Bonsoir à vous

Depuis quelque temps, je me lance dans la réalisation de PCB maison et si possible sans avoir à investir dans des machines infernales qui coûtent une blinde.

Voici où j'en suis : J'arrive à insoler, développer et graver mes cartes simple et double face avec un peu de chimie maison trouvée sur le web et j'ai également de quoi faire les soldermask.

Pour mon premier jet, j'ai essayé de réaliser une carte double face. Pour faire communiquer les deux faces - que ce soit pour les vias ou les pads - il est du coup nécessaire de métalliser les trous (sans quoi, la soudure prend difficilement à l'intérieur du trou et les deux faces ne sont pas nécessairement soudées, ce qui n'est, bien sûr, pas bon).

J'ai farfouillé le web à la recherche d'une solution.

Prélude

Avant d'entrer dans le vif du sujet, un principe de base sur la métallisation des PCB. Ca se déroule en 2 phases. La première, dite d'activation, consiste à appliquer un activateur à l'intérieur des trous. Cet activateur va servir soit à rendre les trous conducteur si on pratique un platinage par électrolyse, soit à "accrocher" un agent réducteur si on pratique un platinage chimique. La seconde phase consiste bien sûr à réaliser le dépôt métallique sur les zones activées.

Les solutions

La première qu'on trouve, la plus répandue (et bien couverte par de multiples tuto-vidéos), consiste à faire un activation de la carte avec - au choix - une encre à graphite ou un mélange à base de sulfate de cuivre que l'on viendra ensuite faire sécher. Le premier laissera donc une couche de graphite et le second, une couche de cuivre. Par la suite, on utilise un bain de sulfate de cuivre (pour un platinage au cuivre) et, par électrolyse, on attend que le cuivre se dépose sur toutes les zones conductrice de la carte.

Une seconde que j'ai vu, beaucoup moins bien traitée, consiste à faire une activation de la carte avec du "sodium hypophosphite" (je sais pas comment ça se traduit en Français), que l'on trouve très facilement pour pas trop cher sur le web et par la suite, on vient utiliser une solution à base de sulfate de nickel pour faire un platinage au nickel (je suppose que ça fonctionnerait pareil avec du sulfate de cuivre si on préfère un platinage cuivré, mais bon...ce que j'ai trouvé en platinage auto-catalysé utilisait toujours une solution nickelée).

Mon problème

Entre les deux solutions...Je préfèrerais utiliser la seconde solution, pour plusieurs raisons :

• Par commodité, j'ai rôdé mon process de gravure en utilisant des cartes pré-sensibilisées. Or, la métallisation par électrolyse impose de percer les trous dans une carte cuivrée non sensibilisée afin de pouvoir se servir des surfaces cuivrées de la carte comme électrode. D'une part, je n'ai pas de fraiseuse numérique me permettant de percer des trous à l'aveugle dans une carte vierge et d'autre part, vu que j'aimerais graver ma carte avant la métallisation des trous, je ne pourrais plus me servir des surfaces cuivrées comme electrode.
• Le platinage au nickel offre une meilleure résistance à la corrosion.
• Je trouve ça plus chouette . Les trous métallisés couleur cuivre, c'est déjà chouette, mais les trous métallisés au nickel, ça a plus de gueule je trouve .

Sauf que pour une métallisation au nickel, sans électrolyse, on ne trouve plus personne sur le web (a part quelque documents qui explique les raisons ou les produits utilisés, mais jamais de procédure). Je suppose qu'il y aurait une phase de chauffage à un moment pour "fixer" l'agent réducteur à l'intérieur des trous, mais n'en sachant rien...je me vois mal acheter des réactifs chimique sans savoir où je vais.

Du coup, n'étant pas chimiste de formation, je ne sais pas du tout ce qu'il faut faire pour utiliser l'agent réducteur (le sodium hypophosphite), pas plus que la marche à suivre pour faire en sorte que la solution nickelée réagisse bien avec l'agent réducteur pour métalliser mes trous.

Est-ce que, dans l'assemblée de chimiste d'OC, se trouverait quelqu'un qui saurait m'expliquer comment faire réagir tout ce bazard ensemble pour réaliser un platinage au nickel auto-catalysé?

Merciiii

Note A : Je ne sais pas du tout si ce post a plus sa place dans la section chimie ou dans la section électronique...

Note B : Certains termes employés ici sont des termes anglais traduit sur le tas. Je ne suis pas sûr que "auto-catalysé" ou "platinage" existe vraiment en Français .

