radiation, e.g. lasers

Definitions

  • the invention relates to an automated and flexible apparatus for electrolytic deposition of very high definition of metals. It comprises a capillary duct in which the electrolyte is injected and in the center of which is an optical fiber which channels the laser beam.
  • the assembly, electrolytic jet and laser beam encounter a stop surface on which the metal atoms are deposited.
  • the stopping surface can move in the three directions of space (x, y, z).
  • Displacement is performed using synchronous stepper motors, for example, whose speed can be varied along the three axes (x, y, z) and controlled by computer.
  • the apparatus for the point deposition of metals on solid substrates using laser radiation with or without an external electrical source is characterized by the use of a laser beam channeled in the heart of an optical fiber that one centers in a flexible capillary conduit. In it circulates the electrolyte containing in dissolution the metal to be deposited, which is thus projected on the substrate at the outlet of the capillary duct in the zone irradiated by the laser beam.
  • a second capillary containing the preceding capillary and its optical fiber collects by suction the liquid containing the non-deposited metal ions.
  • the laser radiation is split into several rays which are channeled into the heart of several optical fibers, each of them being centered in a flexible capillary conduit in which the electrolytic solution circulates, which is thus a) projected onto the substrate at the outlet of the capillary in the zone irradiated by the laser radiation and b) recovered by the second capillary enveloping the assembly formed by the injection capillary and the fiber contained therein.
  • the laser radiation is delivered by a continuous laser, for example of the Argon (Ar+) or Krypton (Kr+) type, depending on the type of material to be deposited.
  • the delivered power is between 102 W / cm2 and 106 W / cm2 at the point where the deposit is located.
  • the optical fiber channeling the laser beam is of a known type operating in monomode or multimode.
  • the useful part of the optical fiber also called the core of the optical fiber, channels the laser beam.
  • the diameter the core of the fiber is chosen according to the desired confinement (1 ⁇ m ⁇ 500 ⁇ m).
  • several separate deposits can be made simultaneously with the same laser source. To this end, the original laser beam is split according to a procedure described in US Pat. No.
  • flexible capillary conduit it comprises a pipe of inert material, for example Teflon®, outer diameter for example 1000 ⁇ m and inner diameter for example 500 ⁇ m, wherein is introduced an optical fiber outer diameter for example 125 ⁇ m.
  • inert material for example Teflon®
  • outer diameter for example 1000 ⁇ m
  • inner diameter for example 500 ⁇ m
  • optical fiber outer diameter for example 125 ⁇ m.
  • the choice of a flexible capillary results from the necessity of conducting the electrolytic solution preferentially over a zone of the target under a jet; area possibly difficult to access or out of direct sight of the radiation source, hence the flexibility of the equipment.
  • the electrolyte circulating in the flexible capillary conduit contains in solution the metal to be deposited.
  • the metals that can be deposited on a solid substrate let us mention by way of example Au, Cu, Ni, Pd, Ag, Cr, Zn,.
  • the electrolyte chosen is, for example, of the cyanide and sulfate type respectively. Any other type of electrolyte existing on the market can be chosen without departing from the scope of the present invention.
  • the choice of the electrolyte depends on the nature of the metal film that it is desired to manufacture.
  • the target or the propellant device comprising the chamber containing the liquid and the flexible capillary containing the optical fiber can be manipulated by computer.
  • Automation of the computer system includes: a) control of the electrolyte (ion concentration, acidity and temperature) by continuous sampling, b) automatic tracking of the deposit by programmed displacement of the target opposite the jet or the jet with respect to the target (if it is too large), c) control of the stability of the source of radiation by diode photoelectric.
  • This automation makes it possible to produce homogeneous deposits of constant thickness and pre-established geometry.
  • Ni++ nickel ions
  • a reducing substance for example (the hypophosphite Na: NaH2PO2) that brings electrons to the ion system following reactions (a) and (b).
  • the reducing substance then plays the same role as the external source of current in the method with electrical voltage described above:
  • the proposed system comprising suction capillary, injection capillary and optical fiber performs the same functions as the previous system (with current source), that is to say an apparatus which makes high-quality metal deposits quickly and accurately in hard-to-reach and multiple locations.
  • the advantages obtained by virtue of this invention consist in the combined use of the very great flexibility of the electrolytic propulsion system obtained by the use of a capillary duct and the very great maneuverability of the optical system thanks to the channeling of the laser beam in an optical fiber.
  • the inertia of the previous system is thus avoided.
  • the housing conttantn the electrolyte and the laser beam is here extremely manageable. It allows more and without further addition to write miniaturized and diversified metal tracks. In places difficult to access, its geometry makes it possible to miniaturize and mount it together with other identical housings on the same chassis.
  • the source of electrolyte and the source of radiation are conjugated at the end of the capillary, the deposition function can be performed in any place difficult to access, thanks to the flexibility of the capillary / fiber assembly .
  • a light beam (1) provided by a laser (2) is concentrated using an optical device (3) controlled in the three directions by a manipulator (4) controlled by a computer (5).
  • the concentrated beam is channeled via an optical fiber (6) inside the electrolysis cell (7).
  • the electrolytic liquid (8) containing the metals to be deposited is fed via a first pump (9) into the electrolysis cell (7).
  • the electrolysis cell (7) is composed of 3 parts.
  • a first part comprises a constant volume chamber (10) which makes it possible to obtain a constant flow of liquid.
  • a first circular electrode (11) provides electrical contact in the liquid and creates the ions necessary for the proper functioning of the electrolysis.
  • the second part consists of an electrolytic propulsion cone (12) used for shaping the jet.
  • capillary conduit (13) On this cone (12) two models of capillary duct can be fixed: a) capillary injection line (13) simple, b) a double capillary duct (33) which comprises an injection duct (13) and its fiber (6) itself contained in a second suction capillary conduit (32). Various sections (14) of capillary conduit (13) are available. It depends on the desired containment of the deposit.
  • the third part (15) ensures on the one hand the fixing of the optical fiber (6) to the electrolysis cell and on the other hand, it compresses an O-ring (16) which maintains the perfect seal of the whole system.
  • the jet (17), comprising the electrolytic liquid (8) and the laser beam (1), is stopped by the surface (18) on which to deposit the metal to be electrolyzed.
  • This surface (18) serves as a second electrode to close the electrical circuit.
  • the electric voltage supplied to the two electrodes (11) and (18) is delivered by a power supply (19).
  • the formation of metal tracks on the stop surface (18) is ensured by the displacement; either of this same surface (18) with respect to the jet (17); either by that of the electrolysis cell (7) with respect to the surface (18).
  • the displacement xy is obtained by a manipulator xyz (4) controlled by computer (5).
  • the laminar flow at the outlet of the flexible capillary duct (13) is obtained by the positioning (20) of the optical fiber (6) with respect to the end of the flexible capillary duct (13).
  • the domain (21) of the jet (17) in which the flow remains laminar until impact on the target (18) is controlled by a manipulator (4) along the z axis.
  • the electrolyte (8) or (29) is recovered according to two distinct schemes ( Figure 1 and Figure 5). One and the other depend on the geometry of the target (18) on which one wants to deposit metals.
  • Figure 1 the liquid (22) containing the non-deposited metal ions is collected in a tray (23).
  • a second pump (24) ensures the return of the liquid (22) at the origin.
  • the liquid (22) containing the non-deposited metal ions is recovered by suction via a second capillary duct (32) encasing the duct (13) containing the optical fiber ( 16). Suction is by the pump (24).
  • a valve system (25) and (26) makes it possible to switch the containers (27) and (28). While in one (27) are the metal ions, the second container (28) contains a cleaning solution (29). This cleaning solution (29) subsequently makes it possible to deposit other metals without the risk of contamination by means of the same apparatus.
  • a light beam (1) provided by a single laser (2) can be channeled into a plurality of fibers (30). It is thus possible to produce several identical or different deposits (in quality and / or in shape) simultaneously with the same laser source (2) by arranging several electrolysis stations (31) similar to the one previously described.

