FR2993579A1 - Procede de revetement et revetement pour contact a insertion a force - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de revêtement d'un substrat, dans lequel : un substrat (100) est fourni ayant au moins une surface libre (110) ; une première couche (101) d'un premier matériau est déposée sur la surface libre (110) du substrat (100) ; une deuxième couche (102) d'un deuxième matériau, différent du premier matériau, est déposée sur la première couche (101) ; une troisième couche (103) d'un troisième matériau, différent des premier et deuxième matériaux, est déposée sur la deuxième couche (102). Le procédé se caractérise en ce qu'il comprend en outre le dépôt d'une couche de protection (104) d'un quatrième matériau, différents des premier, deuxième et troisième matériaux, sur la troisième couche (103) ; et la refusion d'au moins les deuxième (102) et troisième (103) couches parmi les première (101), deuxième (102) et troisième (103) couches, par transfert de chaleur par contact thermique sur la couche de protection (104), la couche de protection (104) évitant une oxydation au moins de la troisième couche (103). L'invention se rapporte également à un revêtement prévenant la formation de barbes ou « whiskers », notamment sur les terminaisons de contacts à insertion à force, ainsi qu'à des contacts à insertion à force utilisant un tel revêtement et à des circuits imprimés munis de tels contacts.
Description
PROCÉDÉ DE REVÊTEMENT ET REVÊTEMENT POUR CONTACT À INSERTION À FORCE La présente invention se rapporte à la prévention de la formation de barbes ou « whiskers » à la surface de couches métalliques utilisées pour le placage d'éléments de contacts à insertion à force. La formation de filaments ou barbes, plus communément appelé « whiskers » d'après la désignation anglaise, à partir notamment de la surface d'un métal pur (par exemple l'étain, le zinc, le cadmium, l'indium, l'antimoine, l'argent ou l'or, par opposition à un alliage composé d'au moins un métal et un autre élément) est un phénomène connu et qui peut avoir des conséquences telles que la production de courts-circuits ou l'initiation d'arcs électriques à la surface des couches métalliques utilisées pour le placage de contacts de composants électroniques.
Certains facteurs tels que des contraintes mécaniques ou chimiques, des rayures, la diffusion de matériaux différents, ou encore une dilatation thermique, augmentent le risque de formation de barbes. Contrairement aux dendrites, un autre phénomène apparaissant à la surface de certains métaux, la dissolution du métal ou la présence de champs électromagnétiques n'ont pas d'impact sur la formation ou la croissance des barbes. Les contacts de composants électroniques sont généralement composés d'un substrat de base, par exemple du cuivre, plaqué d'un revêtement métallique, dont l'étain pur (par opposition à un alliage d'étain) est l'un des plus fréquemment utilisés. C'est en particulier le cas pour les contacts à insertion à force (en anglais « press-fit contacts »). Dans le cas de tels contacts en cuivre plaqué étain pur, en plus des contraintes inhérentes à la couche de revêtement ou au substrat lui-même, des contraintes de compression dans le placage pouvant conduire à la formation de barbes ou « whiskers » sont dues à la diffusion d'atomes de cuivre du substrat le long des limites des grains du film d'étain, formant un composé intermétallique, ou IMC (de l'anglais « intermetallic compound »), Cu6Sn5. Sous de telles contraintes, des barbes d'étain peuvent alors se former à partir des grains dont l'orientation diffère de l'orientation majeure du film d'étain ou bien de l'orientation des grains voisins.35 Une façon de traiter le problème des barbes d'étain consistait en l'utilisation de placages réalisés en alliages d'étain et de plomb. Hors, le plomb étant actuellement interdit pour la plupart des applications électroniques, notamment en Union Européenne, les incidents dus à la formation de barbes ou « whiskers » dans les composants électroniques sont redevenus fréquents. Il est donc nécessaire de trouver de nouvelles solutions pour la prévention de la formation des barbes, en particulier sur les contacts d'éléments électroniques. Le problème des barbes d'étain formées sur des éléments de contacts à insertion à force est par exemple connu du document EP 2 195 885 Bl, qui divulgue un procédé de fabrication d'un élément de contact électrique utilisant une couche formant barrière de diffusion appliquée sur un matériau de base, sur laquelle est ensuite appliquée une pluralité d'une combinaison d'au moins deux couches métalliques formées de métaux différents et dont au moins l'une est constituée d'étain. La couche formant barrière de diffusion empêche un mélange entre le matériau de base et les couches de la combinaison de couches métalliques, qui sont ensuite soumises à un traitement thermique dont la température ne doit pas excéder la température de fusion de l'étain, à savoir 232 °C, de sorte que les éléments de la combinaison de couches métalliques se mélangent par diffusion, la couche externe étant alors un alliage comprenant au moins deux métaux différents. D'autres solutions sont aussi connues dans l'état de l'art, par exemple de WO 2006/134665 A1, qui utilisent une sous-couche de nickel entre le substrat à base de cuivre et le film de placage en étain afin de réduire les contraintes appliquées sur la couche d'étain par le composé intermétallique Cu6Sn5 en créant un composé intermétallique Ni3Sn4 plus dense. Un traitement thermique n'excédant pas 0,65 à 0,8 fois la température de fusion des grains peut être appliqué dans le but de réduire les contraintes internes du revêtement.
Ces solutions sont complexes à mettre en oeuvre, et la production de revêtements n'est pas rentable en raison de la durée et du coût des procédés utilisés. En raison des contraintes et donc du stress permanents appliqués sur le bout des contacts de broches à insertion à force par les cartes de circuits imprimés et des déformations et déplacements du revêtement lui-même, ces solutions ne sont pas suffisantes pour éviter la formation des barbes dans le cas des contacts à insertion à force.
Un objectif de la présente invention est donc de fournir une solution permettant notamment d'améliorer les procédés de placage existants, en particulier dans le cadre des contacts à insertion à force, en évitant notamment la formation de barbes ou « whiskers ».