Note C : J'ai vu que caswellplating.com vend des "kit de platinage au nickel" comprenant tout le nécessaire chimique et les outils pour quelques 170$...Sauf que les démos d'utilisation de ces kits ne montre que des platinages d'éléments déjà métallique, du coup, je suppose que l'agent réducteur est complètement différent et je ne suis pas sûr qu'il convienne à ce que je cherche à faire.

Note D : Les infos contenues dans ce post ne sont pas nécessairement juste, vu que je cherche encore comment fonctionnent les différentes techniques de métallisation. Je continue mes recherches et mes lectures web sur le sujet. Si vous avez des corrections à apporter, n'hésitez pas

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Edité par Nisnor 30 novembre 2015 à 23:52:35

Je me permet de rester très general histoire que déjà tu puisse faire le lien entre la chimie et ce que tu sais de tes besoins. Je ne repond donc pas à la question car pour le moment, c'est très flou pour moi (en gros ça me demanderait de faire des recherches à ce sujet, et je ne suis pas du tout un expert, donc j'vais tacher de te donner le vocabulaire de chimiste) tu nous fais un petit upDate/topo sur ce que tu penses, et cela re-engagera la discussion ?

Catalyseur : Ce dit d'un produit chimique (dans un sens très vaste) qui améliore le rendement d'une réaction, sans pour autant que ce dit catalyseur ne soit transformé/altéré à la fin de la réaction. En un peu plus claire, un catalyseur c'est une espèce que tu met en solution, et que tu peux récupérer à la fin, puisqu'elle n'est pas consommé. Si tu n'as rien de tel, le terme "auto-catalysé" me semble être un abus de langage...

Oxydoréduction : Est un type de réaction chimique durant laquelle des électrons +/- libres sont échangés (c'est vulgarisé hein). Par exemple le Fer, au contact de l'eau va se faire oxyder (processus de formation de la rouille) lorsqu'il est en contact avec l'oxygène (et l'eau). L'étape inverse s'appelle la réduction. On peut imaginer une solution d'oxyde de fer (la rouille) à laquelle nous imposerions un courant et nous retrouverions notre Fer à l'état métallique.

Oxydant : Ce dit de l'espèce, dans une réaction d'oxydoreduction, qui a le potentiel standard le plus élevé. C'est l'espèce qui va voler les électrons à l'autre espèce.

Réducteur : C'est le composé qui va donner/se faire arracher ses électrons.

Si j'ai bien compris, ici tu as l'Hypophosphite de sodium (NaH2PO2) qui va s'oxyder en phosphite (NaH2PO3). E = -0.5 V (la valeur négative montre que c'est une molécule qui a tendance à s'oxyder vite). Et l'oxydant sera ton sel de Nickel (sulfate de nickel dans ton cas). Le nickel a un E = -0,25 V. Ce qui n'est pas top-top en terme de réactivité.

Cette méthode emploi donc un Réducteur en solution, qui donnera des électrons au Nickel. Dans la première méthode (que tu traite) l'épaisseur de la couche de Nickel que tu pourrais former serait trop faible, et risquerait de se désagréger. (Dans ce cas là, ce serait le métal déjà présent sur la plaque qui devrait céder les électrons à l'ion Nickel (issu de ton sulfate de nickel)).

Voilà pour ce que j'ai compris. Après pour ce qui est du travail manipulatoire, j'trouve ça dure de juger efficacement...Je laisse mes collègues revoir ça, et te laisse le soin de me dire si il y a des choses que tu ne comprend pas.

Note : je crois que si on chauffe trop fort notre cher hypophosphite (j'imainge à l'état solide) ça produit de la phosphine donc faudrait faire attention au stockage etc. Bien sur j'imagine que tu comptes utiliser une solution de ce sel.

Merci bien pour ces explications et pour le lien

"Si j'ai bien compris, ici tu as l'Hypophosphite de sodium (NaH2PO2) qui va s'oxyder en phosphite (NaH2PO3)"

Tout à fait. A travers mes différents lectures, j'ai vu que le dépôt de nickel peut prendre plusieurs grades en fonction des caractéristiques que l'on veut donner et globalement, ça se divise en 3 familles (low, medium et high phosphorus).

"E = -0.5 V (la valeur négative montre que c'est une molécule qui a tendance à s'oxyder vite). Et l'oxydant sera ton sel de Nickel (sulfate de nickel dans ton cas). Le nickel a un E = -0,25 V. Ce qui n'est pas top-top en terme de réactivité."