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Abstract

Un appareillage qui permet le dépôt électrolytique assisté par laser de métaux en circuit fermé est présenté. Ce dispositif comprend essentiellement un conduit capillaire souple (13) dans lequel l'électrolyte (8) est injecté et au centre duqeul se trouve une fibre optique (6) qui canalise le faisceau laser (1). Le conduit capillaire souple d'injection (13) peut lui-même être centré dans un second conduit d'aspiration (32) qui permet la récupération et le recyclage de l'électrolyte. La source d'électrolyte (8) et la source de rayonnement (1) étant conjugées à l'extrémité même du capillaire (13), la fonction de dépôt, peut être réalisée en tout endroit difficile d'accès, grâce à la fléxibilité de l'ensemble capillaire/fibre. De plus, plusieurs dépôts distincts peuvent être réalisés simultanément avec la même source laser (2) grâce à un réseau multifibres (30). L'invention est entièrement automatisable.Apparatus which allows laser assisted electrolytic deposition of metals in closed circuit is presented. This device essentially comprises a flexible capillary conduit (13) into which the electrolyte (8) is injected and in the center of the sole is an optical fiber (6) which channels the laser beam (1). The flexible capillary injection conduit (13) can itself be centered in a second suction conduit (32) which allows the recovery and recycling of the electrolyte. The electrolyte source (8) and the radiation source (1) being combined at the very end of the capillary (13), the deposition function can be carried out in any place difficult to access, thanks to the flexibility of the capillary / fiber assembly. In addition, several separate deposits can be made simultaneously with the same laser source (2) using a multi-fiber network (30). The invention can be fully automated.

Description

L'invention concerne un appareillage automatisable et flexible permettant le dépôt électrolytique à très haute définition de métaux. Il comprend un conduit capillaire dans lequel l'électrolyte est injecté et au centre duquel se trouve une fibre optique qui canalise le faisceau laser.The invention relates to an automated and flexible apparatus for electrolytic deposition of very high definition of metals. It comprises a capillary duct in which the electrolyte is injected and in the center of which is an optical fiber which channels the laser beam.