Conformément à un aspect de la présente invention, cet objectif est atteint par un procédé de revêtement d'un substrat, dans lequel : un substrat est fourni ayant au moins une surface libre ; une première couche d'un premier matériau est déposée sur la surface libre du substrat ; une deuxième couche d'un deuxième matériau, différent du premier matériau, est déposée sur la première couche ; une troisième couche d'un troisième matériau, différent des premier et deuxième matériaux, est déposée sur la deuxième couche. Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend en outre le dépôt d'une couche de protection d'un quatrième matériau, différents des premier, deuxième et troisième matériaux, sur la troisième couche ; et la refusion d'au moins les deuxième et troisième couches parmi les première, deuxième et troisième couches, par transfert de chaleur par contact thermique sur la couche de protection, la couche de protection évitant une oxydation au moins de la troisième couche. La présente invention utilise une refusion haute température appliquée à un traitement de surface multicouche d'un substrat ou matériau de base et permet de prévenir la formation et la diffusion de barbes ou « whiskers » à la surface du revêtement. La première couche est utilisée comme couche barrière de diffusion. L'invention se distingue de l'état de l'art connu notamment par les étapes de dépôt d'une couche de protection contre l'oxydation et par l'étape de refusion qui nécessite des températures plus élevées que le point de fusion de l'élément composant la troisième couche, qui est la couche externe du revêtement. La température de l'étape de refusion doit être aussi élevée que possible afin d'avoir un processus de refusion rapide et une relaxation des contraintes sur le substrat. Ce procédé haute température utilise le transfert de chaleur par contact thermique sur la surface extérieure du produit, c'est-à-dire la couche de protection. Suivant l'épaisseur de la première, deuxième et troisième couche, la température et la durée de la refusion, il est possible de refondre partiellement ou totalement la troisième couche avec au moins une partie de la deuxième couche. De même, il est aussi possible de refondre au moins en partie la première couche, c'est-à-dire la couche formant barrière de diffusion en surface du substrat. Il est donc possible grâce à l'invention de former une structure de solidification multi-phases contenant des précipités pouvant bloquer le mouvement des dislocations, et donc un alliage multi- phases qui a l'avantage d'empêcher la formation des barbes ou « whiskers » et est donc adapté au placage d'éléments de contact de circuits imprimés. L'alliage multi-phase obtenu peut avoir en outre des propriétés thixotropiques, c'est-à-dire que, sous contrainte, il peut passer de l'état solide à l'état liquide, et inversement, au repos, il se restructure jusqu'à retrouver son aspect solide tout en gardant ses propriétés et avantages lors de la déstructuration ou restructuration. Cette propriété est utile dans le cadre des revêtements de contacts à insertion à force. Le procédé inventif permet en outre avantageusement de relaxer les contraintes internes et de stabiliser la structure métallurgique d'un contact à insertion à force et de son revêtement afin de garantir ses performances. En particulier, le procédé inventif a l'avantage de stabiliser les efforts d'insertion du contact dans le trou correspondant d'un circuit imprimé au cours de la durée de vie du produit. De préférence, le matériau de la couche de protection peut être choisi de telle sorte qu'il ne se mélange pas avec les première, deuxième et troisième couches pendant l'étape de refusion. Ainsi la refusion des couches composant le placage peut se faire de manière contrôlée et efficace. De préférence, la température de l'étape de refusion peut être 1,5 à 3 fois plus élevée que la température de fusion du troisième matériau, 0,8 à 1,5 fois plus élevée que la température de fusion du deuxième matériau, et peut être inférieure ou égale à la température de fusion du premier matériau et/ou du substrat. La température de l'étape de refusion peut ainsi être assez élevée afin d'avoir un processus de refusion rapide et une relaxation des contraintes sur le substrat.
Conformément à un mode de réalisation préféré, les premier, deuxième et troisième matériaux peuvent être ou peuvent comprendre des matériaux métalliques, en particulier des métaux élémentaires. L'invention a donc l'avantage de pouvoir être utilisée pour des revêtements métalliques, par exemple dans le cas de placages de constituants électroniques tels que des contacts d'éléments de circuits imprimés, utilisant des alliages, mais aussi et de préférence des métaux purs ou élémentaires. Ces derniers peuvent être avantageux dans le cas du placage d'éléments de contact à insertion à force devant subir des contraintes mécaniques élevées et pour lesquels il est nécessaire de prévenir la formation des barbes ou « whiskers ».
Avantageusement, le troisième matériau peut être le matériau ayant le point de fusion le plus bas parmi les points de fusion des premier, deuxième et troisième matériaux. Ainsi l'étape de refusion est initiée par la fonte de la troisième couche et/ou de l'interface entre la troisième et la deuxième couche. Avantageusement, le deuxième matériau peut avoir une température de fusion de 1,5 à 3 fois supérieure à celle du troisième matériau. Une deuxième couche choisie dans un tel matériau par rapport au matériau de la troisième couche permet de contrôler la refusion et de refondre partiellement ou intégralement la troisième couche avec la deuxième couche, en commençant toujours par la refonte de la troisième couche.
Avantageusement, le substrat et/ou le premier matériau peuvent avoir une température de fusion au moins 2 à 3 fois plus élevée que la température de fusion du deuxième matériau. Ainsi la température de fusion du substrat et/ou du premier matériau n'est pas atteinte lors de l'étape de refusion, ce qui évite la diffusion de ces matériaux vers la surface du revêtement, c'est-à-dire vers la troisième couche.
Avantageusement, le quatrième matériau, c'est-à-dire le matériau composant la couche de protection, peut avoir une capacité thermique massique 2 à 3 fois plus élevée que celle des deuxième et troisième matériaux. Le quatrième matériau peut donc être choisi de manière à optimiser le transfert de chaleur par contact thermique lors de l'étape de refusion. Dans un exemple d'un mode de réalisation de cet aspect de la présente invention, le premier matériau peut être ou peut comprendre du nickel, et/ou le deuxième matériau peut être ou peut comprendre du zinc ou de l'antimoine, et/ou le troisième matériau peut être ou peut comprendre de l'étain et/ou de l'argent. Dans le cas d'un placage standard utilisant de l'étain pur, il est avantageux d'utiliser une couche barrière en nickel, suivie d'une couche de zinc et de la couche d'étain. L'invention permet alors une recristallisation complète de l'alliage d'étain utilisant le point de départ de l'interface entre la couche de zinc et la couche d'étain, qui a le point de fusion le plus bas. Il est donc possible d'initier la refonte à l'interface entre les couches d'étain et de zinc, et de refondre également la surface de la couche d'étain avant la diffusion solide-solide du zinc. Les couches d'étain et de zinc peuvent être refondues partiellement ou intégralement, au choix. Il est donc possible de créer une surface lisse, non poreuse et durcie, tout en contrôlant une sous-couche tampon restante de zinc, et en ayant une structure de solidification remplie d'un précipité empêchant les mouvements de dislocations des grains qui pourraient créer des barbes. Grâce au procédé inventif, il est donc possible d'enlever ou d'abaisser les contraintes créant des barbes avec un coût et une durée de procédé réduits par rapport à ceux des procédés connus de l'état de l'art. La couche tampon de zinc et la couche barrière de diffusion de nickel sont avantageuses pour la prévention de la formation de barbes d'étain à la surface du revêtement, ce qui trouve une application notamment dans le cas des contacts à insertion à force pour les circuits imprimés. Contrairement aux procédés connus de l'état de l'art pour la prévention des barbes, le procédé selon l'invention ne réalise pas de diffusion solide-solide, mais tire avantage de la diffusion solide-liquide du zinc ou de l'étain et du zinc afin d'accélérer le procédé. Une fois l'étape de refusion effectuée, le revêtement final s'est montré efficace pour empêche la formation et la croissance de barbes d'étain. Dans le cas d'un placage utilisant l'argent pur, il peut être avantageux d'utiliser de l'antimoine au lieu du zinc. Néanmoins, d'autres combinaisons de métaux sont possibles, du moment que ces combinaisons permettent la refusion des deuxième et troisième couche suivant les différents aspects de l'invention. En particulier, d'autres combinaisons de matériaux sont possibles pour les différentes couches à partir du moment où elles suivent les variantes avantageuses de l'invention relatives aux températures de fusion et aux capacités thermiques massiques.
