FR2999330A1

FR2999330A1 - Procede de fabrication d'un bouton poussoir sur un circuit imprime avec une zone de contact renforcee

Info

Publication number: FR2999330A1
Application number: FR1203319A
Authority: FR
Inventors: Tanguy Blot
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-13
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: FR2999330B1

Abstract

L'invention se situe dans le domaine des interfaces homme-machine . Elle concerne un procédé de réalisation d'un bouton poussoir sur un circuit imprimé présentant un haut niveau de fiabilité. Le procédé comprend : ▪ une première étape (21) de gravure d'une couche de matériau conducteur du circuit imprimé de manière à détourer des zones de conduction électrique, l'une des zones formant une première empreinte apte à venir en contact électrique avec un élément conducteur mobile de l'interrupteur à bouton poussoir, ▪ une deuxième étape (22) de masquage des zones de conduction électrique autres que la première empreinte, et ▪ une troisième étape (23) de dépôt électrolytique d'une couche d'un alliage conducteur présentant une dureté Vickers supérieure ou égale à 80 HV sur la première empreinte.

Description

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN BOUTON POUSSOIR SUR UN CIRCUIT IMPRIMÉ AVEC UNE ZONE DE CONTACT RENFORCÉE L'invention se situe dans le domaine des interfaces homme-machine. Elle concerne un procédé de réalisation d'un bouton poussoir sur un circuit imprimé présentant un haut niveau de fiabilité.

Les interrupteurs à bouton poussoir sont largement utilisés comme moyens d'activation dans les interfaces homme-machine. Un bouton poussoir comprend généralement une zone de contact périphérique et une zone de contact centrale formées par gravure sur une face d'un circuit imprimé, un dôme métallique fixé sur la zone de contact périphérique, et un poussoir permettant de déformer le dôme de manière à ce que son sommet vienne en contact avec la zone de contact centrale. Le dôme permet alors de court-circuiter la zone de contact périphérique avec la zone de contact centrale. Les activations répétées de l'interrupteur à bouton poussoir entraînent une usure par frottements de la couche métallique formant la zone de contact centrale. Cette usure peut se traduire dans un premier temps par un mauvais contact électrique, pouvant engendrer des arcs électriques. Dans un deuxième temps, l'usure peut entraîner une perte totale du contact électrique, c'est-à-dire une défaillance du bouton poussoir. De manière classique, les pistes conductrices du circuit imprimé, et en particulier les zones de contact utilisées pour le bouton poussoir, sont réalisées par gravure d'une couche de cuivre déposée sur une face du substrat. Il est possible de renforcer les pistes conductrices par un dépôt chimique étain-plomb. Ce dépôt permet en outre d'éviter l'oxydation du cuivre. Cependant, la durée de vie d'un interrupteur à bouton poussoir utilisant des pistes renforcées par un dépôt étain-plomb dépasse rarement quelques centaines d'activations. Dans certaines applications critiques, par exemple dans le domaine de l'aviation, cette durée de vie est largement insuffisante. Par exemple, un bouton poussoir implanté sur une planche de bord d'un aéronef doit en général pouvoir être activé plusieurs millions de fois avant de présenter une défaillance. Une solution consiste à appliquer sur les pistes conductrices, à la place ou en plus de la couche étain-plomb, une couche d'or-cobalt. Cette couche est appliquée chimiquement ou par dépôt électrolytique sur toute la surface de cuivre, préalablement à l'étape de gravure des pistes conductrices. Un dépôt d'or-cobalt sur toute la surface de cuivre peut être réalisé relativement facilement. En particulier, contrairement à un dépôt électrolytique réalisé uniquement sur les pistes conductrices, un dépôt global ne nécessite pas de prévoir un raccordement des différentes pistes conductrices à une source d'alimentation électrique pour former des électrodes. Cependant, cette solution présente différents inconvénients. Un premier inconvénient est que la couche d'or-cobalt fragilise les brasures étain-plomb réalisées pour l'implantation des composants électroniques sur le circuit imprimé. Un autre inconvénient est que la couche d'or-cobalt résiste mieux à la solution du bain de gravure que le cuivre. Ainsi, au niveau des zones gravées, la couche de cuivre est davantage creusée que la couche d'or-cobalt. Les bords de la couche d'or-cobalt se trouvent ainsi sans appui sur la couche de cuivre et peuvent former des filaments ou des copeaux susceptibles de créer des courts-circuits. Tel est notamment le cas pour un interrupteur à bouton poussoir. Un filament d'or-cobalt appartenant à la zone de conduction centrale peut se former et établir un contact électrique avec le dôme métallique.