Les procédés classiques de déposition électrolytique sont limités en vitesse ( <1000 Å/sec) et en confinement (> mm²). Il est indispensable aujourd'hui de déposer vite (> µm/sec) et sur de très petites surface (quelques 10³ µm² par exemple) pour réaliser l'interconnection de cicuits intégrés. Vitesse et confinement peuvent être éventuellement améliorés en pratiquant de manière simultanée l'électrolyse assistée par laser d'une part et l'électrolyse sous jet d'autre part.Conventional electrolytic deposition processes are limited in speed (<1000 Å / sec) and confinement (> mm²). It is essential today to deposit quickly (> μm / sec) and on very small surface (some 10³ μm ² for example) to achieve the interconnection of integrated circuits. Speed and containment can be optionally improved by simultaneously practicing laser assisted electrolysis on the one hand and jet electrolysis on the other hand.

On connaît déjà aujourd'hui un système d'électrolyse assistée par laser accompagné d'un jet.
Dans ce système, un liquide électrolytique est comprimé dans un réservoir. Une ouverture pratiquée dans la paroi de ce dernier permet au liquide de s'échapper sous forme d'un jet. Dans l'axe de ce jet,le faisceau laser traverse la solution et suit le chemin parcouru par l'électrolyte.Already known today a laser assisted electrolysis system accompanied by a jet.
In this system, an electrolyte liquid is compressed in a tank. An opening in the wall of the latter allows the liquid to escape in the form of a jet. In the axis of this jet, the laser beam passes through the solution and follows the path traveled by the electrolyte.

L'ensemble, jet électrolytique et faisceau laser rencontre une surface d'arrêt sur laquelle se déposent les atomes métalliques.
La surface d'arrêt peut se déplacer dans les trois directions de l'espace (x,y,z).
Le déplacement s'effectue à l'aide de moteurs pas à pas synchrones, par exemple, dont la vitesse peut être variée suivant les trois axes (x,y,z) et commandé par ordinateur.The assembly, electrolytic jet and laser beam encounter a stop surface on which the metal atoms are deposited.
The stopping surface can move in the three directions of space (x, y, z).
Displacement is performed using synchronous stepper motors, for example, whose speed can be varied along the three axes (x, y, z) and controlled by computer.

Un tel système présente plusieurs inconvénients.

