WO2010076486A1 - Method for manufacturing a connector element including a substrate on which a layer of gold is deposited - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method of manufacturing a connector element comprising a substrate on which a layer of gold is deposited.
- Connector element means a part of a connector intended to make electrical contact with another part; the connectors generally comprise male or female parts intended to be placed in contact with other parts, respectively female or male, of another part.
- a connector member is made from a metal strip or bar on which metal deposits are made. They can be shaped, in particular by machining, cutting, folding, or any other suitable technique, in order to obtain a desired form of connector element.
- Connector elements have many applications in electrical devices, as well as in electronic circuits.
- a standard connector element comprises three superimposed main parts:
- a substrate especially of copper. It is noted that copper naturally develops a layer of insulating oxide in prolonged contact with the air. It is advisable to cover the copper to avoid this inconvenience. It is also possible to use brass as a substrate and to obtain a softer substrate than a pure copper substrate;
- a nickel deposit generally of thickness of at least 1.2 to about 4 microns. It serves as a diffusion barrier and can compensate for the low hardness of the gold deposit which is by nature relatively soft.
- This electrolytic deposit of nickel has an adverse environmental impact that often makes the use of water reprocessing stations necessary.
- the electrolytic nickel deposition process slows down the production speed of the connector elements.
- the porosity of the nickel electrolytic deposition may have an initiating effect on the porosity of the electrolytic deposition of gold.
- an electrolytic deposit of gold in general of 0.1 to 0.8 ⁇ m in thickness, or even up to 1.2 ⁇ m in thickness in the case of automotive connections where it is sought to reduce the thickness without degrading its porosity, in other words without reducing its anti-corrosion character.
- Intermetallic growths are likely to occur in each layer and can give rise to internal shear forces that may create gaps in the layers that are likely to amplify the heating phenomenon. Lateral displacements of the contact surfaces can occur and enhance the wear phenomena produced by the mechanical vibrations. Eventually, the connector element is degraded and no longer performs its function.
- Gold is a metal known for its qualities of stainless, its insensitivity to corrosive agents such as sulfuric acid.
- the regal water is one of the rare mixtures allowing the attack of gold.
- Gold is a good electrical conductor. Its conductivity is only slightly worse than that of copper.
- the connector industry uses gold extensively as an anti-corrosion coating to protect the connector elements while maintaining their ability to pass current.
- the deposit of gold is usually done electrolytically.
- the gold deposit is then in the form of a lamellar structure traversed in places by opening pores which have the effect of limiting or even destroying its anticorrosion power.
- the formation of these pores is inherent to the gold deposition process by the electrolytic route. These pores tend to form all the more easily as the thickness of gold is low.
- the gold deposits are about 0.8 microns and have a porosity resulting in pores whose diameters can reach 1 micron.
- the connector elements operate in air which generally contains a small amount of SO 2 , NO 2 and Cl 2 .
- the porosity of the gold deposits is likely to pass these corrosive agents which eventually form on the surface of the connector elements corrosion products consisting of nitride, sulfate and chloride copper, nickel or zinc. The appearance of these corrosion products can cause a malfunction of the connector element.
- the invention aims to overcome the limitations, disadvantages and technical problems described above.
- the invention thus proposes a method of manufacturing a connector element comprising a substrate on which is deposited a gold layer comprising the following successive steps: a) supplying a substrate; b) ion beam bombardment treatment with a surface of the substrate where the ions are selected from the ions of the atoms of the list consisting of helium (He), nitrogen (N), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe); c) depositing a porous gold layer electrolytically on the thus treated surface of the substrate; d) ion bombardment treatment with an ion beam of the porosity of the porous gold layer where the ions are selected from the ions of the atoms of the list consisting of helium (He), nitrogen (N) ), neon (Ne), argon (Ar), Krypton (Kr), xenon (Xe).
- gold layer means a layer composed essentially of gold or gold alloy.
- step d) of the present process it is thus possible thanks to step d) of the present process to reduce or eliminate the porosity of the gold deposit which are coated substrates used in the connection.
- ion beam means ions originating from one or a plurality of ion sources and directed towards the same target.
- An ion beam from a plurality of sources thus consists of a plurality of elementary beams.
- the treatment of the gold deposit preserves the initial color. Thanks to the method of the present invention, the treatment of the substrate and the gold deposit does not require long processing times.
- the treatment of the substrate and the gold deposit is inexpensive and allows its use in an industrial setting, its cost should not be prohibitive compared to the costs of other processes.
- the present method preserves the geometry of the connector elements and avoids the risk of unwanted deformations.
- the treatment of a surface of the substrate in step b) makes it possible to limit the risks of corrosion of this substrate and / or to increase the hardness thereof.
- Ion bombardment treatment with an ion beam of a surface of the substrate and the porous gold layer provides the designer of a connector element with multiple new possibilities and allows it to overcome the usual constraints of design that usually limited the proposed configurations. It is thus possible in particular to reduce the thicknesses of the nickel and / or gold layers. It is even possible to completely get rid of the nickel layer.
- a surface of the ionically bombarded substrate in step b) is copper or copper alloy.
- This surface of copper or alloy is generally that on which the gold will be deposited. It is also possible to treat a copper or copper alloy surface on which a layer of nickel will be deposited before the deposit of the gold.
- the ionic bombardment treatment of the copper surface can be carried out under the following conditions:
- the ions of the beam of step b) are chosen from the ions of the atoms Ar, Kr, Xe and their energy is between 10 keV and 400 keV; according to one embodiment, the dose of ions thus implanted is between 10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 ; the ions of the beam of step b) are ions of nitrogen atoms, N, and their energy is between 10 keV and 400 keV; according to one embodiment, the dose of ions thus implanted is between 10 16 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 ;
- the ions of the beam of step b) are ions of helium atoms, He, and their energy is between 10 keV and 400 keV; according to a mode of realization, the dose of ions thus implanted is between 10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 .
- a surface of the substrate treated by ion bombardment in step b) is made of nickel or nickel alloy, for example deposited electrolytically on a surface of copper or copper alloy .
- the surface treatment of nickel or nickel alloy can be carried out under the following conditions considered one by one or in combination: the ions of the beam of step b) are chosen from the ions of the atoms of
- He, N, Ne, Ar, Kr, Xe and their energy is between 10 keV and 400 keV;
- the angle of incidence ( ⁇ ) of the ion beam is substantially coincident with the normal to the surface of the metal deposit to be treated. Under these conditions, it is found that the rearrangement of the material of the porous metal deposit is less effective than under the above conditions. This lower efficiency can be compensated by a rearrangement of the surface of the substrate. Indeed, when the angle of incidence of the beam is substantially coincident with the normal to the surface of the metal deposit, the inventors were able to see that the beam ions could propagate through the pores of the deposit and reach the substrate. This effect is very significant when the pores are substantially cylindrical in shape and open on the surface of the metal deposit and on the surface of the substrate. The ions interacting with the substrate are then likely to allow ion implantation in the substrate to improve its properties of hardness and / or corrosion resistance.
- the ion beam of step d) is oriented in two opposite directions with respect to the normal to the surface of the porous gold layer to be treated, in the same plane substantially perpendicular to said surface .
- a beam can be oriented successively in two opposite directions with respect to the normal or several elementary beams of the same ion beam can be simultaneously oriented in two opposite directions with respect to the normal to the surface of the beam. the gold layer to be treated. The inventors have found that under these conditions, the efficiency of the porosity treatment is greatly improved compared to the use of a beam oriented in a single direction.
- the ion beam of step d) is oriented relative to the surface of the porous metal deposit at a plurality of angles of incidence and / or a plurality of planes substantially perpendicular to the surface. of the metal deposit to be treated.
- a beam can be oriented successively at a plurality of angles of incidence and / or a plurality of planes substantially perpendicular to the surface of the metal deposit or several elementary beams of the same ion beam can be simultaneously oriented at a plurality of angles of incidence and / or a plurality of planes substantially perpendicular to the surface of the metal deposit.
- the ion beam of step d) is oriented successively at the same angle of incidence ⁇ , and in four directions which are deduced by a rotation of 90 ° with respect to the axis perpendicular to the surface, namely with respect to the normal to the surface of the metal deposit to be treated.
- step d which can be combined:
- the total dose of implanted ions is calculated so as to allow at least once the displacement of each metal atom in the implantation depth; the dose of ions implanted in the gold layer is between
- the extraction voltage of the ion beam is greater than or equal to 10 kV.
- the ion beam of step b) and / or step d) is emitted by a cyclotron resonance source (ECR).
- ECR cyclotron resonance source
- step d when an accelerated ion enters a material, it gives up by atomic collision a part of its energy to the atoms situated in its path. These atoms in turn cause collisions that provide a cascading ballistic mixing of the material.
- This ballistic mixing is all the more effective as the incident ion is heavy. This ballistic mixing is evaluated by the number of collisions per unit of travel that an incident ion can cause in a given material.