Un but de l'invention est de remédier à tout ou partie des inconvénients précités en fournissant un interrupteur à bouton poussoir présentant une longue durée de vie sans risque de court-circuit. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un interrupteur à bouton poussoir sur un circuit imprimé comprenant un substrat et une couche de matériau conducteur électrique sur l'une des faces du substrat, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : - une étape de gravure de la couche de matériau conducteur, de manière à détourer des zones de conduction électrique, l'une des zones formant une première empreinte apte à venir en contact électrique avec un 30 élément conducteur mobile de l'interrupteur à bouton poussoir, et - une étape de dépôt électrolytique d'une couche d'un alliage conducteur présentant une dureté Vickers supérieure ou égale à 80 HV sur la première empreinte.

Le procédé comprend de préférence, entre l'étape de gravure et l'étape de dépôt électrolytique, une étape de masquage des zones de conduction électrique autres que la première empreinte, de manière à permettre un dépôt électrolytique uniquement sur la première empreinte.

Le procédé peut aussi comporter, en outre, une étape de réalisation d'un premier moyen de connexion apte à connecter la première empreinte à une source d'alimentation électrique. L'étape de dépôt électrolytique comprend alors une sous-étape consistant à plonger le circuit imprimé dans un bain électrolytique, et une sous-étape consistant à appliquer une différence de potentiel entre le premier moyen de connexion et une électrode plongée dans le bain électrolytique. L'étape de réalisation du premier moyen de connexion comprend 15 par exemple une étape de réalisation d'un premier trou métallisé connecté à un plan de masse, et l'étape de gravure la formation d'une première piste conductrice reliant le premier trou métallisé à la première empreinte. Selon une forme particulière de réalisation, l'une des zones de 20 conduction électrique forme une deuxième empreinte destinée à être reliée à l'élément conducteur mobile de l'interrupteur à bouton poussoir, la deuxième empreinte n'étant pas masquée lors de l'étape de masquage de manière à ce qu'une couche d'alliage conducteur soit aussi déposée sur la deuxième empreinte lors de l'étape de dépôt électrolytique. Le procédé peut alors 25 comporter une étape de réalisation d'un deuxième moyen de connexion apte à connecter la deuxième empreinte à une source d'alimentation électrique, l'étape de dépôt électrolytique comprenant une sous-étape consistant à plonger le circuit imprimé dans un bain électrolytique, et une sous-étape consistant à appliquer une différence de potentiel entre le deuxième moyen 30 de connexion et une électrode plongée dans le bain électrolytique. Selon une première forme de réalisation, l'étape de réalisation du deuxième moyen de connexion comprend une étape de réalisation d'un deuxième trou métallisé connecté à un plan de masse, l'étape de gravure comprenant la formation d'une deuxième piste conductrice reliant le deuxième trou métallisé à la deuxième empreinte. De préférence, le procédé comprend, suite à l'étape de dépôt 5 électrolytique, une étape de suppression du ou des moyens de connexion. Selon une deuxième forme de réalisation, l'étape de réalisation du deuxième moyen de connexion comprend une étape de réalisation d'un deuxième trou métallisé sur la deuxième empreinte connectant la deuxième 10 empreinte à un plan de masse. L'étape de dépôt électrolytique est par exemple réalisée de manière à obtenir une couche d'alliage conducteur de l'ordre d'un micromètre. L'alliage conducteur peut notamment être à base d'or. Il s'agit 15 par exemple d'un alliage d'or-cobalt ou d'un alliage d'or-nickel. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard de dessins annexés sur lesquels : 20 - la figure 1 représente schématiquement, dans une vue en coupe, un exemple d'interrupteur à bouton poussoir réalisé sur un circuit imprimé ; - la figure 2 représente, par un logigramme, un exemple d'étapes du procédé de fabrication d'un interrupteur à bouton poussoir selon 25 l'invention ; - la figure 3 représente, dans une vue de dessus, une partie d'un premier exemple de circuit imprimé obtenu par le procédé selon l'invention ; - la figure 4 représente, dans une vue de dessus, une partie d'un deuxième exemple de circuit imprimé obtenu par le procédé selon 30 l'invention ; - la figure 5 représente schématiquement, dans une vue en coupe, un exemple d'interrupteur à bouton poussoir réalisé conformément au procédé selon l'invention.