  • a) La qualité du dépôt (homogénéité de structure, adhérence au substrat, profil) dépend de la géometrie relative jet/faisceau laser. Le dépôt est polycristallin, très adhérent avec un profil fiable quand la canalisation du rayonnement est bien assurée dans l'écoulement. Ceci n'est le cas que lorsque ce dernier est laminaire. Or, il est impossible de contrôler cette caractéristique avec fiabilité en pratiquant une ouverture ponctuelle dans le réservoir contenant l'électrolyte.
    En général, l'écoulement est turbulent et l'impact du faisceau sur la cible s'en trouve perturbé. Il s'ensuit une instabilité dans les paramètres du dépôt : positionnement, linéarité dans le cas d'un traçage, constitution du matériau déposé et un manque de fiabilité dans le procédé. Ceci est d'autant plus critique dans le cas de dépôt ponctuel à très fort confinement ou de tracés linéaires de faible section en circuit fermé (exemple : fermeture d'une piste sur elle-même).
  • b) Le rayonnement étant partiellement absorbé par le bain électrolytique, l'indice optique de celui-ci se trouve modifié dans la zone traversée (qui est alors chauffée) par rapport au reste du liquide.
    En e uide froid et liquide chaud ont des densités atomiques différentes (et par conséquent des indices differents) ce qui est en partie compensé par des mouvements convectifs entre les parties chaudes et froides du liquide. Ces mouvements provoquent la diffusion du rayonnement laser et, par la suite, réduisent la densité d'énergie optique à l'impact du faisceau sur la cible.
  • c) Le système manque de fléxibité, il est en effet impossible de déposer des métaux dans des endroits hors de vue directe de la source de rayonnement.
  • d) Il est également impossible de réaliser plusieurs dépôts distincts simultanément avec la même source laser.
Such a system has several disadvantages.
  • a) The quality of the deposit (homogeneity of structure, adhesion to the substrate, profile) depends on the relative geometry jet / laser beam. The deposit is polycrystalline, very adherent with a reliable profile when the channel of the radiation is well ensured in the flow. This is the case only when the latter is laminar. However, it is impossible to control this feature reliably by making a punctiform opening in the tank containing the electrolyte.
    In general, the flow is turbulent and the impact of the beam on the target is disturbed. This results in instability in the deposition parameters: positioning, linearity in the case of a tracing, constitution of the deposited material and a lack of reliability in the process. This is all the more critical in the case of punctual deposition with very strong confinement or linear tracings of small section in closed circuit (example: closing a track on itself).
  • b) The radiation being partially absorbed by the electrolytic bath, the optical index thereof is modified in the traversed zone (which is then heated) relative to the rest of the liquid.
    In cold and hot liquid medium have different atomic densities (and therefore different indices) which is partly compensated by convective motions between the hot and cold parts of the liquid. These movements cause the scattering of the laser radiation and, subsequently, reduce the optical energy density at the impact of the beam on the target.
  • c) The system lacks flexibility because it is impossible to deposit metals in places out of direct sight of the radiation source.
  • d) It is also impossible to make several separate depots simultaneously with the same laser source.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvenients. L'invention, telle qu'elle est caractérisée dans les revendications résout le problème consistant à créer un appareillage permettant de réaliser des dépôts métalliques d'excellente qualité de manière rapide et précise dans des endroits difficiles d'accès et de manière multiple. Suivant la présente invention, l'appareillage pour le dépôt ponctuel de métaux sur des substrats solides à l'aide de rayonnement laser avec ou sans source extérieure électrique est caractérisé par l'utilisation d'un rayonnemnt laser canalisé au coeur d'une fibre optique que l'on centre dans un conduit capillaire souple. Dans celui-ci circule l'électrolyte contenant en dissolution le métal à déposer, qui est ainsi projeté sur le substrat à la sortie du conduit capillaire dans la zone irradiée par le rayonnemnt laser. Un second capillaire contenant le précédent capillaire et sa fibre optique recueille par aspiration le liquide contenant les ions métalliques non déposés. De par ce procédé, seule la zone irradiée est soumise à l'action du bain électrolytique et il n'y a pas d'écoulement de liquide en dehors du point d'impact du jet.
Suivante une variante de l'invention, le rayonnement laser est scindé en plusieurs rayons qui sont canalisés au coeur de plusieurs fibres optiques, chacune d'elles étant centrée dans un conduit capillaire souple dans lequel circule la solution électrolytique qui est ainsi a) projetée sur le substrat à la sortie du capillaire dans la zone irradiée par le rayonnement laser et b) récupérée par le second capillaire enveloppant l'ensemble formé par le capillaire d'injection et la fibre y contenu .
Le rayonnement laser est délivré par un laser continu, par exemple de type Argon (Ar⁺) ou Krypton (Kr⁺) suivant le type de matériau à déposer. La puissance délivrée se situe entre 10² W/cm² et 10⁶ W/cm² au point où se situe le dépôt. La fibre optique canalisant le faisceau laser est d'un type connu fonctionnant en monomode ou en multimode. La partie utile de la fibre optique, appelée aussi coeur de la fibre optique, canalise le faisceau laser. Le diamètre du coeur de la fibre est choisi en fonction du confinement voulu (1 µm →500 µm). D'autre part, plusieurs dépôts distincts peuvent être réalisés simultanément avec la même source laser. A cette fin, le faisceau laser d'origine est scindé suivant une procédure décrite dans le brevet US 4.469.551, en plusieurs faisceaux, chacun est canalisé par une fibre jusqu'à la zone de travail.
Par conduit capillaire souple, on comprend une canalisation en matériau inerte, par exemple en Téflon®, de diamètre extérieure par exemple 1000µm et de diamètre interieure par exemple 500µm, dans laquelle est introduite une fibre optique de diamètre extérieure par exemple 125µm. Le choix d'un capillaire souple résulte de la nécessité de conduire la solution électrolytique préférentiellement sur une zone de la cible sous une jet; zone éventuellement difficile d'accès ou hors de vue directe de la source de rayonnement, d'où la souplesse de l'appareillage. L'électrolyte circulant dans le conduit capillaire souple contient en solution le métal à déposer. Parmi les métaux susceptibles d'être déposés sur un substrat solide, citons à titre d'exemple Au, Cu, Ni, Pd, Ag, Cr, Zn,... . Dans le cas de par exemple Au, Cu,.., l 'électrolyte choisi est par exemple du type respectivement cyanure et sulfate. Tout autre type d'électrolyte existant sur le marché peut être choisi sans sortir du cadre de la présente invention. Le choix de l'électrolyte dépend de la nature du film métallique que l'on souhaite fabriquer.
Suivant une variante de l'appareillage, la cible ou le dispositif propulseur comprenant la chambre contenant le liquide et le capillaire souple contenant la fibre optique peut être manipulé par ordinateur. L'automatisation du système par ordinateur comprend : a) le contrôle de l'électrolyte (concentration des ions, acidité et température) par prélèvement continu, b)le tracé automatique du dépôt par déplacement programmé de la cible en regard du jet ou du jet par rapport à la cible (si celle-ci est de volume trop important), c) le contrôle de la stabilité de la source de rayonnemnt par diode photoélectrique. Cette automatisation permet de réaliser des dépôts homogènes, d'épaisseur constante et de géometrie pré-établie.
Selon une autre variante de l'invention et sans changer les éléments de l'appareillage décrit précédemment, il est possible de déposer des métaux à partir d'une solution électrolytique sans source extérieure de courant (méthode "electroless"). Suivant l'état des connaissances établies dans ce domaine, les dépôts peuvent se développer suivant deux modes chimiques distincts.The present invention aims to remedy these drawbacks. The invention, as characterized in the claims, solves the problem of creating an apparatus for making high quality metal deposits quickly and accurately in hard-to-reach and multiple locations. According to the present invention, the apparatus for the point deposition of metals on solid substrates using laser radiation with or without an external electrical source is characterized by the use of a laser beam channeled in the heart of an optical fiber that one centers in a flexible capillary conduit. In it circulates the electrolyte containing in dissolution the metal to be deposited, which is thus projected on the substrate at the outlet of the capillary duct in the zone irradiated by the laser beam. A second capillary containing the preceding capillary and its optical fiber collects by suction the liquid containing the non-deposited metal ions. By this method, only the irradiated zone is subjected to the action of the electrolytic bath and there is no liquid flow outside the point of impact of the jet.
Next a variant of the invention, the laser radiation is split into several rays which are channeled into the heart of several optical fibers, each of them being centered in a flexible capillary conduit in which the electrolytic solution circulates, which is thus a) projected onto the substrate at the outlet of the capillary in the zone irradiated by the laser radiation and b) recovered by the second capillary enveloping the assembly formed by the injection capillary and the fiber contained therein.
The laser radiation is delivered by a continuous laser, for example of the Argon (Ar⁺) or Krypton (Kr⁺) type, depending on the type of material to be deposited. The delivered power is between 10² W / cm² and 10⁶ W / cm² at the point where the deposit is located. The optical fiber channeling the laser beam is of a known type operating in monomode or multimode. The useful part of the optical fiber, also called the core of the optical fiber, channels the laser beam. The diameter the core of the fiber is chosen according to the desired confinement (1 μm → 500 μm). On the other hand, several separate deposits can be made simultaneously with the same laser source. To this end, the original laser beam is split according to a procedure described in US Pat. No. 4,469,551, in several bundles, each is channeled by a fiber to the working zone.
By flexible capillary conduit, it comprises a pipe of inert material, for example Teflon®, outer diameter for example 1000μm and inner diameter for example 500μm, wherein is introduced an optical fiber outer diameter for example 125μm. The choice of a flexible capillary results from the necessity of conducting the electrolytic solution preferentially over a zone of the target under a jet; area possibly difficult to access or out of direct sight of the radiation source, hence the flexibility of the equipment. The electrolyte circulating in the flexible capillary conduit contains in solution the metal to be deposited. Among the metals that can be deposited on a solid substrate, let us mention by way of example Au, Cu, Ni, Pd, Ag, Cr, Zn,. In the case of, for example, Au, Cu,..., The electrolyte chosen is, for example, of the cyanide and sulfate type respectively. Any other type of electrolyte existing on the market can be chosen without departing from the scope of the present invention. The choice of the electrolyte depends on the nature of the metal film that it is desired to manufacture.
According to a variant of the apparatus, the target or the propellant device comprising the chamber containing the liquid and the flexible capillary containing the optical fiber can be manipulated by computer. Automation of the computer system includes: a) control of the electrolyte (ion concentration, acidity and temperature) by continuous sampling, b) automatic tracking of the deposit by programmed displacement of the target opposite the jet or the jet with respect to the target (if it is too large), c) control of the stability of the source of radiation by diode photoelectric. This automation makes it possible to produce homogeneous deposits of constant thickness and pre-established geometry.
According to another variant of the invention and without changing the elements of the apparatus described above, it is possible to deposit metals from an electrolytic solution without external current source ("electroless" method). According to the state of knowledge established in this field, the deposits can develop according to two distinct chemical modes.