Par rapport à ça, je ne comprends pas trop comment savoir qui va bien avec qui. Là, de ce que tu me dis, le Nickel et le sodium hypophosphite, c'est pas royal. Pourtant une doc indiquant ce process dit que parmi les agents réducteurs utilisés, le sodium hypophosphite est utilisé dans 99% des cas . Il me manque surement une info à ce niveau, probablement un élément dans le pré-traitement de la carte pour faire en sorte que ça dépose mieux.

Dans le cas d'un dépôt de cuivre, en rendant conducteur les zones non-conductrices, si j'ai bien capté, vu qu'on applique un courant électrique, on se contente de réduire du sulfate de cuivre de Cu3+ en Cu2+ au niveau de l'anode (représentée par la carte electronique du coup) du bain de cuivre?

"je crois que si on chauffe trop fort notre cher hypophosphite (j'imainge à l'état solide) ça produit de la phosphine donc faudrait faire attention au stockage etc. Bien sur j'imagine que tu comptes utiliser une solution de ce sel."

Tout à fait. Ca fait parti des points qu'il faut que j'éclaircisse : Le sodium hypophosphite fait office de réducteur, ok, mais comment est-il appliqué sur la carte? Car s'il reste sous forme de solution, j'imagine que la solution va partir quand on plongera la carte dans le bain de sulfate de nickel. Probablement faut-il partir d'une solution et faire sécher?!? Je ne sais pas encore.

Pour conclure, dans l'absolu donc, si j'utilise une solution de sodium hypophosphite et que j'y apporte du sulfate de nickel, mon mélange finira par précipiter en formant un solide de "phosphine de nickel"?

Autre question : Le fait que les potentiels standard des réactifs soient pas terrible, ça implique juste que la réaction sera beaucoup plus lente pour obtenir un dépot important?

Nisnor a écrit:

Par rapport à ça, je ne comprends pas trop comment savoir qui va bien avec qui. Là, de ce que tu me dis, le Nickel et le sodium hypophosphite, c'est pas royal. Pourtant une doc indiquant ce process dit que parmi les agents réducteurs utilisés, le sodium hypophosphite est utilisé dans 99% des cas . Il me manque surement une info à ce niveau, probablement un élément dans le pré-traitement de la carte pour faire en sorte que ça dépose mieux.

Dans le cas d'un dépôt de cuivre, en rendant conducteur les zones non-conductrices, si j'ai bien capté, vu qu'on applique un courant électrique, on se contente de réduire du sulfate de cuivre de Cu3+ en Cu2+ au niveau de l'anode (représentée par la carte electronique du coup) du bain de cuivre?

Attention ce que je veux dire, c'est que les deux réactifs, comme ça, semble avoir un E trop proches. Mais cela dépend des concentrations, température, pH Donc pas d'inquiétude. Et ce n'est surement pas une question de rendement, tes réactifs (entendre par là "produit chimique") ne coutent pas trop cher donc tu peux te permettre d'avoir un rendement de 60-80% j'imagine. La problématique étant "est-ce que ça s'accroche bien ?" et là je pense qu'il y a un intérêt touuuut particulier envers l'hypophosphite, qui a été selectionné justement pour sa capacité à bien fixer le nickel à la carte (je suppose ).

On réduit Cu²⁺ en Cu⁰ (ou Cu_(s)) en forçant la réaction par le courant, ce qui remplace l'usage d'un réducteur (en gros). Une Anode oxyde (toujours) donc vue que c'est une réduction, c'est au niveau de la cathode si je ne dis pas de bétises.

Nisnor a écrit:

Tout à fait. Ca fait parti des points qu'il faut que j'éclaircisse : Le sodium hypophosphite fait office de réducteur, ok, mais comment est-il appliqué sur la carte? Car s'il reste sous forme de solution, j'imagine que la solution va partir quand on plongera la carte dans le bain de sulfate de nickel. Probablement faut-il partir d'une solution et faire sécher?!? Je ne sais pas encore.

Ah tiens je vois un peu mieux les choses. Tu souhaites badigeonner ta carte avec une solution de ce réducteur, et ensuite plonger le tout dans le sulfate de nickel, en espérant que le nickel se réduise là où il y a le réducteur (ça semble logique). Mais vue qu'on met le tout dans de l'eau, tu as peur que ça se diffuse (que l'hypophosphite se propage dans la solution) ??

Nisnor a écrit:

Pour conclure, dans l'absolu donc, si j'utilise une solution de sodium hypophosphite et que j'y apporte du sulfate de nickel, mon mélange finira par précipiter en formant un solide de "phosphine de nickel"?