La figure 1 représente schématiquement, dans une vue en coupe, un exemple d'interrupteur à bouton poussoir réalisé sur un circuit imprimé. Le circuit imprimé 10 comprend un substrat 11, une couche de cuivre 12 déposée sur une face du substrat 11, et une couche d'or-cobalt 13 déposée sur toute la surface de la couche de cuivre 12. La couche de cuivre 12 et la couche d'or-cobalt 13 ont été gravées de manière à détourer différentes zones de conduction électrique. En particulier, le circuit imprimé 10 est gravé de manière à former une zone de contact centrale 13A et une zone de contact périphérique 13B. Ces zones 13A et 13B sont isolées électriquement l'une de l'autre par une zone gravée 14. Un dôme métallique 15 est monté sur le circuit imprimé 10. Plus précisément, la base du dôme est connectée à la zone de contact périphérique 13B. Le dôme 15 présente des propriétés élastiques de sorte qu'une pression sur son sommet engendre sa déflexion jusqu'à provoquer le contact du dôme 15 avec la zone de contact centrale 13A. Dans cet exemple de réalisation, le dépôt de la couche d'or-cobalt 13 est réalisé préalablement à la gravure. Dans la mesure où la couche d'or-cobalt 13 résiste mieux que la couche de cuivre 12 à la solution du bain de gravure, les bords de la couche d'or-cobalt 13 sont susceptibles de former des filaments 16, également appelés cheveux d'ange, voire des copeaux.