- the porosity of electrolytically deposited gold deposits is a pore distribution whose diameter can vary from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m through a thickness of approximately 0.8 ⁇ m. We seek to reduce these thicknesses to 0.2 microns.
- the method of the invention proposes to treat the gold deposit with a dose of ions that makes it possible to stir at least once the implantation thickness.
- the ions have an energy which must allow them to cross partially or totally the deposit.
- the treatment is more effective than the implantation depth, so the energy of the ions is high.
- the inventors have furthermore found that it may be advantageous to reduce the thickness of gold to allow nitrogen ions to treat not only the ballistic mixing deposit but also the substrate.
- This treatment may be a complementary treatment to that of step d).
- the nitrogen ions implanted in the substrate can, by their action, retard corrosion. For example, it could be treated with nitrogen ions of 70 keV. It would then have a ballistic mixing to waterproof the 0.1 micron gold deposit and a 0.1 micron corrosion barrier in the substrate.
- the method of the invention proposes to treat the metallic deposit, in particular of gold, with four doses, under the same angle of incidence and successively in four directions which are deduced by a rotation of 90 ° by relative to the axis perpendicular to the surface.
- Each dose preferably makes it possible to jost at least once the atoms contained in the thickness of the deposit.
- the minimum angle of incidence of the beam can be determined so that its tangent is equal to the ratio of the pore radius by the thickness of the gold deposit. For example, if the radius is 0.5 ⁇ m and the thickness of the deposit is 0.5 ⁇ m, the beam has an angle of incidence of minus 45 °. There is then an increase in the efficiency of ballistic mixing.
- the implantation strategy may be the following: -
- light ions such as helium which has the advantage of penetrating deeper into the apparent thickness of the gold deposit and to limit the risks of spraying. It is advantageous to ensure that the dose of helium ions does not exceed a few percent to limit the modification of the composition of the gold deposit from an electrical, mechanical or aesthetic point of view.
- the method of the invention recommends according to one embodiment, the use of cyclotron resonance sources known as RCE.
- RCE cyclotron resonance sources
- These sources have the particularity to be compact and produce multicharged ions, so more energy for the same extraction voltage. In addition, these sources are robust and consume little electricity. Given their size, these sources can be arranged in series or in parallel to increase the processing capacity of the machines. Their intensities, of the order of 10 mA, allow bands a few mm wide at speeds of the order of a few meters per minute. These processing speeds are acceptable for the industry.
- the process of the invention proposes, by way of examples, to treat the porosities of gold deposits. It can be used with other metals that have similar porosity problems.
- the energy of the ion beam is preferably greater than or equal to 10 keV. Such energy is selected because it allows to create cascades of atoms following the impact of the ions.
- step b) the following treatment conditions for step b) are proposed:
- Ar ions can be implanted at an incidence of 45 to 80 °, with an energy of
- N ions in particular to improve the resistance to oxidation and corrosion of copper: we can implant N ions at an incidence of 0 °, with an energy of 50 keV to 300 keV, and with a dose of 10 17 to 4.10 17 ion / cm 2 ; in particular with a view to hardening a copper surface: He ions can be implanted at an incidence of 0 °, with an energy of 50 keV to 100 keV, and with a dose of 16 to 10 17 ion / cm 2 ;
- a nickel deposit with a thickness greater than or equal to 0.2 ⁇ m it is possible to implant he ions, with 4 incidences at 45 °, with an energy of 50 keV to 100 keV and with a dose of 10 16 to 10 17 ion / cm 2 ;
- Ar ions can be implanted with 4 incidences at 45 °, with an energy of 50 keV at 400 keV and with a dose of 15 to 10 16 ions / cm 2 .
- the following processing conditions are proposed for step d):
- a nitrogen beam perpendicular to the deposit and energy of the order of 60 keV, or of higher energy allows both efficient mixing and the crossing of the depot;
- a helium beam perpendicular to the deposit and energy of the order of 100 keV, or of higher energy allows both efficient mixing and crossing the depot.
- Table 1 gives examples of choice of parameters for the treatment of porosity in a gold layer, as a function of the ion used (helium or nitrogen), the thickness, e, the deposit gold, radius, R, pores to be treated.
- ⁇ m corresponding to the minimum angle of incidence
- the inventors have found that it may be advantageous to limit to about 5% atomic concentration, the amount of implanted ions in step d) in particular in the case of helium.
- the inventors have found that the treatment by ion bombardment of the substrate and the gold layer was advantageous in terms of hardness.
- the hardness of the gold layer from 2 GPa to 4 GPa
- a nickel deposit from 3 GPa to 6 GPa
- a copper surface from 1 2 GPa at 2.5 GPa
- This slice measures about 10 nm and corresponds to the size of the atomic cascades generated by the atomic collisions of the incident ions.
- the effects accumulate layer by layer for the hardnesses while the effects multiply layer by layer for the resistance to corrosion.
- the overall hardness of a connector element is the sum of the hardnesses of the different layers weighted by their respective thicknesses. If the hardness of a layer of nickel is multiplied by two, it is possible to reduce by 2 the value of its thickness without altering its mechanical behavior under the effect of the same load. If the hardness of the nickel-gold layer is multiplied by 2 and separately, the nickel-gold complex is multiplied by 2.
- the corrosion resistance of a layer is inversely proportional to the probability that a chemical agent will pass through that layer in a given time.
- the corrosion resistance of two superimposed layers numbered 1 and 2 is inversely proportional to the probability that a chemical agent will pass through layer 1 and layer 2, the product of layer 1 and layer resistances. 2. If layer 1 and layer 2 have a corrosion resistance multiplied by 4 after treatment, then the corrosion resistance of these two layers is then multiplied by 16. On the other hand it is expected that the probability that a chemical agent will cross a layer in a given time inversely proportional to the thickness of this layer.
- reducing the thickness of a layer by a factor of 2 reduces the corrosion resistance by a factor of two since the flux of chemical agent released through the layer is twice as great.
- This type of treatment can be extended to Ne, Kr, Xe ions.
- heavier ions such as Ar, Kr or Xe are preferably chosen, which have a higher amorphization power at the same dose but in a lesser thickness, which reduces the processing time.
- High-dose N-bombardment is aimed at creating a corrosion-resistant diffusion barrier.
- the invention also relates to a connector element comprising a substrate and an electrolytically-obtained porous gold layer in which the substrate comprises a copper strip on which a layer of nickel has been deposited and where the porous gold layer has been deposited.
- the nickel layer comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe)
- the porous gold layer comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), Neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) and in that the thickness of the nickel layer is less than or equal to 1 ⁇ m, for example less than or equal to 0.5 ⁇ m, or even less than or equal to 0.2 ⁇ m.
- the invention also relates to a connector element comprising a substrate and an electrolytically-obtained porous gold layer in which the substrate comprises a copper strip on which the porous gold layer has been deposited, wherein the surface of the copper strip comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen
- the porous gold layer comprises implanted atoms, selected from the list consisting of helium (He), nitrogen
- a standard connector element in the automotive industry includes a brass substrate that is less conductive than copper and less prone to corrosion, a 1.2 micron nickel electrolytic deposit, a gold deposit of 1, 2 micron.
- the method of the invention proposes to replace this standard connector element CS by a connector element according to the invention, hereinafter called Cl, consisting of a preferably pure copper substrate. 0.4 micron electrolytic nickel plating and 0.4 micron gold electroplating.
- the overall hardnesses of the connector element C1 and the standard connector element CS are substantially comparable. However, in the case of the connector element C1, there is an improvement in the modulus of elasticity and the interfacial adhesion of the layers.
- the contact surface becomes more resistant to abrasive wear since the production of corrosion residues is reduced and furthermore the contact surface is likely to have a mechanically reinforced hardness; • the contact resistance changes little over time, since the risks of degradation of the contact surface decrease;
- the following example describes a connector element proposed by the method according to the invention to replace a standard connector element.
- a copper or brass strip is bombarded with argon to improve the surface state, nitrogen to a thickness of 0.2 micron to create a corrosion barrier, then with helium to a thickness of 0 , 4 micron to produce hardening.
- a layer of nickel is deposited on copper or brass with a thickness of 0.4 micron and is bombarded with helium to a thickness of 0.4 micron, to increase its hardness and reduce its porosity.
- ions such as argon will be chosen to very quickly treat 0.1 micron thicknesses and nitrogen ions to treat thicknesses of 0.2 microns.
- a layer of gold is deposited on the nickel layer and has a thickness of 0.4 microns. It is bombarded with helium to a thickness of 0.4 micron to increase its hardness and reduce its porosity.
- ions such as argon will be chosen to very quickly treat thicknesses of 0.1 micron and nitrogen ions to treat thicknesses of 0.2 microns.
- the ion bombardment mixture provides good cohesion at the interface between the gold layer and the nickel layer and at the interface between the nickel and the substrate.
- the connector element according to the invention is devoid of a nickel layer and the treatments of copper or brass, and gold are identical to those indicated above.