a) Dépôt par immersion a) Immersion depot

Par projection, à travers un conduit capillaire, d'un électrolyte contenant des ions métalliques plus nobles par example : le sulfate de cuivre (CuSO₄), sur un substrate métallique moins noble par exemple le fer (Fe) il se produit un réaction d'échange, par exemple :
Cu⁺⁺ + Fe → Fe ⁺⁺ + Cu
entraînant le dépôt du métal initialement dans la solution sur le substrat solide.By projection, through a capillary conduit, of an electrolyte containing more noble metal ions, for example: copper sulphate (CuSO₄), on a less noble metal substrate, for example iron (Fe), a reaction occurs. exchange, for example:
Cu⁺⁺ + Fe → Fe ⁺⁺ + Cu
causing the deposition of the metal initially in the solution on the solid substrate.

b) Dépôt catalytique b) Catalytic deposit

Conjointement à la solution contenant les ions métalliques par exemple des ions Nickel (Ni⁺⁺) à déposer, on ajoute dans celle-ci une substance réductrice par exemple (l'hypophosphite de Na : NaH₂PO₂) que apporte des électrons au système d'ions suivant les réactions (a) et (b). La substance réductrice joue alors le même rôle que la source extérieure de courant dans le procédé avec tension électrique décrit précédemment:

Figure imgb0001
In conjunction with the solution containing the metal ions, for example nickel ions (Ni⁺⁺) to be deposited, there is added in it a reducing substance for example (the hypophosphite Na: NaH₂PO₂) that brings electrons to the ion system following reactions (a) and (b). The reducing substance then plays the same role as the external source of current in the method with electrical voltage described above:
Figure imgb0001

Dans le cas d'un substrat de type non catalytique,(citons à titre d'exemple les plastiques ou les céramiques), il faut préalablement activer la surface par des substances comme par exemple le PdCl₂ et le SnCl₂ . Dans les deux modes cités plus haut, le système proposé comprenant capillaire d'aspiration, capillaire d'injection et fibre optique, remplit les mêmes fonctions que le système précédent (avec source de courant), c'est-à-dire un appareillage qui réalise des dépôts métalliques d'excellent qualité, de manière rapide et précise dans des endroits difficiles d'accès et de manière multiple.In the case of a non-catalytic type substrate (for example plastics or ceramics), must first activate the surface with substances such as PdCl₂ and SnCl₂. In the two modes mentioned above, the proposed system comprising suction capillary, injection capillary and optical fiber performs the same functions as the previous system (with current source), that is to say an apparatus which makes high-quality metal deposits quickly and accurately in hard-to-reach and multiple locations.

Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent en l'utilisation conjuguée de la très grande flexibité du système de propulstion électrolytique obtenue par l'utilisation d'un conduit capillaire et de la très grande maniabilité du système optique grâce à la canalisation du faisceau laser dans une fibre optique. L'inertie du précédent système est ainsi évitée. En effet, le boîtier conteantn l'électrolyte et le faisceau laser est ici extrêment maniable. Il permet de plus et sans autre adjonction d'écrire des pistes métalliques miniaturisées et diversifiées. Dans des endroits difficiles d'accès, sa géométrie permet de la miniaturiser et de le monter conjointement avec d'autres boîtiers indentiques sur un même chassis.
Enfin, la source d'électrolyte et la source de rayonnement étant conjuguées à l'extrémité-même du capillaire, la fonction de dépôt peut-être réalisée en tout endroit difficile d'accès, grâce à la flexibilité de l'ensemble capillaire/fibre.The advantages obtained by virtue of this invention consist in the combined use of the very great flexibility of the electrolytic propulsion system obtained by the use of a capillary duct and the very great maneuverability of the optical system thanks to the channeling of the laser beam in an optical fiber. The inertia of the previous system is thus avoided. Indeed, the housing conttantn the electrolyte and the laser beam is here extremely manageable. It allows more and without further addition to write miniaturized and diversified metal tracks. In places difficult to access, its geometry makes it possible to miniaturize and mount it together with other identical housings on the same chassis.
Finally, since the source of electrolyte and the source of radiation are conjugated at the end of the capillary, the deposition function can be performed in any place difficult to access, thanks to the flexibility of the capillary / fiber assembly .

L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures 1,2,3,4,5,6.

  • Les figures 1 et 5 représentent le schéma général de l'appareillage conformément à la présente invention.
  • Les figures 2, 3 et 6 représentent respectivement la cellule électrolytique, le positionnemnt de la fibre dans le capillaire d'injection, le capillaire d'aspiration.
  • La figure 4 montre comment l'appareillage peut s'intégrer dans un système à multifibres.
The invention is described below in more detail with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6.
  • Figures 1 and 5 show the general diagram of the apparatus according to the present invention.
  • Figures 2, 3 and 6 show respectively the electrolytic cell, the positionnemnt of the fiber in the injection capillary, the suction capillary.
  • Figure 4 shows how the equipment can be integrated in a multifibre system.