Ce sera du Phosphite de Nickel et seulement si ton nickel est en excès, car il est censé se déposer sous sa forme métallique sur ta carte ! La phosphine est un gaz toxique dont je n'ai parlé que pour parler des danger/risques liés à l'utilisation du produit.

Nisnor a écrit:

Autre question : Le fait que les potentiels standard des réactifs soient pas terrible, ça implique juste que la réaction sera beaucoup plus lente pour obtenir un dépot important?

Ah en voilà une bonne question, le fait que les potentiels soient 'bof-bof' comme je le dis, c'est parce qu'ils sont proches. Et cela influ sur la thermodynamique et non la cinétique. Cela signifie que pour que la réaction marche "mieux" tu devrais chauffer. Mais j'imagine qu'elle fonctionne déjà assez bien à température ambiante. La notion de Cinétique n'est pas abordable ici je pense. Un peu trop compliqué à mon gout. Pour résumer : Chauffer accélère la réaction, Chauffer permet à certains équilibre de mieux se former. Dans ton cas je ne sais pas si c'est obligatoire, mais ça n'est pas farfelu. :).

Dans un Devoir de Physique-Chimie concernant de tels procédé j'ai lu "Solution d'hypophosphite de sodium à 0.01 mol/L" je ne sais pas du tout si cette concentration était en rapport avec le procédé ou en rapport avec un dosage ou une "vue de l'esprit". ça me semble peu personnellement.

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Edité par Blackline 1 décembre 2015 à 18:25:34

"On réduit Cu²⁺ en Cu⁰ (ou Cu_(s)) en forçant la réaction par le courant, ce qui remplace l'usage d'un réducteur (en gros). Une Anode oxyde (toujours) donc vue que c'est une réduction, c'est au niveau de la cathode si je ne dis pas de bétises."

Ok super

Oui, après avoir vu un article wikipedia sur le sujet, c'est bien au niveau de la cathode (reliée à ce qui fait office d'anode sur une batterie...j'me mélange toujours entre les termes, j'préfère parler en pole + et pole - XD ).

"Ah tiens je vois un peu mieux les choses. Tu souhaites badigeonner ta carte avec une solution de ce réducteur, et ensuite plonger le tout dans le sulfate de nickel, en espérant que le nickel se réduise là où il y a le réducteur (ça semble logique). Mais vue qu'on met le tout dans de l'eau, tu as peur que ça se diffuse (que l'hypophosphite se propage dans la solution) ??"

Exactement.

Ce n'est pas par peur de pourrir la solution de cuivre ou de nickel, c'est plus par peur de voir vadrouiller mon réducteur ailleurs et réduire la solution là où on se fiche éperdument que ça réduise quoique ce soit .

C'est un peu le même principe avec le plaquage au cuivre classique (c'est juste qu'à l'étape finale, la réduction est faite par électricité) : Lors de l'activation (voir ici pour les différentes étapes...Mais ce n'est pas le seul à présenter cette technique) de la carte on peut utiliser un activateur à base de sulfate de cuivre, de calcium hypophosphite et d'ammoniaque (il faudrait que je trouve des pistes pour savoir si je peux faire un activateur (cuivre ou nickel...idéalement nickel, mais si c'est cuivre, je vais pas chipoter non plus, ça fera bien l'affaire) avec du sodium hypophosphite plutôt qu'avec du calcium...J'ai regardé ici pour me procurer les différents produits et leur conditionnement minimal pour le calcium hypophosphite fait 5Kg pour environ 500€...Alors que pour le sodium hypophosphite, ils proposent des conditionnements minimal plus petit et du coup, beaucoup moins cher, autour de 35€ les 100g je crois). Après le processus de mélange de ces 3 produits, on utilise le résultat pour "boucher les trous" de la carte.

Ensuite, on fait chauffer l'ensemble suivant une courbe de température donnée. Le mélange va ainsi réagir et déposer une fine couche de cuivre partout là où l'activateur se trouve.

Une fois tout ça fait, c'est bon, la carte est "activée" et prête à être envoyée à l'électrolyse pour le plaquage de cuivre final.

Suivant le même principe, j'imagine qu'il y a, à un moment ou à un autre, un truc qui vient "fixer le réducteur dans les trous" pour permettre au nickel de se faire réduire tranquillement là où le réducteur se trouve. A travers mes recherches, j'ai vu plusieurs fois qu'avant d'appliquer le réducteur, on pouvait être amené à utiliser une sorte de fixateur à base de palladium (un exemple ici...c'est encore avec du cuivre mais c'est full electroless )...pas cool si c'est le seul moyen :s (c'est cher le palladium) mais je continue de croire qu'on peut faire sans palladium.