- FIG. 1 is a schematic sectional view of a gold deposit on a substrate
- FIG. 2 is a diagrammatic sectional view of the implementation of the method according to the invention
- FIG. 3 is a view of potentiometric curves of samples treated according to the invention and of a comparative sample
- FIG. 4 is a view of a device for implementing the present invention.
- the dimensions of the various elements shown in these figures are not necessarily in proportion to their actual dimensions.
- FIG. 1 represents a porous gold deposit 10, of thickness e, deposited on a substrate 20.
- Several types of porosity can exist in the porous gold deposit 10.
- the porosities develop essentially in a direction perpendicular to the surface of the substrate on which the deposit is made.
- the porosities 30 are substantially cylindrical and open on both the substrate and the outer surface of the gold deposit.
- Porosities 32, 36 are closed porosities formed respectively within the gold deposit or at the interface with the substrate.
- Porosities 34 are pores that open onto the outer surface of the metal deposit but do not open onto the substrate.
- the porosities are able to pass corrosive agents and cause corrosion of the substrate.
- the substrate 20 is for example a copper strip or according to another embodiment, a copper strip coated with an electrolytically deposited nickel layer.
- the method according to the invention aims to fill these porosities 30, but is also likely to allow rearrangements of material capable of filling the porosities 32, 34, 36.
- Figure 2 shows the treatment of a pore with an ion beam F.
- the metal deposit 10 is formed on a substrate 20 and its thickness e is determined between the lower face 12 of said deposit in contact with the substrate and the outer opposite face 14.
- a pore 30 is shown, of cylindrical shape and limited by its wall 35 and its bottom 37 corresponding to an area of the substrate 20 on which the gold deposit 10 is deposited.
- an ion beam F is directed on the surface 14 of the deposit.
- the beam is oriented at an angle ⁇ , determined with respect to the normal to the surface 14, where ⁇ is greater than an angle ⁇ m of minimum incidence which has the tangent ratio of the radius R of the pore by the thickness e of the deposit of gold.
- the atoms located at the edge of the pore are stirred and may fill the pore.
- the dotted form is the profile of the pore filled by the atoms which have been stirred on the edges of the pore during implantation.
- the atoms initially present in the zone 16, located between the profile 15 and the wall 35 are moved and fill the area 17 between the profile 15 and the initial bottom 37 of the pore.
- the gold deposit is subjected to two beams oriented at an angle ⁇ , in the same plane perpendicular to the surface 14. It can be seen that this configuration advantageously makes it possible to fill the pore 30.
- FIG. 3 represents the potentiometric curves obtained for:
- Gold deposits were electrolytically deposited on a nickel substrate.
- the deposited gold has a thickness of 0.8 ⁇ m and corresponds to pure gold.
- the solution used is 0.5 M H 2 SO 4.
- the corrosion current is reduced by a factor of 2 for nitrogen, by a factor of 3 to 4 for helium. In both cases, this decrease in the corrosion current reflects the decrease in the porosity due to the treatment.
- the implanted nitrogen dose is four times that of helium. However, a higher efficiency of the treatment with helium is observed. This is explained by the optimization of the ballistic mixing obtained in four perpendicular directions, and under the same angle of incidence of 45 °.
- Fig. 4 shows a tape-running processing machine.
- the band 60 consists of a substrate and a porous gold deposit to be treated.
- a differential vacuum column 56 should be placed between the ECR source 55. Indeed, a vacuum of 10 -6 mbar is required for the production of the plasma in the source and a vacuum of 10 "4 mbar is sufficient to treat the strip in the chamber 57.
- the function of the differential vacuum column 56 is to let the beam F pass while preventing the rise of gases in the plasma chamber.
- the differential vacuum column 56 is equipped with a turbomolecular pumping system for trapping these gas lifts. Two locks, one input, the other output, are equipped with a primary pump system 51 and 54 and turbomolecular 52 and 53 to allow the band 60 to pass and create a vacuum in the treatment chamber 57 .
- a surface of the substrate for example copper or nickel
- electrolytically deposit the gold on the substrate thus treated and proceed to a second pass of the substrate coated by the gold to treat this layer of gold.
- the unwinding speed of the web on the unwinder / rewinder 58, 59 is calculated so as to obtain the dose required to treat the substrate and / or the gold deposit.
- the invention is not limited to the exemplified embodiments and should be interpreted in a nonlimiting manner and encompassing any equivalent embodiment. It should be noted that if examples of gold deposits have been presented, the method according to the invention is also likely to reduce, or even fill, the porosity of deposits of other metals, for example silver, nickel , platinum, zinc, tin or alloys deposited on a substrate to form a connector member.
- other metals for example silver, nickel , platinum, zinc, tin or alloys deposited on a substrate to form a connector member.
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Abstract
The invention relates to a method for manufacturing a connector element including a substrate on which a layer of gold is deposited, which includes the following consecutive steps: a) providing a substrate (20); b) treating a surface of the substrate (20) by ion bombardment using an ion beam, wherein the ions are selected from among He, N, Ar, Kr, Xe; c) depositing a porous layer of gold (10) by electrolytic means onto the thus-treated surface of the substrate (20); d) treating the porosity of the porous layer of gold (10) by ion bombardment using an ion beam, wherein the ions are selected from among He, N, Ne, Ar, Kr, Xe. The method provides connector elements with enhanced properties.
Description
Procédé de fabrication d'un élément de connecteur comprenant un substrat sur lequel est déposée une couche d'or Method of manufacturing a connector element comprising a substrate on which is deposited a layer of gold
L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément de connecteur comprenant un substrat sur lequel est déposée une couche d'or.The invention relates to a method of manufacturing a connector element comprising a substrate on which a layer of gold is deposited.
On entend par « élément de connecteur » une partie d'un connecteur destinée à établir un contact électrique avec une autre pièce ; les connecteurs comprennent en général des parties mâles ou femelles destinées à être mise en contact avec d'autres parties, respectivement femelles ou mâles, d'une autre pièce. En général, un élément de connecteur est fabriqué à partir d'une bande ou d'une barre métallique sur laquelle des dépôts métalliques sont effectués. Ils peuvent être mis en forme, notamment par usinage, découpe, pliage, ou tout autre technique adaptée, afin d'obtenir une forme d'élément de connecteur désirée. Les éléments de connecteur ont de nombreuses applications dans les dispositifs électriques, ainsi dans les circuits électroniques."Connector element" means a part of a connector intended to make electrical contact with another part; the connectors generally comprise male or female parts intended to be placed in contact with other parts, respectively female or male, of another part. In general, a connector member is made from a metal strip or bar on which metal deposits are made. They can be shaped, in particular by machining, cutting, folding, or any other suitable technique, in order to obtain a desired form of connector element. Connector elements have many applications in electrical devices, as well as in electronic circuits.
A titre d'exemple, un élément de connecteur standard comprend trois parties principales superposées :For example, a standard connector element comprises three superimposed main parts:
- un substrat, notamment en cuivre. On note que le cuivre développe naturellement une couche d'oxyde isolante au contact prolongé de l'air. Il convient de recouvrir le cuivre pour éviter cet inconvénient. Il est également possible d'utiliser du laiton comme substrat et d'obtenir un substrat moins mou qu'un substrat en cuivre pur ;a substrate, especially of copper. It is noted that copper naturally develops a layer of insulating oxide in prolonged contact with the air. It is advisable to cover the copper to avoid this inconvenience. It is also possible to use brass as a substrate and to obtain a softer substrate than a pure copper substrate;
- un dépôt de nickel d'épaisseur en général d'au moins 1 ,2 à environ 4 microns. Il sert de barrière de diffusion et peut compenser la faible dureté du dépôt d'or qui est par nature relativement mou. Ce dépôt électrolytique de nickel a un impact environnemental défavorable qui rend souvent nécessaire l'utilisation de stations de retraitement des eaux. Par ailleurs, le procédé de dépôt électrolytique de nickel ralentit la vitesse de production des éléments de connecteurs. Enfin la porosité du dépôt électrolytique de nickel peut avoir un effet d'initiation sur la porosité du dépôt électrolytique d'or.