Ces filaments ou copeaux 16 peuvent entrer en contact avec le dôme métallique 15, court-circuitant ainsi l'interrupteur de façon permanente. La figure 2 représente, par un logigramme, un exemple d'étapes pouvant être mises en oeuvre dans le procédé de fabrication d'un interrupteur à bouton poussoir selon l'invention. On considère à titre d'exemple un circuit imprimé comprenant un substrat, une couche de matériau conducteur déposée sur une face du substrat, et une couche de vernis photosensible recouvrant la couche de matériau conducteur. Le substrat est par exemple de la résine époxy ou de fibre de verre. Le matériau conducteur est en général du cuivre. Dans une première étape 21, le circuit imprimé est gravé. L'étape de gravure 21 consiste à détourer différentes zones de conduction électrique dans la couche de matériau conducteur. De manière classique, l'étape de gravure 21 comprend une première sous-étape consistant à exposer à un rayonnement ultraviolet les différentes zones de la couche de vernis que l'on souhaite éliminer, et une deuxième sous-étape consistant à tremper le circuit imprimé dans une solution révélatrice, par exemple une solution oxalique d'hydroxyde de sodium. La figure 3 représente, dans une vue de dessus, une partie d'un 5 premier exemple de circuit imprimé pouvant être obtenu par le procédé selon l'invention. Le circuit imprimé 30 comprend notamment une zone 31 sur laquelle sont formées des zones de conduction électrique pour l'interrupteur, et une piste conductrice 32. Les zones de conduction électrique comportent une zone de contact centrale 13A et une zone de contact périphérique 13B 10 séparées par une zone gravée 14. La zone de contact centrale 13A prend par exemple la forme d'une pastille, et la zone de contact périphérique 13B la forme d'un anneau hexagonal ouvert entourant la zone de contact centrale 13A. La zone de contact centrale 13A et la zone de contact périphérique 13B sont appelées de manière générique des empreintes. Ces empreintes 15 peuvent prendre différentes formes. Dans une deuxième étape 22 du procédé de fabrication d'un interrupteur à bouton poussoir selon l'invention, les zones de conduction électrique du circuit imprimé 30 autres que la zone 31 sont masquées. Le 20 masquage consiste par exemple à appliquer un film sec sur la face du substrat sur laquelle a été déposée la couche de matériau conducteur. Dans une troisième étape 23, un dépôt électrolytique d'un alliage conducteur présentant une dureté Vickers supérieure ou égale à 80 HV est réalisé sur le circuit imprimé 30. Il peut s'agir notamment d'un alliage à base d'or, comme 25 l'or-cobalt ou l'or-nickel. L'alliage contient de préférence au moins 50% en poids d'or. Il est à noter que tout matériau présentant de bonnes propriétés de conduction électrique peut être utilisé. Pour la suite de la description, on considère un alliage d'or-cobalt. L'étape 23 de dépôt électrolytique permet d'appliquer une couche d'or-cobalt uniquement sur les zones de conduction 30 électrique non masquées, c'est-à-dire sur la zone de contact centrale 13A et sur la zone de contact périphérique 13B. De préférence, la couche d'or-cobalt présente au minimum une épaisseur d'un micromètre. Sur la figure 3, la couche d'or-cobalt est représentée par des hachures distinctes de celles représentant la couche de matériau conducteur. L'étape 23 comporte par 35 exemple une première sous-étape consistant à plonger le circuit imprimé 30 dans une solution électrolytique d'or-cobalt, et une deuxième sous-étape consistant à appliquer une différence de potentiel entre, d'une part, une première électrode plongée dans la solution électrolytique et, d'autre part, la zone de contact centrale 13A et la zone de contact périphérique 136. La zone de contact centrale 13A et la zone de contact périphérique 13B forment ainsi une deuxième électrode. L'alimentation électrique de cette deuxième électrode peut être réalisée en formant des moyens de connexion sur le circuit imprimé 30 aptes à être reliés à une alimentation électrique. Les moyens de connexion peuvent être formés à tout moment avant l'étape 23 de dépôt électrolytique, et notamment lors de l'étape 21 de gravure. On considère à titre d'exemple que le circuit imprimé 30 comprend une couche métallisée formant un plan de masse. Cette couche métallisée peut être réalisée sur la face du substrat opposée à la face sur laquelle sont gravées les zones de conduction électrique, ou correspondre à l'une des couches métallisées d'un circuit imprimé multicouche. Les moyens de connexion peuvent alors comporter, comme représenté sur la figure 3, une première piste conductrice 34A reliée à la zone de contact centrale 13A par la piste conductrice 32, une deuxième piste conductrice 34B reliée à la zone de contact périphérique 136, un premier trou métallisé 35A reliant la première piste conductrice 34A au plan de masse, et un deuxième trou métallisé 35B reliant la deuxième piste conductrice 34B au plan de masse. Un connecteur, non représenté, peut être implanté sur le circuit imprimé de manière à relier le plan de masse à un circuit extérieur. Afin d'éviter que les moyens de connexion utilisés pour l'étape 23 de dépôt électrolytique ne forment des antennes lors de l'utilisation du circuit imprimé, il est préférable de les supprimer après le dépôt électrolytique. Ainsi, avantageusement, les trous métallisés 35A et 35B sont disposés à la périphérie du circuit imprimé 30, de manière à permettre leur suppression par un découpage du circuit imprimé. Par ailleurs, les pistes conductrices 34A et 34B ont de préférence une faible largeur, par exemple de l'ordre de 60 micromètres. Ces pistes peuvent ainsi être retirées aisément, par exemple par un scalpel à ultrasons ou en y faisant passer un courant électrique de forte amplitude. La figure 4 représente, dans une vue de dessus, une partie d'un 35 deuxième exemple de circuit imprimé obtenu à l'issue de l'étape 23 de dépôt électrolytique. Par rapport au circuit de la figure 3, le circuit imprimé 40 de la figure 4 comprend un trou métallisé 456 réalisé directement dans la zone de contact périphérique 13B. Aucune piste conductrice n'est alors nécessaire entre la