Un faisceau de lumière (1) fournit par un laser (2) est concentré à l'aide d'un dispositif optique (3) piloté dans les trois directions par un manipulateur (4) commandé par un ordinateur (5). Le faisceau concentré est canalisé par l'intermédiaire d'une fibre optique (6) à l'intérieur de la cellule d'électrolyse (7). Le liquide électrolytique (8), contenant les métaux à déposer est amené par l'intermédiaire d'une première pompe (9) dans la cellule d'électrolyse (7). La cellule d'électrolyse (7) est composée de 3 parties. Une première partie comprend une chambre (10) à volume constant qui permet d'obtenir, un débit constant de liquide. D'autre part, une première électrode circulaire (11) assure le contact électrique dans le liquide et crée les ions nécessaires au bon fonctionnement de l'électrolyse. La second partie consiste en un cône de propulsion électrolytique (12) servant pour la mise en forme du jet. Sur ce cône (12) deux modèles de conduit capillaire peuvent venir se fixer: a) conduit capillaire d'injection (13) simple, b) un double conduit capillaire (33) qui comprend un conduit d'injection (13) et sa fibre (6) lui même contenu dans un second conduit capillaire d'aspiration (32). Différentes sections (14) de conduit capillaire (13) sont disponibles. Cela dépend du confinement voulu du dépôt. La troisième partie (15) assure d'une part la fixation de la fibre optique (6) à la cellule d'électrolyse et d'autre part, elle permet de comprimer un joint torique (16) qui maintient la parfaite étanchéité de l'ensemble du système.
Le jet (17), comprenant le liquide électrolytique (8) et le faisceau laser (1),est arrêté par la surface (18) sur laquelle se déposer le métal à électrolyser. Cette surface (18) sert de seconde électrode pour refermer le circuit électrique. La tension électrique fournie aux deux électrodes (11) et (18) est délivrée par une alimentation (19).
La formation de pistes métalliques sur la surface d'arrêt (18) est assurée par le déplacement; soit de cette même surface (18) par rapport au jet (17); soit par celui de la cellule d'électrolyse (7) par rapport à la surface (18). Le déplacement x-y est obtenu par un manipulateur x-y-z (4) commandé par ordinateur (5). L'écoulement laminaire à la sortie du conduit capillaire souple (13) est obtenu par le positionnement (20) de la fibre optique (6) par rapport à l'extrêmité du conduit capillaire souple (13) . De même, le domaine (21) du jet (17) dans lequel l'écoulement reste laminaire jusqu'à l'impact sur la cible (18) est contrôlé par un manipulateur (4) suivant l'axe z. Après impact sur la cible (18) l'électrolyte (8) ou (29) est récupéré selon deux schemas distincts (figure 1 et figure 5). L'un et l'autre dépendent de la géométrie de la cible (18) sur laquelle on veut déposer des métaux. Dans un premier cas (figure 1), le liquide (22) contenant les ions métalliques non déposés est recueilli dans un bac (23). Une second pompe (24) assure le retour du liquide (22) à l'origine. Dans une second situation , figure 5 et figure 6, le liquide (22) contenant les ions métalliques non déposés est récupéré par aspiration par l'intermédiaire d'un second conduit capillaire (32) enrobant le conduit (13) contenant la fibre optique (16). L'aspiration s'effectue par la pompe (24). Un système de vannes (25) et (26) permet de commuter les récipients (27) et (28). Alors que dans l'un (27), se trouvent les ions métalliques, le second récipient (28) contient une solution de nettoyage (29). Cette solution de nettoyage (29) permet par la suite de déposer à l'aide du même appa reillage d'autres métaux sans risque de contamination.A light beam (1) provided by a laser (2) is concentrated using an optical device (3) controlled in the three directions by a manipulator (4) controlled by a computer (5). The concentrated beam is channeled via an optical fiber (6) inside the electrolysis cell (7). The electrolytic liquid (8) containing the metals to be deposited is fed via a first pump (9) into the electrolysis cell (7). The electrolysis cell (7) is composed of 3 parts. A first part comprises a constant volume chamber (10) which makes it possible to obtain a constant flow of liquid. On the other hand, a first circular electrode (11) provides electrical contact in the liquid and creates the ions necessary for the proper functioning of the electrolysis. The second part consists of an electrolytic propulsion cone (12) used for shaping the jet. On this cone (12) two models of capillary duct can be fixed: a) capillary injection line (13) simple, b) a double capillary duct (33) which comprises an injection duct (13) and its fiber (6) itself contained in a second suction capillary conduit (32). Various sections (14) of capillary conduit (13) are available. It depends on the desired containment of the deposit. The third part (15) ensures on the one hand the fixing of the optical fiber (6) to the electrolysis cell and on the other hand, it compresses an O-ring (16) which maintains the perfect seal of the whole system.
The jet (17), comprising the electrolytic liquid (8) and the laser beam (1), is stopped by the surface (18) on which to deposit the metal to be electrolyzed. This surface (18) serves as a second electrode to close the electrical circuit. The electric voltage supplied to the two electrodes (11) and (18) is delivered by a power supply (19).
The formation of metal tracks on the stop surface (18) is ensured by the displacement; either of this same surface (18) with respect to the jet (17); either by that of the electrolysis cell (7) with respect to the surface (18). The displacement xy is obtained by a manipulator xyz (4) controlled by computer (5). The laminar flow at the outlet of the flexible capillary duct (13) is obtained by the positioning (20) of the optical fiber (6) with respect to the end of the flexible capillary duct (13). Similarly, the domain (21) of the jet (17) in which the flow remains laminar until impact on the target (18) is controlled by a manipulator (4) along the z axis. After impact on the target (18) the electrolyte (8) or (29) is recovered according to two distinct schemes (Figure 1 and Figure 5). One and the other depend on the geometry of the target (18) on which one wants to deposit metals. In a first case (Figure 1), the liquid (22) containing the non-deposited metal ions is collected in a tray (23). A second pump (24) ensures the return of the liquid (22) at the origin. In a second situation, FIG. 5 and FIG. 6, the liquid (22) containing the non-deposited metal ions is recovered by suction via a second capillary duct (32) encasing the duct (13) containing the optical fiber ( 16). Suction is by the pump (24). A valve system (25) and (26) makes it possible to switch the containers (27) and (28). While in one (27) are the metal ions, the second container (28) contains a cleaning solution (29). This cleaning solution (29) subsequently makes it possible to deposit other metals without the risk of contamination by means of the same apparatus.