De préférence, le quatrième matériau peut être un mélange de poudre de graphite comprenant du charbon actif microcristallin, en particulier un mélange composé de 80% à 100% de graphite et le reste de charbon actif monocristallin, plus en particulier un mélange composé de 90% de graphite et de 10% de charbon actif monocristallin. L'utilisation de la poudre de graphite, en particulier les mélanges comprenant de la poudre de graphite et du charbon actif cristallin, se sont avérés particulièrement efficaces pour la protection contre l'oxydation des couches de métaux purs utilisés pour le placage d'éléments de contacts pour circuits imprimés. En effet, la poudre de graphite peut être choisie car elle est un conducteur thermique en raison de sa plus grande capacité thermique massique par rapport aux éléments des première, deuxième et troisième couches. Le mélange comprenant 90% de graphite et de 10% de charbon actif monocristallin s'est avéré avantageux dans la réalisation d'un revêtement prévenant la formation de barbes d'étain dans le cas où le premier matériaux est le nickel, le deuxième matériau est le zinc, et le troisième matériau est l'étain.
Conformément à un mode de réalisation avantageux, la température de l'étape de refusion peut être au moins de 350 °C, en particulier elle peut être comprise dans la plage de 350 °C à 600 °C, plus en particulier dans la plage de 380 °C à 580 °C, encore plus en particulier elle peut être dans la plage de 400 °C à 550 °C. Ces plages de température sont adaptées en particulier au traitement de revêtements d'étain pur accompagnés d'une sous-couche de zinc et d'une couche de nickel formant barrière de diffusion sur un substrat de base en cuivre. Conformément à un mode de réalisation avantageux, la durée de l'étape de refusion peut varier au minimum entre 1 seconde et 15 secondes, en particulier entre 2 secondes et 10 secondes, plus en particulier entre 3 secondes et 7 secondes. L'utilisation d'une couche de protection comprenant un mélange de graphite à forte capacité calorifique permet de réaliser les étapes du procédé inventif de manière fiable sur une durée comprise dans cette plage de durées. L'invention, en particulier la présence d'une couche de protection face à l'oxydation, a donc l'avantage de permettre un traitement plus rapide que les procédés de revêtement connus de l'état de l'art au moins dans les cas de placages en étain ou argent dont les étapes de traitements thermiques durent jusqu'à plusieurs heures. Dans un exemple d'un mode de réalisation de cet aspect de la présente invention, l'épaisseur de la première couche peut être comprise dans la plage de 0,05 pm à 5 pm, et/ou l'épaisseur de la deuxième couche peut être comprise dans la plage de 0,05 pm à 5 pm, et/ou l'épaisseur de la troisième couche peut être comprise dans la plage de 0,05 pm à 2,5 pm. Ces plages d'épaisseur des couches sont avantageuses pour l'obtention de structures multi-phases prévenant la formation de barbes, notamment dans le cas de placages en étain ou en argent utilisés sur des contacts d'éléments de circuits imprimés, en particulier pour les contacts à insertion à force. Suivant les épaisseurs déposées des deuxième et troisième couches, le processus de refusion défini entre autre par sa durée et sa température, permet de produire un ensemble de choix de structures de solidification anti-barbes, ajustables en termes de structure, texture, composition, rugosité, etc. Il est donc possible d'obtenir, en fonction des paramètres de départ choisis, par exemple une structure étain-zinc biphasée globulaire reposant sur une couche tampon de zinc réduite, ou une structure étain-zinc-nickel polyphasée sans couche tampon de zinc, ou encore une structure étain-zinc biphasée globulo-aciculaire sur une couche tampon de zinc importante. Un procédé continu permettra en outre d'avoir des durées de traitement plus courtes que celles connues de l'état de l'art pour les épaisseurs déposées et les températures appliquées choisies. Dans le cas du placage des terminaisons de contacts de composants électroniques, il est donc possible de choisir des structures de solidification adaptées en fonction de la finition du circuit imprimé sur lequel seront insérés ces contacts. Avantageusement, le procédé peut comprendre en outre le retrait de la couche de protection après l'étape de refusion. Dans de nombreuses applications, la couche de protection peut donc ne pas faire partie du revêtement final résultant du procédé selon l'invention, et il est donc nécessaire de la retirer afin d'obtenir le produit final ou afin de traiter d'avantage la surface du revêtement obtenu par le procédé inventif. Lorsque la couche de protection comprend un mélange de poudre de graphite, après l'étape de refusion il est possible de retirer cette couche par exemple en la brisant ou en l'effritant. Conformément à un autre aspect de la présente invention, l'objectif est atteint par un revêtement pour élément métallique emboîtable comprenant une couche barrière de diffusion et une couche structure de solidification multi-phase composée d'un alliage d'au moins deux métaux et ayant des propriétés thixotropiques. Un tel revêtement pour élément métallique emboîtable peut comprendre en outre une couche tampon entre la couche barrière de diffusion et la couche structure de solidification. L'objectif est par ailleurs aussi atteint par un revêtement pour élément métallique emboîtable fabriqué selon le procédé selon le premier aspect de la présente invention.
De préférence, la structure de solidification peut comprendre du zinc et de l'étain dans les proportions de 85% à 95% en masse d'étain déposé pour 5% à 15% en masse de zinc déposée, en particulier 90% en masse d'étain déposée pour 10% en masse de zinc déposée, ou de 5% à 15% en masse d'étain déposée pour 85% à 95% en masse de zinc déposée, en particulier 10% en masse d'étain déposée pour 90% en masse de zinc déposée, ou de 42% à 52% en masse d'étain déposée pour 58% à 48% en masse de zinc déposée, en particulier 47% en masse d'étain déposée pour 53% en masse de zinc déposée, ou de 69% à 79% en masse d'étain déposée pour 21% à 31% en masse de zinc déposée, en particulier 74% en masse d'étain déposée pour 26% en masse de zinc déposée, ou de 18% à 28% en masse d'étain déposée pour 72% à 82% en masse de zinc déposée, en particulier 23% en masse d'étain déposée pour 77% en masse de zinc déposée. L'objectif est aussi atteint par une broche de contact à insertion à force plaquée avec un revêtement pour élément métallique emboîtable selon l'un des aspects précédents de l'invention, en particulier par un revêtement fabriqué par un procédé selon le premier aspect de l'invention. L'objectif est également atteint par un trou de contact d'insertion à force de circuit imprimé plaqué avec un revêtement pour élément métallique emboîtable selon l'un des aspects précédents de la présente invention, notamment par un revêtement fabriqué par un procédé selon le premier aspect de l'invention. Il est donc possible, au choix, d'utiliser le placage ou revêtement inventif soit sur la broche d'un contact à insertion à force, soit sur le trou de la carte à circuit imprimé recevant cette broche, soit sur les deux. Finalement, l'objectif est aussi atteint par une carte de circuit imprimé ou un circuit imprimé comprenant au moins un élément plaqué avec un revêtement pour élément métallique emboîtable selon l'un des aspects précédents, notamment par un circuit imprimé comprenant au moins un élément plaqué avec un revêtement fabriqué par le procédé selon le premier aspect de l'invention.