zone de contact périphérique 13B et le trou métallisé 45B. Ce mode de réalisation des moyens de connexion pour le dépôt électrolytique tire profit du fait que la zone de contact périphérique 13B est généralement reliée au plan de masse pour le fonctionnement de l'interrupteur à bouton poussoir. Après l'étape 23 de dépôt électrolytique, le procédé de fabrication du bouton poussoir peut comprendre d'autres étapes. En particulier, le procédé comprend normalement une étape consistant à fixer un dôme métallique sur la zone de contact périphérique 13B. Il est à noter que le dôme métallique pourrait être remplacé par tout autre moyen comprenant au moins un élément mobile en contact permanant avec la zone de contact périphérique 13B, et apte à venir en contact avec la zone de contact centrale 13A. La figure 5 représente schématiquement, dans une vue en coupe, un exemple d'interrupteur à bouton poussoir réalisé selon le procédé de la figure 2. L'interrupteur est réalisé sur un circuit imprimé 50 et comprend, comme l'interrupteur de la figure 1, un substrat 11, une couche de cuivre 12 et un dôme métallique 15. Une couche d'or-cobalt 53 a été déposée après l'étape de gravure 21. En plus d'empêcher la formation de filaments, le procédé selon l'invention présente l'avantage que la couche d'or-cobalt 53 recouvre également les parois de la couche de cuivre 12 au niveau de la zone gravée 14, limitant ainsi l'oxydation de la couche de cuivre 12. Le procédé de fabrication d'un bouton poussoir selon l'invention a été décrit en considérant qu'une couche d'or-cobalt est appliquée à la fois sur la zone de contact centrale et sur la zone de contact périphérique. Il est néanmoins possible de n'appliquer la couche d'or-cobalt que sur la zone de contact centrale. Dans ce cas l'étape 22 de masquage est adaptée pour masquer toutes les zones de conduction électrique du circuit imprimé, hormis la zone de contact centrale.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un interrupteur à bouton poussoir sur un circuit imprimé (30, 40, 50) comprenant un substrat (11) et une couche de matériau conducteur électrique (12) sur l'une des faces du substrat, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : - une étape (21) de gravure de la couche de matériau conducteur (12), de manière à détourer des zones de conduction électrique (13A, 13B, 32), l'une des zones formant une première empreinte (13A) apte à venir en contact électrique avec un élément conducteur mobile (15) de l'interrupteur à bouton poussoir, et 10 - une étape (23) de dépôt électrolytique d'une couche d'un alliage conducteur (53) présentant une dureté Vickers supérieure ou égale à 80 HV sur la première empreinte (13A).
2. Procédé selon la revendication 1 comprenant, entre l'étape 15 (21) de gravure et l'étape (23) de dépôt électrolytique : - une étape (22) de masquage des zones de conduction électrique (13B, 32) autres que la première empreinte, de manière à permettre un dépôt électrolytique uniquement sur la première empreinte (13A). 20
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 comprenant, en outre : - une étape de réalisation d'un premier moyen de connexion (34A, 35A) apte à connecter la première empreinte (13A) à une source d'alimentation électrique, 25 l'étape (23) de dépôt électrolytique comprenant une sous-étape consistant à plonger le circuit imprimé (30, 40) dans un bain électrolytique, et une sous-étape consistant à appliquer une différence de potentiel entre le premier moyen de connexion (34A, 35A) et une électrode plongée dans le bain électrolytique. 30
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape de réalisation du premier moyen de connexion comprend : - une étape de réalisation d'un premier trou métallisé (35A) connecté à un plan de masse, l'étape (21) de gravure comprenant la formation d'une première piste conductrice (34A) reliant le premier trou métallisé (35A) à la première empreinte (13A).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes prise avec la revendication 2, dans lequel l'une des zones de conduction électrique forme une deuxième empreinte (13B) destinée à être reliée à l'élément conducteur mobile (15) de l'interrupteur à bouton poussoir, la deuxième empreinte (13B) n'étant pas masquée lors de l'étape (22) de masquage de manière à ce qu'une couche d'alliage conducteur (53) soit aussi déposée sur la deuxième empreinte (13B) lors de l'étape (23) de dépôt électrolytique.
6. Procédé selon la revendication 5 comprenant, en outre : - une étape de réalisation d'un deuxième moyen de connexion (34B, 35B, 45B) apte à connecter la deuxième empreinte (136) à une source 20 d'alimentation électrique, l'étape (23) de dépôt électrolytique comprenant une sous-étape consistant à plonger le circuit imprimé (30, 40) dans un bain électrolytique, et une sous-étape consistant à appliquer une différence de potentiel entre le deuxième moyen de connexion (34B, 35B, 45B) et une électrode plongée dans le bain 25 électrolytique.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape de réalisation du deuxième moyen de connexion comprend : - une étape de réalisation d'un deuxième trou métallisé (356) connecté 30 à un plan de masse, l'étape (21) de gravure comprenant la formation d'une deuxième piste conductrice (34B) reliant le deuxième trou métallisé (35B) à la deuxième empreinte (13B).
8. Procédé selon l'une des revendications 3, 4, 6 et 7 comprenant, suite à l'étape (23) de dépôt électrolytique : - une étape de suppression du ou des moyens de connexion (34A, 35A, 34B, 35B).
9. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape de réalisation du deuxième moyen de connexion comprend : - une étape de réalisation d'un deuxième trou métallisé (45B) sur la deuxième empreinte (13B) connectant la deuxième empreinte (13B) à un 10 plan de masse.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape (23) de dépôt électrolytique est réalisée de manière à obtenir une couche d'alliage conducteur (53) de l'ordre d'un micromètre. 15
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'alliage conducteur (53) est à base d'or.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'alliage 20 conducteur (53) est un alliage d'or-cobalt.