J'ai également regardé ce que propose CTS comme services (mais j'arrive pas à retrouver le tableau comparatif présentant tout ça). J'ai vu qu'ils proposent les deux techniques : Plaquage par électrolyse ou sans électrolyse et ce, aussi bien pour du cuivre que du nickel.

L'autre point qui me fait choisir le plaquage sans électrolyse, c'est que un peu partout sur les articles présentant les différentes techniques de plaquage, on nous rappelle que le plaquage par électrolyse permet d'obtenir un plaquage plus robuste mais moins uniforme (d'ailleurs, un bonhomme qui démontre son processus de plaquage dans une vidéo Youtube montre des traces noire au dessus des trous...). Vu que ça se joue à quelque micron d'épaisseur, je doute que ça impacte beaucoup sur ce que je vais en faire, mais bon...Ca me donne une raison de plus pour continuer à chercher dans la réduction sans électrolyse.

"Ce sera du Phosphite de Nickel et seulement si ton nickel est en excès, car il est censé se déposer sous sa forme métallique sur ta carte ! La phosphine est un gaz toxique dont je n'ai parlé que pour parler des danger/risques liés à l'utilisation du produit."

Ah oui, d'accord . Merci pour cette précision

"Et cela influ sur la thermodynamique et non la cinétique. Cela signifie que pour que la réaction marche "mieux" tu devrais chauffer"

Ah oui d'accord. Oui, il faudra très certainement chauffer...J'ai également vu des vidéo-tutos montrant le plaquage de nickel (réplique d'airsoft et un lot de boulon rouillés à retaper) en utilisant le kit de plaquage proposé par caswellplating.com et ils fournissent de quoi chauffer les différents produits chimique au bain-marie.

Edit 1 : Un petit lien vers le livre, version numérique, "MEMS Materials and Processes handbook". Chapitre 3 et plus particulièrement le 3.3.2 me semble couvrir ce que je cherche à faire

Edit 2 : Je viens de finir de lire le chapitre 3.3.2 du livre numérique donné dans le lien du dessus. Ils expliquent comment marche le plaquage de nickel et de cuivre (et même d'or, mais je n'ai pas l'intention de plaquer mes cartes à l'or ). Dans le processus complet, ils indiquent qu'il est nécessaire de faire un bain d'étain pour sensibiliser la carte suivi d'un bain de palladium pour catalyser la réaction qui suivra.

Vu la définition donnée d'un catalyseur dans ton premier post...Si je ne fais pas le bain au palladium (compter un bon 50€ le gramme de palladium, faut pas déconner, jamais je ne ferais ça), la réaction engendrera juste plus de pertes? Je rebondi encore sur la solution de plaquage de nickel de caswellplating.com qui, dans son manuel d'utilisation, indique qu'on doit "réactiver le bain tous les 1/4 d'heure environ car il ne faut pas descendre en dessous des 80% initialement présents dans le bain"...Sauf que cette solution ne coûte "que" 169$ et je doute fort qu'à ce prix, un catalyseur en palladium soit inclu dans le kit...sous-entendu, vu qu'il n'y aurait pas de catalyseur, le rendement serait tellement pas terrible qu'on est obligé de "refaire le plein souvent" pour que le plaquage soit bon.

Partant du constat précédent, je me demande si ce ne serait pas plus intéressant d'envisager un plaquage par electrolyse finalement...Si je dois vider pour 200€ de sulfate de nickel pour plaquer 1 carte de taille moyenne, c'est moyennement intéressant cette affaire.

Autre chose : Ils parlent aussi de "bain chauffé dans un caisson ultrasonique". Quel est l'intérêt des ultrasons dans ce cas (c'est probablement expliqué dans les chapitres précédents...Le livre faisant plus de 1200 pages, j'avoue avoir été fainéant et m'être focalisé uniquement sur le chapitre traitant du plaquage par réduction d'ion métallique )? Est-ce juste ce qui permet de chauffer indirectement ou y'a-t-il une raison atomiquement mécanique (je pense notamment à une boite pleine de truc qui, lorsqu'on la secoue, tasse un peu son contenu, permettant souvent de ranger plus de trucs...ce qui ne serait pas impossible, serait que les ultrasons, lors du processus de plaquage, aient pour effet d'augmenter la densité d'atomes métallique sur les surfaces plaquées "en faisant vibrer le support" )?

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Edité par Nisnor 1 décembre 2015 à 23:47:57