Des éléments de circuit imprimé utilisant un revêtement selon l'un des aspects de l'invention sont avantageux par rapport à des éléments utilisant des revêtements connus de l'état de l'art car les revêtements selon les aspects de l'invention et ses variantes permettent de prévenir, voire d'éviter totalement, la formation de barbes ou « whiskers ». De plus, l'utilisation d'un revêtement selon l'invention sur des éléments de circuits imprimés permet avantageusement de relaxer les contraintes internes et de stabiliser la structure métallurgique des éléments et leur revêtement afin de garantir leur performance. En particulier, les efforts d'insertion de contacts à insertion à force dans des trous correspondants de circuits imprimés sont stabilisés au cours de la durée de vie du produit.
L'invention sera décrite en détail dans ce qui suit à l'aide d'exemples de modes de réalisation illustrés par les figures suivantes : Figure 1 illustrant un premier exemple d'un mode de réalisation de l'invention ; Figure 2 illustrant un deuxième exemple d'un mode de réalisation de l'invention ; Figure 3 illustrant un troisième exemple d'un mode de réalisation de l'invention. Les Figures 1 à 3 utilisent des signes de référence analogues pour des éléments identiques ou bien jouant un rôle similaire. Ainsi, par exemple, l'élément 108 sur la Figure 1 est identique ou bien joue le même rôle que les éléments 208 et 308 sur les Figures 2 et 3, respectivement. La Figure 1 illustre un exemple d'un mode de réalisation d'un procédé de revêtement d'un substrat 100. Le procédé exemplaire illustré à la Figure 1 décrit de manière générale les étapes et caractéristiques principales d'un procédé de revêtement d'un substrat de base 100 réalisé selon un aspect de l'invention et ses variantes. Suivant un aspect de l'invention et comme l'illustre la Figure 1, un substrat 100 est fourni, ayant au moins une surface libre 110, sur laquelle est ensuite déposée une série de couches dans le but de former un revêtement ou un placage pour le substrat 100. Une première couche 101 d'un premier matériau autre que celui constituant le substrat 100 est déposée sur la surface libre 110 du substrat de base 100. Une deuxième couche 102 d'un deuxième matériau, différent des matériaux constituant le substrat 100 et la première couche 101, est à son tour déposée sur la surface 109 de la première couche 101. Une troisième couche 103 d'un troisième matériau est ensuite déposée sur la surface 106 de la deuxième couche 102, le matériau constituant la troisième couche 103 étant à son tour des matériaux utilisés respectivement pour le substrat 100, la première couche 101 et la deuxième couche 102. Les trois couches 101, 102, 103 déposées sur la surface libre 110 du substrat 100 forment ainsi une structure multicouches 105. Selon un aspect de l'invention, une quatrième couche 104 est déposée sur la surface 107 de la troisième couche 103, tel que l'illustre la Figure 1. Le matériau de la quatrième couche 104 est choisi de manière à éviter l'oxydation au moins de la surface 107 de la troisième couche 103. La structure 120 résultante avant refusion comprend donc le substrat 100, la structure multicouches 105 et la couche de protection 104 telles que décrites précédemment. Finalement la surface 108 exposée de la quatrième couche 104 de la structure 120 est soumise à un traitement thermique de manière à effectuer une refusion au moins d'une partie de la troisième couche 103 et de la deuxième couche 102.
Suivant différentes variantes de l'invention, dans le mode de réalisation exemplaire illustré à la Figure 1, il est possible d'adapter le choix des matériaux, en particulier de leurs propriétés afin d'optimiser le contrôle de la refusion et du produit final. Ainsi, il est possible de choisir le matériau de la quatrième couche 104, c'est-à-dire la couche de protection contre l'oxydation, afin qu'il ne se mélange pas avec aucune des couches 101, 102, 103 de la structure multicouches 105 lors de la refusion. Il est également préférable de choisir quatrième matériau avec une capacité thermique massique 2 à 3 fois plus élevée que celle des deuxième et troisième matériaux formant respectivement la deuxième couche 102 et la troisième couche 103. Ainsi la quatrième couche 104 peut conduire la chaleur de manière adéquate vers la surface 107 de la troisième couche 103 afin d'effectuer une refusion au moins partielle, voire totale, de la troisième couche 103. Dans le mode de réalisation illustré à la Figure 1, il est également possible, suivant d'autres variantes de l'invention, de choisir le matériau de la troisième couche 103 avec le point de fusion le plus bas parmi les points de fusion des premier, deuxième et troisième matériaux constituant respectivement les première 101, deuxième 102 et troisième 103 couches. Cette variante peut notamment être combinée avec une deuxième couche 102 dont le matériau a une température de fusion de 1,5 à 3 fois supérieure à celle du matériau de la troisième couche 103. De même, le substrat 100 et/ou le matériau de la première couche 101 peuvent être choisis avec une température de fusion respective au moins 2 à 3 fois plus élevée que la température de fusion du matériau de la deuxième couche 102. La température de l'étape de refusion peut alors être optimisée en fonction du choix des matériaux des première 101, deuxième 102 et troisième 103 couches, ainsi que du matériau de la couche de protection 104. Dans l'exemple de mode de réalisation d'un procédé de revêtement du substrat 100 illustré à la Figure 1, il est avantageux de choisir une température de refusion de 1,5 à 3 fois plus élevée que la température de fusion du matériau de la troisième couche 103, de 0,8 à 1,5 fois plus élevée que la température de fusion du matériau de la deuxième couche 102, et inférieure ou égale à la température de fusion du matériau de la première couche 101 et/ou du substrat 100.
La Figure 2 illustre un exemple du traitement d'une structure 220 obtenue par un procédé suivant l'exemple du mode de réalisation illustré à la Figure 1. La structure 220 est donc en tout point analogue à la structure 120. En particulier, la structure 220 comprend un substrat 200, une première couche 201, une deuxième couche 202 et une troisième couche 203, correspondant respectivement au substrat 100 et aux couches 101, 102, 103 de l'exemple illustré à la Figure 1. Les trois couches 201, 202, 203 forment une structure multicouche 205 semblable à la structure 105 illustré à la Figure 1, et sur laquelle est déposée une couche de protection 204 analogue à la couche 104 du premier exemple d'un mode de réalisation. La description du procédé jusqu'à l'obtention de la structure 220 sera donc omise et il est renvoyé à la description de la Figure 1 pour plus de détails.
De même, la Figure 3 illustre un autre exemple du traitement d'une structure 320 obtenue par un procédé suivant l'exemple du mode de réalisation illustré à la Figure 1. La structure 320 est en tout point analogue aux structures 120, 220 des exemples de modes de réalisation illustrés aux Figures 1 et 2. Elle comprend donc un substrat 300, une première couche 301, une deuxième couche 302 et une troisième couche 303, correspondant respectivement au substrat 100 et aux couches 101, 102, 103 de l'exemple illustré à la Figure 1, et au substrat 200 et aux couches 201, 202, 203 de l'exemple illustré à la Figure 2. Les trois couches 301, 302, 303 forment une structure multicouche 305 semblable aux structures 105, 205 illustrées aux Figures 1 et 2, et sur laquelle est déposée une couche de protection 304 analogue aux couches 104, 204 des deux premiers exemples de modes de réalisation. La description du procédé jusqu'à l'obtention de la structure 320 sera donc omise et il est renvoyé à la description de la Figure 1 pour plus de détails.