- un dépôt électrolytique d'or en général de 0,1 à 0,8 μm d'épaisseur, voire jusqu'à 1 , 2 μm d'épaisseur dans le cas de la connectique automobile où l'on cherche à réduire l'épaisseur sans dégrader sa porosité, autrement dit sans réduire son caractère anticorrosion. Ces éléments de connecteurs bien qu'abondamment utilisés dans de nombreuses industries présentent des inconvénients. Ils sont sensibles à des mécanismes de dégradation qui peuvent aboutir à leur mise hors service. On peut penser que les étapes de ce processus sont les suivantes : des composés chimiques agressifs présents dans l'air (comme les sulfures ou les chlorures) infiltrent les porosités de la couche d'or et de nickel. Ils peuvent produire sur la surface de contact l'apparition de résidus de corrosion extrêmement durs. Ces mêmes résidus peuvent provoquer sous l'effet des vibrations mécaniques une abrasion des surfaces de contact. Ceci peut se traduire par une augmentation de la rugosité des surfaces de contact qui peut induire à son tour un accroissement de la résistance de contact. Un échauffement local peut avoir lieu et provoquer une diffusion interatomique des couches. Des croissances intermétalliques sont susceptibles d'apparaitre dans chaque couche et peuvent donner naissance à des forces de cisaillement internes qui risquent de créer dans les couches des espaces vides qui sont susceptibles d'amplifier le phénomène d'échauffement. Des déplacements latéraux des surfaces de contact peuvent se produire et renforcer les phénomènes d'usure produits par les vibrations mécaniques. A terme, l'élément de connecteur est dégradé et ne remplit plus sa fonction.a nickel deposit generally of thickness of at least 1.2 to about 4 microns. It serves as a diffusion barrier and can compensate for the low hardness of the gold deposit which is by nature relatively soft. This electrolytic deposit of nickel has an adverse environmental impact that often makes the use of water reprocessing stations necessary. In addition, the electrolytic nickel deposition process slows down the production speed of the connector elements. Finally, the porosity of the nickel electrolytic deposition may have an initiating effect on the porosity of the electrolytic deposition of gold. an electrolytic deposit of gold in general of 0.1 to 0.8 μm in thickness, or even up to 1.2 μm in thickness in the case of automotive connections where it is sought to reduce the thickness without degrading its porosity, in other words without reducing its anti-corrosion character. These connector elements although widely used in many industries have drawbacks. They are sensitive to degradation mechanisms that can lead to their decommissioning. The steps in this process are likely to be as follows: Aggressive chemical compounds in the air (such as sulphides or chlorides) infiltrate the porosities of the gold and nickel layer. They can produce on the contact surface the appearance of extremely hard corrosion residues. These same residues can cause under the effect of mechanical vibrations an abrasion of the contact surfaces. This can result in an increase in the roughness of the contact surfaces which can in turn induce an increase in the contact resistance. Local heating may take place and cause interatomic diffusion of the layers. Intermetallic growths are likely to occur in each layer and can give rise to internal shear forces that may create gaps in the layers that are likely to amplify the heating phenomenon. Lateral displacements of the contact surfaces can occur and enhance the wear phenomena produced by the mechanical vibrations. Eventually, the connector element is degraded and no longer performs its function.
L'or est un métal connu pour ses qualités d'inoxydabilité, son insensibilité aux agents corrosifs comme par exemple à l'acide sulfurique. L'eau régale compte parmi les rares mélanges permettant l'attaque de l'or. L'or est un bon conducteur électrique. Sa conductivité est à peine moins bonne que celle du cuivre.Gold is a metal known for its qualities of stainless, its insensitivity to corrosive agents such as sulfuric acid. The regal water is one of the rare mixtures allowing the attack of gold. Gold is a good electrical conductor. Its conductivity is only slightly worse than that of copper.
En raison de ses qualités, l'industrie de la connectique utilise massivement l'or comme un revêtement anti-corrosion pour protéger les éléments de connecteurs tout en maintenant leur aptitude à laisser passer le courant.
Dans le domaine de la connectique, le dépôt d'or s'effectue le plus souvent par voie électrolytique.Because of its qualities, the connector industry uses gold extensively as an anti-corrosion coating to protect the connector elements while maintaining their ability to pass current. In the field of connectivity, the deposit of gold is usually done electrolytically.
Le dépôt d'or se présente alors sous la forme d'une structure lamellaire traversée par endroits par des pores débouchant qui ont pour effet de limiter, voire de détruire son pouvoir d'anticorrosion. La formation de ces pores est inhérente au procédé de déposition de l'or par la voie électrolytique. Ces pores ont tendance à se former d'autant plus facilement que l'épaisseur d'or est faible.The gold deposit is then in the form of a lamellar structure traversed in places by opening pores which have the effect of limiting or even destroying its anticorrosion power. The formation of these pores is inherent to the gold deposition process by the electrolytic route. These pores tend to form all the more easily as the thickness of gold is low.
Actuellement, les dépôts d'or sont d'environ 0,8 μm et ont une porosité se traduisant par des pores dont les diamètres peuvent atteindre 1 μm. Comme vu précédemment, les éléments de connecteurs fonctionnent dans de l'air qui contient généralement de faible quantité de SO2, du NO2 et de Cl2. La porosité des dépôts d'or est susceptible de laisser passer ces agents corrosifs qui finissent par former sur la surface des élément de connecteurs des produits de corrosion constitués de nitrure, de sulfate et de chlorure de cuivre, de nickel ou de zinc. L'apparition de ces produits de corrosion peut provoquer un dysfonctionnement de l'élément de connecteur.Currently, the gold deposits are about 0.8 microns and have a porosity resulting in pores whose diameters can reach 1 micron. As seen previously, the connector elements operate in air which generally contains a small amount of SO 2 , NO 2 and Cl 2 . The porosity of the gold deposits is likely to pass these corrosive agents which eventually form on the surface of the connector elements corrosion products consisting of nitride, sulfate and chloride copper, nickel or zinc. The appearance of these corrosion products can cause a malfunction of the connector element.
Pour une question économique l'industrie de la connectique cherche à réduire l'épaisseur des dépôts, notamment de la couche d'or. Passer l'épaisseur d'or de 0,8 μm à 0,2 μm revient à diviser par 4 le coût du dépôt. Cet objectif se heurte à des contraintes techniques : on a pu noter de manière générale qu'une diminution de l'épaisseur du dépôt entraîne une plus grande porosité, ce qui a pour effet de réduire la durée de vie de l'élément de connecteur.For an economic question the connector industry is trying to reduce the thickness of deposits, including the gold layer. Passing the gold thickness from 0.8 μm to 0.2 μm is equivalent to dividing the cost of the deposit by a factor of 4. This objective is hampered by technical constraints: it has been generally noted that a decrease in the thickness of the deposit leads to greater porosity, which has the effect of reducing the service life of the connector element.
En outre, la présence d'un dépôt de nickel sur le cuivre conduit à des contraintes à la fois en termes de coût matière, de coût environnemental et de ralentissement du procédé de fabrication des éléments de connecteurs.In addition, the presence of a nickel deposit on copper leads to constraints in terms of material cost, environmental cost and slowing down the manufacturing process of the connector elements.
L'invention a pour but de remédier aux limites, inconvénients et problèmes techniques exposées précédemment.The invention aims to overcome the limitations, disadvantages and technical problems described above.
L'invention propose ainsi un procédé de fabrication d'un élément de connecteur comprenant un substrat sur lequel est déposée une couche d'or comprenant les étapes successives suivantes :
a) approvisionnement d'un substrat ; b) traitement par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions, d'une surface du substrat où les ions sont choisis parmi les ions des atomes de la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) ; c) dépôt d'une couche d'or poreuse par voie électrolytique sur la surface ainsi traitée du substrat ; d) traitement par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions de la porosité de la couche d'or poreuse où les ions sont choisis parmi les ions des atomes de la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), le néon (Ne), l'argon (Ar), le Krypton (Kr), le xénon (Xe).The invention thus proposes a method of manufacturing a connector element comprising a substrate on which is deposited a gold layer comprising the following successive steps: a) supplying a substrate; b) ion beam bombardment treatment with a surface of the substrate where the ions are selected from the ions of the atoms of the list consisting of helium (He), nitrogen (N), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe); c) depositing a porous gold layer electrolytically on the thus treated surface of the substrate; d) ion bombardment treatment with an ion beam of the porosity of the porous gold layer where the ions are selected from the ions of the atoms of the list consisting of helium (He), nitrogen (N) ), neon (Ne), argon (Ar), Krypton (Kr), xenon (Xe).
On entend par « couche d'or » une couche composée essentiellement d'or ou d'alliage d'or.The term "gold layer" means a layer composed essentially of gold or gold alloy.
Il est ainsi possible grâce à l'étape d) du présent procédé de réduire voire supprimer la porosité du dépôt d'or dont sont revêtus les substrats utilisés dans la connectique.It is thus possible thanks to step d) of the present process to reduce or eliminate the porosity of the gold deposit which are coated substrates used in the connection.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par « faisceau d'ions » des ions issus d'une ou d'une pluralité de sources d'ions et dirigés vers une même cible. Un faisceau d'ions issus d'une pluralité de sources est ainsi constitué d'une pluralité de faisceaux élémentaires. Grâce au procédé de la présente invention, le traitement de la porosité du dépôt d'or, permet de conserver les propriétés électriques, thermiques et mécaniques initiaux.In the context of the present invention, the term "ion beam" means ions originating from one or a plurality of ion sources and directed towards the same target. An ion beam from a plurality of sources thus consists of a plurality of elementary beams. Thanks to the process of the present invention, the treatment of the porosity of the gold deposit makes it possible to retain the initial electrical, thermal and mechanical properties.