Grâce à un réseau multifibre (30) semblable à celui développé par L.D. Laude dans son brevet US 4469551, un faisceau de lumière (1) fourni par un seul laser (2) peut être canalisé dans plusieurs fibres (30). Il est ainsi possible de réaliser plusieurs dépôts identiques ou différents (en qualité et/ou en forme) simultanément avec la même source laser (2) en disposant plusieurs postes d'électrolyse (31) semblables à celui décrit précédement. Thanks to a multifibre network (30) similar to that developed by L.D. Laude in its patent US 4469551, a light beam (1) provided by a single laser (2) can be channeled into a plurality of fibers (30). It is thus possible to produce several identical or different deposits (in quality and / or in shape) simultaneously with the same laser source (2) by arranging several electrolysis stations (31) similar to the one previously described.

Claims (4)

1) Appareillage pour le dépôt électrolytique ponctuel de métaux sur des substrats solides (18) à l'aide de rayonnement laser (2) avec ou sans source extérieure (19) électrique, caractérisé par l'utilisation d'un rayonnement laser (2) canalisé au coeur d'une fibre optique (6) que l'on centre dans un concuit capillaire souple (13). Dans celui-ci circule l'electrolyte, contenant en dissolution le métal à déposer, qui est ainsi projeté sur le substrat (18) à la sortie du conduit capillaire (13) dans la zone irradiée par le rayonnement laser (2).1) Apparatus for the spot electroplating of metals on solid substrates (18) with the aid of laser radiation (2) with or without an external source (19) electrical, characterized by the use of laser radiation (2) channeled into the heart of an optical fiber (6) which is centered in a flexible capillary (13). In it circulates the electrolyte, containing in dissolution the metal to be deposited, which is thus projected on the substrate (18) at the outlet of the capillary duct (13) in the zone irradiated by the laser radiation (2). 2) Appareillage pour le dépôt électrolytique de métaux sur des substrats solides (18) à l'aide de rayonnement laser (2) avec ou sans source extérieure électrique (19) suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, après son impact sur le substrat (18), l'électrolyte (8) ou (29) est dans un premier temps recupéré par l'intermédiaire d'un second conduit capillaire (32) enrobant le conduit capillaire (13) contenant la fibre optique (6), le conduit capillaire (32) apsirant l'électrolyte (8) ou (29) projeté après impact sur la cible (18). Dans un deuxième temps, l'électrolyte (8) et (29) est recyclé.2) Apparatus for the electrolytic deposition of metals on solid substrates (18) by means of laser radiation (2) with or without an external electrical source (19) according to Claim 1, characterized in that after its impact on the substrate (18), the electrolyte (8) or (29) is initially recovered by means of a second capillary duct (32) encapsulating the capillary duct (13) containing the optical fiber (6), the capillary duct (32) extending the electrolyte (8) or (29) projected after impact on the target (18). In a second step, the electrolyte (8) and (29) is recycled. 3) Appareillage pour le dépôt électrolytique de métaux sur des substrats solides (18) à l'aide de rayonnement laser (2) avec ou sans source extérieure électrique (19) suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le rayonnement laser (2) est scindé en plusieurs rayons qui sont canalisés au coeur de plusieurs fibres optiques (30), chacune d'elles étant centrée dans un conduit capillaire souple (13) dans lequel circule la solution électrolyte qui est ainsi projétée sur le substrat (18) à la sortie du conduit capillaire souple (13) dans la zone irradiée par le rayonnement laser (2). L'electrolyte (8) ou (29) est récupéré par un conduit capillaire aspirant (32).3) Apparatus for the electrolytic deposition of metals on solid substrates (18) by means of laser radiation (2) with or without an external electrical source (19) according to Claims 1 and 2, characterized in that the laser radiation (2 ) is split into several radii which are channeled into the core of a plurality of optical fibers (30), each of which is centered in a flexible capillary conduit (13) in which the electrolyte solution, which is thus projected on the substrate (18), is circulated. the exit of the flexible capillary duct (13) in the area irradiated by the laser radiation (2). The electrolyte (8) or (29) is recovered by a suction capillary conduit (32). 4) Appareillage pour le dépôt électrolytique de métaux sur des substrats solides (18) à l'aide de rayonnement laser (2) avec ou sans source électrique extérieure (19) suivant les revendications 1,2, et 3 caractérisé en ce que la cible (18) ou le dispositif propulseur comprenant la chambre (10) contenant le liquide (8) et le capillaire souple (13) contenant la fibre optique (6) et le conduit capillaire aspirant (32) peuvent être manipulés par l'ordinateur (5).4) Apparatus for the electrolytic deposition of metals on solid substrates (18) using laser radiation (2) with or without an external electrical source (19) according to claims 1,2, and 3 characterized in that the target (18) or the propellant comprising the chamber (10) containing the liquid (8) and the flexible capillary (13) containing the optical fiber (6) and the suction capillary duct (32) can be manipulated by the computer (5). ).
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