Dans les exemples illustrés aux Figures 2 et 3, le procédé de revêtement illustré à la Figure 1 est appliqué au revêtement de terminaisons de contacts à insertion à force pour des circuits imprimés. Les substrats 200, 300 sont en cuivre, matériau dont la température de fusion est d'environ 1085 °C. Il est néanmoins possible que ces contacts utilisent d'autres matériaux que le cuivre, comme par exemple les aciers inoxydables ou l'aluminium. L'épaisseur des substrats 200, 300 n'est pas critique pour le procédé inventif, mais il convient de noter que dans le cas particulier de terminaisons de contacts à insertion à force pour circuits imprimés, l'épaisseur de cuivre à plaquer est en générale inférieure à 1 mm, de l'ordre de 0,64 mm.
L'étain est communément utilisé pour le placage de telles terminaisons. Dans les exemples de modes de réalisation illustrés aux Figures 2 et 3, l'invention va être employée dans le but de fournir un revêtement évitant la formation de barbes d'étain pour les terminaisons des contacts à insertion de force 200, 300. Conformément à des variantes de l'invention, les matériaux des première, deuxième et troisième couches 201, 202, 203 et 301, 302, 303 respectives des structures 220, 320 avant la refusion, telles qu'illustrées aux Figures 2 et 3, sont des matériaux métalliques, en particulier des métaux élémentaires, par opposition à des alliages. Dans les deux cas, la première couche 201, 301 est en nickel, la deuxième couche 202, 302 est en zinc, et la troisième couche 203, 303 est en étain. L'épaisseur de la première couche 201, 301 dans les exemples illustrés aux Figure 2 et 3 est comprise entre 0,05 pm et 5 pm. Dans les exemples décrits par la suite, l'épaisseur de la première couche 201, 301, c'est-à-dire de la couche de nickel, est en particulier d'environ 1,3 pm. L'épaisseur de la deuxième couche 202, 302, c'est-à-dire la couche de zinc, est comprise dans la plage de 0,05 pm à 5 pm. L'épaisseur de la troisième couche 203, 303, c'est-à-dire la couche d'étain, est comprise quant à elle dans la plage de 0,05 pm à 2,5 pm.
Les températures de fusion du nickel, environ 1455 °C, du zinc, environ 420 °C, et de l'étain, environ 232 °C, sont donc telles que les première, deuxième et troisième couches respectives 201, 202, 203 et 301, 302, 303 montrent les propriétés permettant d'optimiser le contrôle de l'étape de refusion telle que décrites en relation au mode de réalisation illustré à la Figure 1. Ainsi, dans les modes de réalisation illustrés aux Figures 2 et 3, le matériau de la troisième couche 203, 303, à savoir l'étain, est celui ayant le point de fusion le plus bas. Le matériau de la deuxième couche 202, 302, à savoir le zinc, a une température de fusion de 1,5 à 3 fois supérieure à celle de l'étain constituant la troisième couche 203, 303. De même, le matériau du substrat 200, 300, à savoir le cuivre, et le matériau de la première couche 201, 301, à savoir le nickel, ont une température de fusion respective au moins 2 à 3 fois plus élevée que la température de fusion du matériau de la deuxième couche 202, 302, à savoir le zinc. Suivant une variante de l'invention, la couche de protection 204, 304 des structures 220, 320 des modes de réalisation illustrés aux Figures 2 et 3 est un mélange de poudre de graphite et de charbon actif microcristallin. De plus, le graphite possède une capacité thermique massique d'environ 0,71 J.g-1.K-1, alors que celle de l'étain est d'environ 0,227 J.g-1.K-1, celle du zinc est d'environ 0,388 J.g-1.K-1, et celle du nickel est d'environ 0,444 J.g-1.K-1. La capacité thermique massique du matériau de la couche de protection 204, 304 est donc choisie de 2 à 3 fois plus élevée que celle des matériaux des trois couches 201, 202, 203 et 301, 302, 303 respectives formant les structures multicouches 205, 305 des structures 220, 320. Un mélange de 80% à 95% de graphite et le reste de charbon actif monocristallin, en particulier de 90% de graphite et de 10% de charbon actif monocristallin, s'est avéré présenter des propriétés avantageuses dans le rôle de protection contre l'oxydation et de conduction de la chaleur de la couche de protection 204, 304 pendant l'étape de refusion des structures multicouches 205, 305 décrites ici pour les modes de réalisation illustrés respectivement aux Figures 2 et 3. Dans les exemples de modes de réalisations illustrés aux Figures 2 et 3, la température de l'étape de refusion a pu être optimisée en fonction du choix des matériaux des première 201, 301, deuxième 202, 302 et troisième 203, 303 couches respectives, ainsi que du matériau de la couche de protection 204, 304. Dans les deux cas, il s'est avéré avantageux de choisir d'appliquer une température de 1,5 à 3 fois plus élevée que la température de fusion de l'étain, à savoir le matériau de la troisième couche 203, 303, de 0,8 à 1,5 fois plus élevée que la température de fusion du matériau du zinc, à savoir le matériau de la deuxième couche 202, 302, et inférieure ou égale à la température de fusion du nickel, à savoir le matériau de la première couche 201, 301 et du cuivre, à savoir le matériau du substrat 200, 300 à plaquer. De plus, un procédé continu de refusion a permis en outre d'avoir des durées de traitement plus courtes que celles connues de l'état de l'art pour les épaisseurs déposées et les températures appliquées choisies. Ainsi, une température d'au moins 350 °C, en particulier comprise dans la plage de 350 °C à 600 °C, plus en particulier dans la plage de 380 °C à 580 °C, encore plus en particulier de 400 °C à 550 °C, a permis d'améliorer la refusion, notamment en permettant une durée de l'étape de refusion entre 1 et 15 secondes environ, en particulier entre 2 secondes et 10 secondes, plus en particulier entre 3 secondes et 7 secondes.
Suivant les épaisseurs d'étain et de zinc déposées respectivement pour la troisième couche 203, 303 et la deuxième couche 202, 302, autrement dit la composition massique de chacun d'eux dans l'alliage final 211, 311 refondu, la température de fusion de cet alliage va varier suivant le diagramme de phases. Plus la proportion de zinc sera importante, plus la température de fusion devra être élevée pour refondre l'ensemble des couches d'étain 203, 303 et de zinc 202, 302 déposées et inversement dans le cas d'une faible proportion de zinc. Par ailleurs, l'utilisation en deux couches superposées 202, 302 et 203, 303 de deux alliages à bas point de fusion (étain 232 °C et zinc 420 °C), possédant un eutectique dans ce cas à 8,9% de zinc, permet d'avoir au niveau de leur interface 206, 306 une température de fusion la plus basse du système proposé, soit dans le cas des modes de réalisation illustrés aux Figures 2 et 3, environ 200 °C. La gestion des différentes épaisseurs déposées donne alors la possibilité de refondre complètement ou pas la sous-couche 202, 302 de zinc.