Grâce au procédé de la présente invention, le traitement du dépôt d'or, permet de préserver la couleur initiale. Grâce au procédé de la présente invention, le traitement du substrat et du dépôt d'or, ne nécessite pas des temps de traitement qui soient longs.Thanks to the process of the present invention, the treatment of the gold deposit, preserves the initial color. Thanks to the method of the present invention, the treatment of the substrate and the gold deposit does not require long processing times.
Grâce au procédé de la présente invention, le traitement du substrat et du dépôt d'or est peu coûteux et permet son utilisation dans un cadre industriel, son coût ne devant pas être rédhibitoire par rapport aux coûts d'autres procédés.
En outre, le présent procédé permet de préserver la géométrie des éléments de connecteurs et évite les risques de déformations non souhaitées. Par ailleurs, le traitement d'une surface du substrat à l'étape b) permet de limiter les risques de corrosion de ce substrat et/ou d'en augmenter la dureté. Le traitement par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions d'une surface du substrat et de la couche d'or poreuse offre au concepteur d'un élément de connecteur de multiples possibilités nouvelles et lui permet de s'affranchir des contraintes usuelles de conception qui limitaient usuellement les configurations proposées. II est ainsi notamment possible de réduire les épaisseurs des couches de nickel et/ou d'or. Il est même possible de s'affranchir totalement de la couche de nickel.With the method of the present invention, the treatment of the substrate and the gold deposit is inexpensive and allows its use in an industrial setting, its cost should not be prohibitive compared to the costs of other processes. In addition, the present method preserves the geometry of the connector elements and avoids the risk of unwanted deformations. Moreover, the treatment of a surface of the substrate in step b) makes it possible to limit the risks of corrosion of this substrate and / or to increase the hardness thereof. Ion bombardment treatment with an ion beam of a surface of the substrate and the porous gold layer provides the designer of a connector element with multiple new possibilities and allows it to overcome the usual constraints of design that usually limited the proposed configurations. It is thus possible in particular to reduce the thicknesses of the nickel and / or gold layers. It is even possible to completely get rid of the nickel layer.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, une surface du substrat traitée par bombardement ionique à l'étape b) est en cuivre ou en alliage de cuivre. Cette surface en cuivre ou alliage est en général celle sur laquelle l'or va être déposé. Il est également possible de traiter ainsi une surface en cuivre ou alliage de cuivre sur laquelle va être déposée une couche de nickel avant le dépôt de l'or.According to one embodiment of the present invention, a surface of the ionically bombarded substrate in step b) is copper or copper alloy. This surface of copper or alloy is generally that on which the gold will be deposited. It is also possible to treat a copper or copper alloy surface on which a layer of nickel will be deposited before the deposit of the gold.
Le traitement par bombardement ionique de la surface de cuivre peut s'effectuer dans les conditions suivantes :The ionic bombardment treatment of the copper surface can be carried out under the following conditions:
- les ions du faisceau de l'étape b) sont choisis parmi les ions des atomes Ar, Kr, Xe et leur énergie est comprise entre 10 keV et 400 keV ; selon un mode de réalisation, la dose d'ions ainsi implantés est comprise entre 1015 ions/cm2 et 1018 ions/cm2 ; - les ions du faisceau de l'étape b) sont des ions d'atomes d'azote, N, et leur énergie est comprise entre 10 keV et 400 keV ; selon un mode de réalisation, la dose d'ions ainsi implantés est comprise entre 1016 ions/cm2 et 1018 ions/cm2 ;the ions of the beam of step b) are chosen from the ions of the atoms Ar, Kr, Xe and their energy is between 10 keV and 400 keV; according to one embodiment, the dose of ions thus implanted is between 10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 ; the ions of the beam of step b) are ions of nitrogen atoms, N, and their energy is between 10 keV and 400 keV; according to one embodiment, the dose of ions thus implanted is between 10 16 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 ;
- les ions du faisceau de l'étape b) sont des ions des atomes d'hélium, He, et leur énergie est comprise entre 10 keV et 400 keV ; selon un mode de
réalisation, la dose d'ions ainsi implantés est comprise entre 1015 ions/cm2 et 1018 ions/cm2.the ions of the beam of step b) are ions of helium atoms, He, and their energy is between 10 keV and 400 keV; according to a mode of realization, the dose of ions thus implanted is between 10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 .
Selon un mode de réalisation de la présente invention, une surface du substrat traitée par bombardement ionique à l'étape b) est en nickel ou en alliage de nickel, par exemple déposé par voie électrolytique sur une surface de cuivre ou d'alliage de cuivre.According to one embodiment of the present invention, a surface of the substrate treated by ion bombardment in step b) is made of nickel or nickel alloy, for example deposited electrolytically on a surface of copper or copper alloy .
Le traitement de la surface en nickel ou en alliage de nickel peut être effectué dans les conditions suivantes considérées une à une ou en combinaison : - les ions du faisceau de l'étape b) sont choisis parmi les ions des atomes deThe surface treatment of nickel or nickel alloy can be carried out under the following conditions considered one by one or in combination: the ions of the beam of step b) are chosen from the ions of the atoms of
He, N, Ne, Ar, Kr, Xe et leur énergie est comprise entre 10 keV et 400 keV ;He, N, Ne, Ar, Kr, Xe and their energy is between 10 keV and 400 keV;
- la dose d'ions implantés dans le nickel ou l'alliage de nickel est comprise entre 1015 ions/cm2 et 1018 ions/cm2. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche d'or poreuse est traitée à l'étape d) avec un faisceau d'ions dont l'angle d'incidence (α) est compris entre un angle d'incidence minimum (αm) et sensiblement 80°, où l'angle d'incidence (α) du faisceau est mesuré par rapport à la normale à la surface de la couche d'or poreuse à traiter et où l'angle d'incidence minimum (αm) est déterminé en fonction du rayon (R) des pores et de l'épaisseur (e) de la couche d'or à traiter selon la formule : α m = arc tg(R/e)the dose of ions implanted in the nickel or the nickel alloy is between 10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 . According to one embodiment of the present invention, the porous gold layer is treated in step d) with an ion beam whose incidence angle (α) is between a minimum angle of incidence ( α m ) and substantially 80 °, where the angle of incidence (α) of the beam is measured relative to the normal to the surface of the porous gold layer to be treated and where the minimum angle of incidence (α m ) is determined as a function of the radius (R) of the pores and the thickness (e) of the gold layer to be treated according to the formula: α m = arc tg (R / e)
Le choix de l'angle d'incidence dans la plage mentionnée permet d'optimiser les conditions de réarrangement de la matière du dépôt métallique poreux et les expériences menées par les inventeurs ont montré que, grâce à ce choix, il est possible de combler la porosité de dépôt métallique, notamment de dépôts d'or obtenus par la voie électrolytique.The choice of the angle of incidence in the mentioned range makes it possible to optimize the rearrangement conditions of the material of the porous metal deposit, and the experiments carried out by the inventors have shown that, thanks to this choice, it is possible to fill the gap. porosity of metal deposition, in particular gold deposits obtained by the electrolytic route.
Selon un autre mode de réalisation, l'angle d'incidence (α) du faisceau d'ions est sensiblement confondu avec la normale à la surface du dépôt métallique à traiter.
Dans ces conditions, on constate que le réarrangement de la matière du dépôt métallique poreux est moins efficace que dans les conditions ci-dessus. Cette moindre efficacité peut être compensée par un réarrangement de la surface du substrat. En effet quand l'angle d'incidence du faisceau est sensiblement confondu avec la normale à la surface du dépôt métallique, les inventeurs ont pu constater que les ions du faisceau pouvaient se propager à travers les porosités du dépôt et atteindre le substrat. Cet effet est très significatif quand les pores sont de forme sensiblement cylindrique et débouchent à la surface du dépôt métallique et à la surface du substrat. Les ions interagissant avec le substrat sont alors susceptibles de permettre des implantations ioniques dans le substrat permettant d'améliorer ses propriétés de dureté et/ou de résistance à la corrosion.According to another embodiment, the angle of incidence (α) of the ion beam is substantially coincident with the normal to the surface of the metal deposit to be treated. Under these conditions, it is found that the rearrangement of the material of the porous metal deposit is less effective than under the above conditions. This lower efficiency can be compensated by a rearrangement of the surface of the substrate. Indeed, when the angle of incidence of the beam is substantially coincident with the normal to the surface of the metal deposit, the inventors were able to see that the beam ions could propagate through the pores of the deposit and reach the substrate. This effect is very significant when the pores are substantially cylindrical in shape and open on the surface of the metal deposit and on the surface of the substrate. The ions interacting with the substrate are then likely to allow ion implantation in the substrate to improve its properties of hardness and / or corrosion resistance.