Dans le mode de réalisation illustré à la Figure 2, la composition massique de départ comprend de 85% à 95% d'étain pour 5% à 15% de zinc, en particulier 90% d'étain pour 10% de zinc. L'épaisseur de la couche de zinc 202 peut alors être par exemple d'environ 0,1 pm, et l'épaisseur de la couche d'étain 203 peut être par exemple d'environ 0,5 pm. La température de fusion de l'interface 206 entre la couche de zinc 202 et la couche d'étain 203 est, après diffusion rapide du zinc, d'environ 198 °C, et correspond à la température de fusion de l'eutectique binaire Sn(91,1%)-Zn(8,9`)0). La température de fusion de l'alliage Sn(90%)-Zn(10%), dans sa globalité, se situe autour de 200 °C. La température de refusion est choisie à 550 °C et est appliquée de façon continue pendant une durée d'environ 3 secondes de sorte qu'une refusion complète, à partir des deux fronts ou interfaces 206 et 207, des couches d'étain 203 et de zinc 202 est effectuée. Il ne reste donc pas de couche tampon de la couche de zinc 202 de départ. La couche initiale de nickel 201, qui forme barrière de diffusion pour empêcher la diffusion du cuivre du substrat 200 vers les couches plus externes 202, 203, est partiellement mise en solution pour constituer un troisième élément d'alliage avec l'étain et le zinc, formant ainsi la structure de solidification multi-phase 211, dite aussi polyphasée, après refusion, comprenant un composé intermétallique étain-zinc-nickel. Le restant 201' de la couche de départ de nickel 201 continue de former barrière de diffusion par rapport au substrat 200. La couche de protection 204 en mélange de graphite et de charbon actif ne se mélange pas aux autres couches pendant la refusion et évite l'oxydation en particulier de la surface 207 de la troisième couche 203 ainsi que des couches sous-jacentes 202, 201, 200.
Finalement, le mode de réalisation illustré à la Figure 2 comprend une étape de retrait de la couche de protection 204 une fois l'alliage final désiré 211 obtenu. La couche de protection 204 était un mélange de graphite et de charbon actif, il suffit de taper, voire simplement de souffler, sur la structure 221 après la refusion pour faire s'effriter ou se casser la couche de protection 204, qui est moins résistante aux chocs que l'alliage 211 et la couche barrière 201' formant le revêtement final du substrat 200. Le produit final 222 est donc composé du substrat 200 plaqué d'un revêtement 223 composé du restant de la couche barrière 201 et de l'alliage multi-phase 211. Il s'est avéré que le revêtement 223, en particulier l'alliage multi-phase 211, ainsi crée possèdent des propriétés thixotropiques, dont il est possible de tirer avantage dans le cadre du placage des terminaisons de contacts à insertion à force. Il est possible de réaliser des variantes de l'alliage 223 comprenant une structure polyphasée 211 similaire à celle décrite en relation au mode de réalisation illustré à la Figure 2, en particulier ayant le même type de propriétés thixotropiques. Ainsi, une autre composition massique de départ peut comprendre par exemple de 69% à 79% d'étain pour 21% à 31% de zinc, en particulier 74% d'étain pour 26% de zinc. Les épaisseurs respectives des couches de zinc 202 et d'étain 203 peuvent alors être par exemple respectivement d'environ 0,4 pm et 0,15 pm. Une température d'environ 500 °C peut alors être appliquée de façon continue pendant une durée d'environ 5 secondes.
Dans le mode de réalisation illustré à la Figure 3, la composition massique de départ comprend cette fois-ci de 5% à 15% d'étain pour 85% à 95% de zinc, en particulier 10% d'étain pour 90% de zinc. L'épaisseur respective des couches de zinc 302 et d'étain 303 peut être de l'ordre de 0,5 pm. La température de fusion de l'interface 306 entre la couche de zinc 302 et la couche d'étain 303 est, après diffusion rapide du zinc, d'environ 198 °C, et correspond à la température de fusion de l'eutectique binaire Sn(91,1°/0)- Zn(8,9°/0). La température de fusion de l'alliage Sn(10%)-Zn(90%), dans sa globalité, se situe autour de 400 °C. La température de refusion est choisie à environ 500 °C et est appliquée de manière continue pendant une durée d'environ 3 secondes de sorte que toute la couche d'étain 303 est refondue complètement, à partir des deux fronts ou interfaces 306 et 307, mais la couche de zinc 302 est uniquement refondue en partie, formant ainsi la couche multi-phase 311 étain-zinc reposant sur une couche tampon 302' de zinc, correspondant à la partie restante de la couche de zinc 302 de départ. Une autre différence avec le mode de réalisation illustré à la Figure 2 est que la couche barrière de diffusion de nickel 301 n'est pas refondue dans ce cas. Suivant la durée et la température du traitement thermique, il est possible d'obtenir différentes structures de la matière pour la couche 311. Pour l'exemple décrit ici, la couche 311 est une structure de solidification biphasée constituée de zinc globulaire entouré d'étain avec une zone de faible diffusion entre ces deux éléments refondus. Mais des variations de +10 °C à +30 °C par rapport à la température choisie initialement peuvent produire le même type de couches 311, 302' mais avec des propriétés différentes pour une même composition massique initiale. Ainsi, avec une diffusion plus importante, il est possible d'obtenir une structure eutectique avec précipitation pro-eutectique de zinc, de forme aciculaire. Une augmentation de température encore plus importante, par exemple de +50°C, peut conduire à la refonte totale de la sous-couche de zinc 302 au lieu de laisser la couche tampon 302'. Comme pour le cas illustré à la Figure 2, la couche de protection 304 en mélange de graphite et de charbon actif ne se mélange pas aux autres couches pendant la refusion et évite l'oxydation en particulier de la surface 307 de la troisième couche 303 ainsi que des couches sous-jacentes 302, 301, 300 pendant le traitement.
Comme le mode de réalisation illustré à la Figure 2, celui illustré à la Figure 3 comprend aussi le retrait de la couche de protection 304 de la structure 321 une fois l'alliage final désiré 311 obtenu suite au traitement thermique de la structure 320. Cette étape est semblable à celle décrite pour la couche 204 illustrée à la Figure 2. Il est donc renvoyé à la description précédente. De même que pour le cas illustré à la Figure 2, dans le mode de réalisation illustré à la Figure 3, le revêtement 323, en particulier la couche multi-phase 311, du produit final 322 possède des propriétés thixotropiques, qui améliorent les processus d'insertions de contacts à insertion à force dans des cartes de circuits imprimés.