Selon un mode de réalisation, le faisceau d'ions de l'étape d) est orienté dans deux directions opposées par rapport à la normale à la surface de la couche d'or poreuse à traiter, dans un même plan sensiblement perpendiculaire à ladite surface. Selon ce mode de réalisation, un faisceau peut être orienté successivement dans deux directions opposées par rapport à la normale ou plusieurs faisceaux élémentaires d'un même faisceau d'ions peuvent être simultanément orientés dans deux directions opposées par rapport à la normale à la surface de la couche d'or à traiter. Les inventeurs ont pu constater que dans ces conditions, l'efficacité du traitement des porosités est grandement améliorée par rapport à l'utilisation d'un faisceau orienté dans une seule direction.According to one embodiment, the ion beam of step d) is oriented in two opposite directions with respect to the normal to the surface of the porous gold layer to be treated, in the same plane substantially perpendicular to said surface . According to this embodiment, a beam can be oriented successively in two opposite directions with respect to the normal or several elementary beams of the same ion beam can be simultaneously oriented in two opposite directions with respect to the normal to the surface of the beam. the gold layer to be treated. The inventors have found that under these conditions, the efficiency of the porosity treatment is greatly improved compared to the use of a beam oriented in a single direction.
Selon un autre mode de réalisation, le faisceau d'ions de l'étape d) est orienté par rapport à la surface du dépôt métallique poreux selon une pluralité d'angles d'incidence et/ou une pluralité de plans sensiblement perpendiculaires à la surface du dépôt métallique à traiter. Selon ce mode de réalisation, un faisceau peut être orienté successivement selon une pluralité d'angles d'incidence et/ou une pluralité de plans sensiblement perpendiculaires à la surface du dépôt métallique ou plusieurs faisceaux élémentaires d'un même faisceau d'ions peuvent être simultanément orientés selon une pluralité d'angles d'incidence et/ou
une pluralité de plans sensiblement perpendiculaires à la surface du dépôt métallique.According to another embodiment, the ion beam of step d) is oriented relative to the surface of the porous metal deposit at a plurality of angles of incidence and / or a plurality of planes substantially perpendicular to the surface. of the metal deposit to be treated. According to this embodiment, a beam can be oriented successively at a plurality of angles of incidence and / or a plurality of planes substantially perpendicular to the surface of the metal deposit or several elementary beams of the same ion beam can be simultaneously oriented at a plurality of angles of incidence and / or a plurality of planes substantially perpendicular to the surface of the metal deposit.
Les inventeurs ont également pu constater que ce mode de réalisation permet d'améliorer très significativement l'efficacité du traitement. Selon un mode de réalisation, combinant les deux modes de réalisation précédemment cités, le faisceau d'ions de l'étape d) est orienté successivement selon un même angle d'incidence α, et selon quatre directions qui se déduisent par une rotation de 90° par rapport à l'axe perpendiculaire à la surface, à savoir par rapport à la normale à la surface du dépôt métallique à traiter. Selon différents modes de réalisation relatifs à l'étape d), qui peuvent être combinés :The inventors have also found that this embodiment makes it possible to very significantly improve the efficiency of the treatment. According to one embodiment, combining the two embodiments mentioned above, the ion beam of step d) is oriented successively at the same angle of incidence α, and in four directions which are deduced by a rotation of 90 ° with respect to the axis perpendicular to the surface, namely with respect to the normal to the surface of the metal deposit to be treated. According to different embodiments relating to step d), which can be combined:
- la dose totale d'ions implantés est calculée de manière à permettre au moins une fois le déplacement de chaque atome de métal dans la profondeur d'implantation ; - la dose d'ions implantés dans la couche d'or est comprise entrethe total dose of implanted ions is calculated so as to allow at least once the displacement of each metal atom in the implantation depth; the dose of ions implanted in the gold layer is between
1015 ions/cm2 et 1018 ions/cm2 ;10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 ;
- la tension d'extraction du faisceau d'ions est supérieure ou égale à 10 kV.the extraction voltage of the ion beam is greater than or equal to 10 kV.
Le calcul d'une dose d'ions en fonction d'un déplacement choisi pour un métal donné se fonde sur les principes de la physique des interactions des particules avec la matière. Des méthodes et données permettant de faire ces calculs sont notamment divulguées dans les publications « The Stopping and Range of Ions in Matter » by J. F. Ziegler, volumes 2-6, Pergamon Press, 1977- 1985, « The Stopping and Range of Ions in Solids » by J. F. Ziegler, J. P. Biersack and U. Littmark, Pergamon Press, New York, 1985 (new édition in 2009) et J. P. Biersack and L. Haggmark, Nucl. Instr. and Meth., vol. 174, 257, 1980.The calculation of a dose of ions as a function of a displacement chosen for a given metal is based on the principles of physics of the interactions of particles with matter. Methods and data for making such calculations are disclosed in the publications "The Stopping and Range of Ions in Matter" by JF Ziegler, Volumes 2-6, Pergamon Press, 1977-1985, "The Stopping and Range of Ions in Solids". By JF Ziegler, JP Biersack and U. Littmark, Pergamon Press, New York, 1985 (new edition in 2009) and JP Biersack and L. Haggmark, Nucl. Instr. and Meth., vol. 174, 257, 1980.
En outre, des logiciels ont été développés et commercialisés afin de faciliter ou d'effectuer de tels calculs, comme par exemple les logiciels commercialisés sous les noms « SRIM » (« The Stopping and Range of Ions inIn addition, software has been developed and marketed in order to facilitate or perform such calculations, such as the software marketed under the names "SRIM" ("The Stopping and Range of Ions").
Matter ») et « TRIM » (« the Transport of Ions in Matter »), développés notamment par James F. Ziegler.
On note qu'afin de limiter le volume et la complexité des appareillages utilisés, il peut être souhaitable de limiter la tension d'extraction du faisceau d'ions de l'étape d) à au plus 400 kV.Matter ") and" TRIM "(" Transport of Ions in Matter "), developed in particular by James F. Ziegler. Note that in order to limit the volume and complexity of the equipment used, it may be desirable to limit the extraction voltage of the ion beam of step d) to at most 400 kV.
Selon un mode de réalisation, le faisceau d'ions de l'étape b) et/ou de l'étape d) est émis par une source à résonance cyclotronique (RCE).According to one embodiment, the ion beam of step b) and / or step d) is emitted by a cyclotron resonance source (ECR).
Sans vouloir être lié par une quelconque théorie scientifique, on peut proposer le mécanisme suivant pour rendre compte des effets avantageux du traitement de la couche d'or à l'étape d), selon l'invention : lorsqu'un ion accéléré entre dans un matériau, il cède par collision atomique une partie de son énergie aux atomes situés sur son passage. Ces atomes provoquent à leur tour des collisions qui assurent sous forme de cascade un brassage balistique du matériau.Without wishing to be bound by any scientific theory, one can propose the following mechanism to account for the advantageous effects of the treatment of the gold layer in step d), according to the invention: when an accelerated ion enters a material, it gives up by atomic collision a part of its energy to the atoms situated in its path. These atoms in turn cause collisions that provide a cascading ballistic mixing of the material.
Ce brassage balistique est d'autant plus efficace que l'ion incident est lourd. On évalue ce brassage balistique par le nombre de collisions par unité de parcours qu'un ion incident peut provoquer dans un matériau donné.This ballistic mixing is all the more effective as the incident ion is heavy. This ballistic mixing is evaluated by the number of collisions per unit of travel that an incident ion can cause in a given material.
Par exemple pour un ion d'hélium implanté avec une énergie de 70 keV dans de l'or, on estime ce nombre à 0,015 atomes/Angstrom. Comme son parcours est de 4000 Angstrom dans l'or, l'ion d'hélium bouscule 60 atomes sur son passage. Un ion d'azote implanté avec une énergie de 70 keV dans de l'or bouscule 0,35 atome/Angstrom sur un parcours de 1800 Angstrom, soit 630 atomes. On constate que pour une même énergie, l'efficacité de l'ion d'azote est 10 fois supérieure à celle de l'hélium mais toutefois sur un parcours deux fois moins important.For example, for a helium ion implanted with an energy of 70 keV in gold, this number is estimated at 0.015 atoms / Angstrom. As its course is 4000 Angstrom in gold, the helium ion jostles 60 atoms in its path. A nitrogen ion implanted with an energy of 70 keV in gold jostles 0.35 atom / Angstrom on a course of 1800 Angstrom, or 630 atoms. It is found that for the same energy, the efficiency of the nitrogen ion is 10 times higher than that of helium but nevertheless on a path twice as important.
Selon cet exemple et en s'appuyant sur ces chiffres on estime qu'une dose de 10 16 ions d'hélium /cm2 suffisent à bousculer 4 fois chaque atome d'or situé dans une épaisseur d'implantation de 4000 Angstrom. Pour la même dose d'ions d'azote on bouscule quarante fois chaque atome situé dans une épaisseur deAccording to this example, and based on these figures, it is estimated that a dose of 10 16 helium ions / cm 2 suffices to jostle 4 times each gold atom located in a 4000 Angstrom implantation thickness. For the same dose of nitrogen ions, forty times each atom in a thickness of
2000 Angstrom. Dans les deux cas ces doses sont suffisantes pour permettre brasser totalement la couche d'implantation et combler partiellement ou totalement les pores présents dans le dépôt d'or. Ces doses ne modifient pas la
composition du dépôt d'or dans la mesure où elles ne représentent qu'environ 1 pour cent des atomes d'or.2000 Angstrom. In both cases, these doses are sufficient to allow the implantation layer to be totally stirred up and partially or completely fill the pores present in the gold deposit. These doses do not change the composition of the gold deposit to the extent that they represent only about 1 percent of the gold atoms.
A titre d'exemple, on constate que la porosité des dépôts d'or obtenus par voie électrolytique se présente comme une distribution de pores dont le diamètre peut varier de 0,01 μm à 1 μm au travers d'une épaisseur d'environ de 0,8 μm. On cherche à réduire ces épaisseurs à 0,2 μm.By way of example, it can be seen that the porosity of electrolytically deposited gold deposits is a pore distribution whose diameter can vary from 0.01 μm to 1 μm through a thickness of approximately 0.8 μm. We seek to reduce these thicknesses to 0.2 microns.
On considère que les pores dont le diamètre est inférieur à 0,01 μm ne sont pas des sites susceptibles de conduire à de la corrosion ou de la piqûration qui risquerait d'endommager significativement les dépôts d'or. Selon un mode de réalisation, le procédé de l'invention propose de traiter le dépôt d'or avec une dose d'ions qui permette de brasser au moins une fois l'épaisseur d'implantation. Les ions ont une énergie qui doit leurs permettre de traverser partiellement ou totalement le dépôt. Le traitement est d'autant plus efficace que la profondeur d'implantation, donc l'énergie des ions est élevée. Les inventeurs ont en outre constaté qu'il peut être avantageux de réduire l'épaisseur d'or pour permettre à des ions d'azote de traiter non seulement le dépôt par brassage balistique mais également le substrat. Ce traitement peut être un traitement complémentaire à celui de l'étape d). En effet les ions d'azote implantés dans le substrat peuvent par leur action retarder la corrosion. A titre d'exemple on pourrait traiter avec des ions d'azote de 70 keV. On aurait alors un brassage balistique pour imperméabiliser le dépôt d'or de 0,1 μm et une barrière anticorrosion de 0,1 μm dans le substrat.Pore sizes smaller than 0.01 μm are not considered to be sites that may lead to corrosion or pitting, which could significantly damage gold deposits. According to one embodiment, the method of the invention proposes to treat the gold deposit with a dose of ions that makes it possible to stir at least once the implantation thickness. The ions have an energy which must allow them to cross partially or totally the deposit. The treatment is more effective than the implantation depth, so the energy of the ions is high. The inventors have furthermore found that it may be advantageous to reduce the thickness of gold to allow nitrogen ions to treat not only the ballistic mixing deposit but also the substrate. This treatment may be a complementary treatment to that of step d). In fact, the nitrogen ions implanted in the substrate can, by their action, retard corrosion. For example, it could be treated with nitrogen ions of 70 keV. It would then have a ballistic mixing to waterproof the 0.1 micron gold deposit and a 0.1 micron corrosion barrier in the substrate.
Selon un mode de réalisation, le procédé de l'invention propose de traiter le dépôt métallique, notamment d'or, avec quatre doses, sous un même angle d'incidence et successivement selon quatre directions qui se déduisent par une rotation de 90° par rapport à l'axe perpendiculaire à la surface. Chaque dose permet de préférence de bousculer au moins une fois les atomes contenus dans l'épaisseur du dépôt. L'angle d'incidence minimum du faisceau peut être déterminé de manière à ce que sa tangente soit égale au rapport du rayon des pores par l'épaisseur du dépôt d'or. Par exemple si le rayon est de 0,5 μm et que l'épaisseur du dépôt est de 0,5 μm, le faisceau a un angle d'incidence d'au
moins 45°. On observe alors une augmentation de l'efficacité du brassage balistique.According to one embodiment, the method of the invention proposes to treat the metallic deposit, in particular of gold, with four doses, under the same angle of incidence and successively in four directions which are deduced by a rotation of 90 ° by relative to the axis perpendicular to the surface. Each dose preferably makes it possible to jost at least once the atoms contained in the thickness of the deposit. The minimum angle of incidence of the beam can be determined so that its tangent is equal to the ratio of the pore radius by the thickness of the gold deposit. For example, if the radius is 0.5 μm and the thickness of the deposit is 0.5 μm, the beam has an angle of incidence of minus 45 °. There is then an increase in the efficiency of ballistic mixing.
Selon différents modes de réalisation relatifs à l'étape d) du procédé de l'invention, la stratégie d'implantation peut être la suivante : - Pour les angles d'incidence élevés, autrement dit sensiblement rasants par rapport à la surface, on constate qu'il est préférable d'utiliser des ions légers comme l'hélium qui présente l'avantage de pénétrer plus profondément dans l'épaisseur apparente du dépôt d'or et de limiter les risques de pulvérisation. Il est avantageux de veiller à ce que la dose d'ions d'hélium n'excède pas quelques pourcents pour limiter la modification de la composition du dépôt d'or d'un point de vue électrique, mécanique ou encore esthétique.According to various embodiments relating to step d) of the method of the invention, the implantation strategy may be the following: - For the high angles of incidence, that is to say substantially grazing relative to the surface, there is it is preferable to use light ions such as helium which has the advantage of penetrating deeper into the apparent thickness of the gold deposit and to limit the risks of spraying. It is advantageous to ensure that the dose of helium ions does not exceed a few percent to limit the modification of the composition of the gold deposit from an electrical, mechanical or aesthetic point of view.
- Pour les angles d'incidence plus faibles il peut être préférable de choisir des ions plus lourds comme l'azote compte tenu de l'efficacité dont ils font preuve pour brasser le dépôt d'or. On réduit ainsi les temps de traitement. Dans ce cas les doses nécessaires sont faibles et il y a peu de risque de modifier les caractéristiques électriques, mécaniques ou encore esthétiques des dépôts.- For lower angles of incidence it may be better to choose heavier ions such as nitrogen given the efficiency they have in brewing the gold deposit. This reduces the processing times. In this case, the necessary doses are low and there is little risk of modifying the electrical, mechanical or aesthetic characteristics of the deposits.
- En outre, on constate qu'en diminuant l'épaisseur des dépôts d'or, on augmente le rayon moyen des pores. Pour le traitement on peut envisager d'évoluer progressivement de l'utilisation d'ions d'azote à des ions d'hélium dans la mesure où l'on augmente les angles d'incidences.In addition, it is found that by decreasing the thickness of the gold deposits, the average radius of the pores is increased. For the treatment, it is possible to progressively evolve from the use of nitrogen ions to helium ions, to the extent that the angles of incidence are increased.
Pour augmenter l'efficacité du traitement du dépôt d'or tout en diminuant son coût, le procédé de l'invention préconise selon un mode de réalisation, l'utilisation de sources à résonance cyclotronique dite RCE. Ces sources ont pour particularité d'être compactes et de produire des ions multichargés, donc plus énergétiques pour une même tension d'extraction. De plus ces sources sont robustes et peu consommatrices en électricité. Compte tenu de leur taille, ces sources peuvent être disposées en série ou en parallèle pour multiplier la capacité de traitement des machines. Leurs intensités, de l'ordre de 10 mA, permettent des bandes de quelques mm de large à des vitesses de l'ordre de quelques mètres par minute. Ces vitesses de traitement sont acceptables pour l'industrie.
Le procédé de l'invention propose, à titre d'exemples, de traiter les porosités de dépôts d'or. Il peut être utilisé avec d'autres métaux qui connaissent des problèmes de porosité similaires.To increase the efficiency of gold deposition treatment while reducing its cost, the method of the invention recommends according to one embodiment, the use of cyclotron resonance sources known as RCE. These sources have the particularity to be compact and produce multicharged ions, so more energy for the same extraction voltage. In addition, these sources are robust and consume little electricity. Given their size, these sources can be arranged in series or in parallel to increase the processing capacity of the machines. Their intensities, of the order of 10 mA, allow bands a few mm wide at speeds of the order of a few meters per minute. These processing speeds are acceptable for the industry. The process of the invention proposes, by way of examples, to treat the porosities of gold deposits. It can be used with other metals that have similar porosity problems.
L'énergie du faisceau d'ions est de préférence supérieure ou égale à 10 keV. Une telle énergie est sélectionnée car elle permet de créer des cascades d'atomes suite à l'impact des ions.The energy of the ion beam is preferably greater than or equal to 10 keV. Such energy is selected because it allows to create cascades of atoms following the impact of the ions.