De même que pour le deuxième mode de réalisation illustré à la Figure 2, il est possible de réaliser des variantes du troisième mode de réalisation, par exemple en variant la composition massique de départ des couches déposés et en adaptant la température et la durée de l'étape de refusion. Suivant la composition choisie, les variantes peuvent aboutir au même type de structure 311 biphasée étain-zinc ayant le même genre de propriétés, en particulier des propriétés thixotropiques, reposant le cas échéant sur une couche tampon 302' de zinc plus ou moins importante selon la quantité de zinc refondu. Ainsi, par exemple, il est possible d'utiliser une composition massique comprenant par exemple de 42% à 52% d'étain pour 48% à 58% de zinc, en particulier 47% d'étain pour 53% de zinc. Les épaisseurs respectives des couches de zinc 302 et d'étain 303 peuvent alors être par exemple respectivement d'environ 0,6 pm et 0,7 pm. Une étape de refusion effectuée à une température d'environ 400 °C appliquée de façon continue pendant une durée d'environ 7 secondes résulte en une structure étain-zinc 311 biphasée globulaire reposant sur une couche tampon 302' de zinc d'épaisseur réduite par rapport à la couche initiale de zinc 302. Dans un autre exemple, non limitatif comme les précédents, il est possible d'utiliser une composition massique comprenant par exemple de 18% à 28% d'étain pour 72% à 82% de zinc, en particulier 23% d'étain pour 77% de zinc. Les épaisseurs respectives des couches de zinc 302 et d'étain 303 peuvent alors être par exemple respectivement d'environ 0,25 pm et 0,85 pm. Une étape de refusion effectuée à une température d'environ 460 °C appliquée de façon continue pendant une durée d'environ 5 secondes résulte cette fois-ci en une structure étain-zinc 311 biphasée globulo-aciculaire reposant sur une couche tampon 302' de zinc d'épaisseur réduite par rapport à la couche initiale de zinc 302. Une finition de type eutectique binaire avec zinc pro-eutectique ou bien étain et zinc globulaire, comme la couche 311 du mode de réalisation illustré à la Figure 3, sera favorable à la formation de soudure froide sur un circuit de finition étamé. En effet, au cours de l'insertion en force du contact, ici représenté par le substrat 300, dans le trou du circuit imprimé, la mise en contact sous pression de l'étain du revêtement du circuit avec le zinc pro-eutectique 311 du contact 300 va permettre la formation de l'eutectique binaire étain-zinc. Le point de fusion de celui-ci, inférieur à celui des deux éléments mis en contact, va conduire à la fusion de l'interface et la formation de microsoudures entre le contact 300 et le circuit. En variante aux modes de réalisation précédents, il est possible d'appliquer le procédé décrit en relation à la Figure 1 à des circuits imprimés argentés plutôt qu'à des circuits cuivrés. Pour une même structure de solidification 211, 311, un circuit imprimé argenté n'aura pas la même capacité à former des microsoudures. Il ne forme pas d'eutectique avec le zinc et la température de fusion de l'eutectique étain-argent est d'environ 221°C, soit très proche de celle de l'étain pur. L'utilisation du procédé décrit dans la présente invention permet en revanche l'utilisation des éléments d'alliage tels que l'antimoine, formant avec 44% en masse un eutectique de température de fusion à environ 485°C avec l'argent. Dans ce cas, il est avantageux de remplacer la couche de zinc 202, 302 par de l'antimoine en sous-couche afin de permettre, après refusion, de former des îlots globulaires d'antimoine favorables aux microsoudures avec l'argent du circuit. Cette structure permettant aussi de satisfaire aux conditions structurales d'arrêt de formation des barbes ou « whiskers ».
Les contraintes internes provenant des opérations de mise en forme du contact 200, 300 par matriçage seront en partie relaxées lors de la refusion. Il en résulte un autre avantage donné par cette structure 211, 311 et ce procédé de solidification qui est que la présence de zinc globulaire ou de zinc aciculaire pro-eutectique permet, par formation d'eutectique à bas point de fusion, un effet de microsoudures froides entre les structures 211, 311 et l'alliage de surface d'un circuit imprimé, si bien que les efforts d'extraction d'un contact 200, 300 à insertion à force ou « press-fit » de circuit étamé sont supérieurs aux efforts d'insertion, améliorant le maintien en place des contacts 200, 300 à insertion à force.
L'invention permet donc de réaliser une surface 207, 307 sans barbes (« whiskers ») et empêchant la formation de ces dernières, et peut être utilisée pour des revêtements de terminaisons de contacts à insertion à force 200, 300. Les structures de solidifications 211, 311 et leurs variantes obtenues à haute température par le procédé inventif sont constituées de plusieurs phases, éléments, précipités plus ou moins stables, gradients de concentration dans l'épaisseur, les grains et inter-granulaires s'opposant aux mouvements de dislocations dans la couche la plus à l'extérieure du revêtement, correspondant aux couches 211 et 311 dans les exemples décrits précédemment, avec l'avantage de ralentir, voire d'empêcher, les phénomènes de diffusion générateurs de barbes ou « whiskers ». L'ensemble du traitement du procédé inventif permet de contrôler la finesse, la répartition et la quantité des précipités et phases formés. Un autre avantage du procédé de la présente invention est de permettre, suivant la structure de solidification 211, 311 choisie et les épaisseurs déposées, d'éviter le dé-mouillage de l'alliage en fusion.
Dans le cas où la troisième couche 103, 203, 303 est en étain, une couche 102, 202, 302 de zinc peut être utilisée comme sous-couche de revêtement 102, 202, 302 et peut être refondue avec la couche d'étain 103, 203, 303. L'invention permet alors de réaliser la refusion des couches d'étain 103, 203, 303 et de zinc 102, 202, 302 en un revêtement multicouches étain-zinc 211, 311 par contact thermique à haute température sur une couche de protection 104, 204, 304 contre l'oxydation comprenant un mélange de graphite. Il est possible d'initier la refonte de manière sélective à l'interface étain-zinc 106, 206, 306, tout en refondant la surface 107, 207, 307 de la couche d'étain 103, 203, 303 avant une diffusion solide-solide vers la surface extérieure du revêtement. De cette façon il est possible de créer une surface 211, 311 non-poreuse, lisse et durcie utilisable pour le revêtement de substrats de base 100, 200, 300, par exemple dans le cas de contacts de composants électroniques. Il est également possible de contrôler une sous-couche tampon 302' restante de zinc, d'avoir une structure de solidification multi-phase 211, 311 comprenant des précipités bloquant le mouvement des dislocations, de relaxer partiellement, voire totalement, les contraintes présentes dans le substrat 100, 200, 300 et dans les couches du revêtement 211, 311 grâce à des effets de température. Le procédé est en outre plus rapide que des procédés connus de l'état de l'art pour un coût également réduit. La sous-couche 101, 201, 201', 301 de nickel peut être utilisée et mélangée partiellement avec l'alliage liquide étain-zinc 211 afin de créer une surface sans barbes avec des propriétés avantageuses quant à la corrosion. Dans le cas du mélange étain-zinc et/ou de la sous-couche 101, 201, 301 de nickel, l'alliage 211, 311 créé a des propriétés thermiques plus avantageuses qu'un alliage classique d'étain pur. Il est possible notamment d'obtenir un alliage 211, 311 possédant des propriétés thixotropiques, pouvant donc faciliter et ainsi améliorer l'insertion des contacts à insertion à force dans les trous de carte à circuit imprimé en se déstructurant sous les contraintes lors de l'insertion, puis en se restructurant une fois l'insertion effectuée et les contraintes relaxées, tout en conservant les propriétés avantageuses du produit final quant à la prévention des barbes. Le coefficient de frottement et les propriétés mécaniques et thermiques des surfaces 207, 307 ainsi obtenues sont améliorés par rapport aux revêtements en étain connus de l'état de l'art.
Il est donc possible d'obtenir des revêtements 211, 311 sans barbes et empêchant la formation ultérieure de barbes, notamment de barbes d'étain, utilisable pour le placage de terminaisons de broches de contacts à insertion à force, mais également pour les trous des cartes à circuit imprimé destinés à recevoir des broches de contact à insertion à force, pour le placages des circuits imprimés eux-mêmes ou d'autres éléments de circuits imprimés, ou plus largement pour tout produit vulnérable aux barbes ou « whiskers ». De plus, l'utilisation du procédé inventif pour plaquer des éléments de circuit imprimé ainsi que de ses variantes et combinaisons possibles, et l'utilisation du revêtement inventif et se variantes, par exemple dans le cas du placage de contacts à insertion à force, permet avantageusement de relaxer les contraintes internes et de stabiliser la structure métallurgique des éléments plaqués et de leur revêtement afin de garantir leur performance. En particulier, les efforts d'insertion de contacts à insertion à force dans des trous correspondants de circuits imprimés sont stabilisés au cours de la durée de vie du produit.
Claims (4)
- REVENDICATIONS1. Procédé de revêtement d'un substrat, dans lequel : un substrat (100) est fourni ayant au moins une surface libre (110) ; une première couche (101) d'un premier matériau est déposée sur la surface libre (110) du substrat (100) ; une deuxième couche (102) d'un deuxième matériau, différent du premier matériau, est déposée sur la première couche (101) ; une troisième couche (103) d'un troisième matériau, différent des premier et deuxième matériaux, est déposée sur la deuxième couche (102) ; caractérisé en ce que le procédé comprend en outre le dépôt d'une couche de protection (104) d'un quatrième matériau, différents des premier, deuxième et troisième matériaux, sur la troisième couche (103) ; et la refusion d'au moins les deuxième (102) et troisième (103) couches parmi les première (101), deuxième (102) et troisième (103) couches, par transfert de chaleur par contact thermique sur la couche de protection (104), la couche de protection (104) évitant une oxydation au moins de la troisième couche (103).
- 2. Procédé de revêtement d'un substrat selon la revendication 1, dans lequel le matériau de la couche de protection (104) est choisi de telle sorte qu'il ne se mélange pas avec les première (101), deuxième (102) et troisième (103) couches pendant l'étape de refusion.
- 3. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température de l'étape de refusion est 1,5 à 3 fois plus élevée que la température de fusion du troisième matériau (103), 0,8 à 1,5 fois plus élevée que la température de fusion du deuxième matériau (102), et est inférieure ou égale à la température de fusion du premier matériau (101) et/ou du substrat (100).
- 4. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le quatrième matériau (104) est un mélange de poudre de graphite et de charbon actif microcristallin, en particulier un mélange de 80% à 95% de graphite et le reste de charbon actif monocristallin, plus en particulier un mélange de 90% de graphite et de 10% de charbon actif monocristallin.5. 6. 7. 8. 9. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premier (101), deuxième (102) et troisième (103) matériaux sont ou comprennent des matériaux métalliques, en particulier des métaux élémentaires. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le troisième matériau (103) est le matériau ayant le point de fusion le plus bas parmi les points de fusion des premier (101), deuxième (102) et troisième (103) matériaux. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième matériau (102) a une température de fusion de 1,5 à 3 fois supérieure à celle du troisième matériau (103). Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat (100) et/ou le premier matériau (101) ont une température de fusion au moins 2 à 3 fois plus élevée que la température de fusion du deuxième matériau (102). Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le quatrième matériau (104) a une capacité thermique massique 2 à 3 fois plus élevée que celle des deuxième (102) et troisième (103) matériaux. 10. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau (101) est ou comprend du nickel, et/ou le deuxième matériau (102) est ou comprend du zinc ou de l'antimoine, et/ou le troisième matériau (103) est ou comprend de l'étain et/ou de l'argent. 11. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température de l'étape de refusion est au moins de 350 °C, en particulier comprise dans la plage de 350 °C à 600 °C, plus en particulier dans la plage de 380 °C à 580 °C, encore plus en particulier dans la plage de 400 °C à 550 °C.- 23 12. Procédé de revêtement d'un substrat selon la revendication 12, dans lequel la durée de l'étape de refusion varie au minimum entre 1 seconde et 15 secondes, en particulier entre 2 secondes et 10 secondes, plus en particulier entre 3 secondes et 7 secondes. 13. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur de la première couche (101) est comprise dans la plage de 0,05 pm à 5 pm, et/ou l'épaisseur de la deuxième couche (102) est comprise dans la plage de 0,05 pm à 5 pm, et/ou l'épaisseur de la troisième couche (103) est comprise dans la plage de 0,05 pm à 2,5 pm. 14. Procédé de revêtement d'un substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre le retrait de la couche de protection (104) après l'étape de refusion. 15. Revêtement (223, 323) pour élément métallique emboîtable (200, 300), caractérisé en ce que le revêtement (223, 323) comprend une couche barrière de diffusion (201', 301) et une couche structure de solidification multi-phase composée d'un alliage d'au moins deux métaux (211, 311) et ayant des propriétés thixotropiques. 16. Revêtement (323) pour élément métallique emboîtable (300) selon la revendication 15, comprenant en outre une couche tampon (302') entre la couche barrière de diffusion (301) et la couche structure de solidification (311). 17. Revêtement (223, 323) pour élément métallique emboîtable (200, 300) selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par un procédé selon l'une des revendications 1 à 14. 18. Revêtement (223, 323) pour élément métallique emboîtable (200, 300) selon l'une des revendication 15 à 17, dont la structure de solidification comprend du zinc et de l'étain dans les proportions de 85% à 95% en masse d'étain déposé pour 5% à 15% en masse de zinc déposée, en particulier 90% en masse d'étain déposée pour 10% en masse de zinc déposée, ou de 5% à 15% en masse d'étain déposée pour 85% à 95% en masse de zinc déposée, en particulier 10% en masse d'étain déposée pour 90% en masse de zinc déposée, ou de 42% à 52% en massed'étain déposée pour 58% à 48% en masse de zinc déposée, en particulier 47% en masse d'étain déposée pour 53% en masse de zinc déposée, ou de 69% à 79% en masse d'étain déposée pour 21% à 31% en masse de zinc déposée, en particulier 74% en masse d'étain déposée pour 26% en masse de zinc déposée, ou de 18% à 28% en masse d'étain déposée pour 72% à 82% en masse de zinc déposée, en particulier 23% en masse d'étain déposée pour 77% en masse de zinc déposée. 19. Broche de contact à insertion à force plaquée avec un revêtement pour élément métallique emboîtable selon l'une des revendications 15 à 18. 20. Broche de contact à insertion à force plaquée avec un revêtement fabriqué par un procédé selon l'une des revendications 1 à 14. 21. Trou de contact d'insertion à force de circuit imprimé plaqué avec un revêtement pour élément métallique emboîtable selon l'une des revendications 15 à 18. 22. Trou de contact d'insertion à force de circuit imprimé plaqué avec un revêtement fabriqué selon l'une des revendications 1 à 14. 20 23. Circuit imprimé comprenant au moins un élément plaqué avec un revêtement pour élément métallique emboîtable selon l'une des revendications 15 à 18. 24. Circuit imprimé comprenant au moins un élément plaqué avec un revêtement 25 fabriqué par un procédé selon l'une des revendications 1 à 14.
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