A titre d'exemple, on propose les conditions de traitement suivantes pour l'étape b) :By way of example, the following treatment conditions for step b) are proposed:
- en vue notamment d'une amélioration de l'état de surface du cuivre : on peut implanter des ions Ar sous une incidence de 45 à 80°, avec une énergie dein particular with a view to improving the surface condition of the copper: Ar ions can be implanted at an incidence of 45 to 80 °, with an energy of
10 keV à 20 keV, et avec une dose 1016 à 1018 ion/cm2 ;10 keV to 20 keV, and with a dose of 10 16 to 10 18 ion / cm 2 ;
- en vue notamment d'une amélioration de la résistance à l'oxydation et à la corrosion du cuivre : on peut implanter des ions N sous une incidence de 0°, avec une énergie de 50 keV à 300 keV, et avec une dose 1017 à 4.1017 ion/cm2 ; - en vue notamment du durcissement d'une surface du cuivre : on peut implanter des ions He sous une incidence de 0°, avec une énergie de 50 keV à 100 keV, et avec une dose 1016 à 1017 ion/cm2 ;- in particular to improve the resistance to oxidation and corrosion of copper: we can implant N ions at an incidence of 0 °, with an energy of 50 keV to 300 keV, and with a dose of 10 17 to 4.10 17 ion / cm 2 ; in particular with a view to hardening a copper surface: He ions can be implanted at an incidence of 0 °, with an energy of 50 keV to 100 keV, and with a dose of 16 to 10 17 ion / cm 2 ;
- en vue notamment d'une réduction de la porosité d'un dépôt de nickel et de l'amélioration de l'adhésion interfaciale : • pour un dépôt de nickel d'épaisseur supérieure ou égale à 0,2 μm : on peut implanter des ions He, avec 4 incidences à 45°, avec une énergie de 50 keV à 100 keV et avec une dose 1016 à 1017 ion/cm2 ;in particular with a view to reducing the porosity of a nickel deposit and improving the interfacial adhesion: for a nickel deposit with a thickness greater than or equal to 0.2 μm, it is possible to implant he ions, with 4 incidences at 45 °, with an energy of 50 keV to 100 keV and with a dose of 10 16 to 10 17 ion / cm 2 ;
• pour un dépôt de nickel d'épaisseur comprise entre 0,1 μm et 0,2 μm : on peut implanter des ions N, avec 4 incidences à 45°, avec une énergie de 50 keV à 250 keV et avec une dose 5.1015 à 5.1016 ion/cm2 ;• for a thickness of nickel deposit between 0.1 .mu.m and 0.2 .mu.m: can be implanted N ions, with 4 impacts at 45 °, with an energy of 50 keV to 250 keV and with a dose 5.10 15 at 5.10 16 ion / cm 2 ;
• pour un dépôt de nickel d'épaisseur inférieure ou égale à 1 μm : on peut implanter des ions Ar, avec 4 incidences à 45°, avec une énergie de 50 keV à 400 keV et avec une dose 1015 à 1016 ion/cm2 .
A titre d'exemple, on propose les conditions de traitement suivantes pour l'étape d) :• for a nickel deposit less than or equal to 1 μm in thickness: Ar ions can be implanted with 4 incidences at 45 °, with an energy of 50 keV at 400 keV and with a dose of 15 to 10 16 ions / cm 2 . By way of example, the following processing conditions are proposed for step d):
- pour un dépôt d'or de 0,1 μm d'épaisseur, un faisceau d'azote perpendiculaire au dépôt et d'énergie de l'ordre de 60 keV, ou d'énergie supérieure, permet à la fois un brassage efficace et la traversée du dépôt ;for a gold deposit of 0.1 .mu.m thick, a nitrogen beam perpendicular to the deposit and energy of the order of 60 keV, or of higher energy, allows both efficient mixing and the crossing of the depot;
- pour un dépôt d'or de 0,4 μm d'épaisseur, un faisceau d'hélium perpendiculaire au dépôt et d'énergie de l'ordre de 100 keV, ou d'énergie supérieure, permet à la fois un brassage efficace et la traversée du dépôt.for a gold deposit 0.4 μm thick, a helium beam perpendicular to the deposit and energy of the order of 100 keV, or of higher energy, allows both efficient mixing and crossing the depot.
A titre d'exemple, le tableau 1 donne des exemples de choix de paramètres pour le traitement de porosité dans une couche d'or, en fonction de l'ion utilisé (Hélium ou Azote), de l'épaisseur, e, du dépôt d'or, du rayon, R, des pores à traiter. On reporte « αm» correspondant à l'angle d'incidence minimale,By way of example, Table 1 gives examples of choice of parameters for the treatment of porosity in a gold layer, as a function of the ion used (helium or nitrogen), the thickness, e, the deposit gold, radius, R, pores to be treated. We report "α m " corresponding to the minimum angle of incidence,
« L » correspondant au parcours de l'ion pour traverser le dépôt, « Emιn» correspondant à l'énergie minimale à fournir pour traverser le dépôt, le ratio « A » correspondant au déplacement des atomes par Angstrœm et par ion incident, la valeur « D » correspondant à la dose requise pour déplacer une fois chaque atome de l'épaisseur du dépôt (exprimée en 1016 ion par cm2) et la valeur « ep » de l'épaisseur pulvérisée (en Angstrœm). Les données mentionnées correspondent à des traitements avec une source RCE où la tension d'extraction est de 45 kV. On obtient ainsi des ions d'hélium He+ de 45 KeV et He2+ de 90 keV ou des ions d'azote principalement sous la forme N+ de 45 keV, N2+ de 90 keV, N3+ de 135 keV."L" corresponding to the path of the ion to cross the deposit, "E mn " corresponding to the minimum energy required to cross the deposit, the ratio "A" corresponding to the displacement of atoms by Angstrom and by incident ion, the value "D" corresponding to the dose required to move once each atom of the thickness of the deposit (expressed in 10 16 ions per cm 2 ) and the value "ep" of the thickness sprayed (in Angstrom). The data mentioned correspond to treatments with an ECR source where the extraction voltage is 45 kV. Thus, Keke and He2 + helium He + ions of 90 keV or nitrogen ions mainly in the form of N + of 45 keV, N2 + of 90 keV, N3 + of 135 keV are obtained.
En outre, les inventeurs ont pu constater qu'il peut être avantageux de limiter à environ 5% en concentration atomique, la quantité d'ions implantés, à l'étape d) notamment dans le cas de l'hélium.In addition, the inventors have found that it may be advantageous to limit to about 5% atomic concentration, the amount of implanted ions in step d) in particular in the case of helium.
De plus, les inventeurs ont pu constater que le traitement par bombardement ionique du substrat et de la couche d'or était avantageux en terme de dureté.
A titre d'exemple, on peut doubler la dureté de la couche d'or (de 2 GPa à 4 GPa) ou d'un dépôt de nickel (de 3 GPa à 6 GPa) ou d'une surface de cuivre (de 1 ,2 GPa à 2,5 GPa) par implantation d'ions d'hélium.In addition, the inventors have found that the treatment by ion bombardment of the substrate and the gold layer was advantageous in terms of hardness. By way of example, the hardness of the gold layer (from 2 GPa to 4 GPa) or a nickel deposit (from 3 GPa to 6 GPa) or a copper surface (from 1 2 GPa at 2.5 GPa) by implantation of helium ions.
Il en résulte avantageusement une augmentation de la résistance à la corrosion de chacune des couches ainsi traitées.This advantageously results in an increase in the corrosion resistance of each of the layers thus treated.
On constate également un renforcement de l'adhésion interfaciale lorsque l'ion a une énergie suffisante pour traverser une première couche et créer un mélange ionique dans une tranche située à l'interface de la première couche et deuxième couche. Cette tranche mesure environ 10 nm et correspond à la taille des cascades atomiques engendrées par les collisions atomiques des ions incidents.There is also enhanced interfacial adhesion when the ion has sufficient energy to pass through a first layer and create an ionic mixture in a wafer at the interface of the first layer and the second layer. This slice measures about 10 nm and corresponds to the size of the atomic cascades generated by the atomic collisions of the incident ions.
De manière avantageuse, il est possible de combiner les effets mentionnés ci-dessus. A titre d'exemple, et sans vouloir être lié par une quelconque théorie scientifique, on peut penser que les effets se cumulent couche par couche pour les duretés tandis que les effets se multiplient couche par couche pour la résistance à la corrosion. On peut estimer que la dureté globale d'un élément de connecteur est la somme des duretés des différentes couches pondérées par leur épaisseur respective. Si on multiplie par 2 la dureté d'une couche de nickel, il est possible de réduire par 2 la valeur de son épaisseur sans altérer son comportement mécanique sous l'effet d'une même charge. Si on multiplie par 2 et séparément la dureté de la couche de nickel et d'or, on multiplie par 2 celle de l'ensemble nickel-or. Pour la résistance à la corrosion, on peut considérer que la résistance à la corrosion d'une couche est inversement proportionnelle à la probabilité pour qu'un agent chimique traverse cette couche en un temps donné. De fait, la résistance à la corrosion de deux couches superposées numérotées 1 et 2 est inversement proportionnelle à la probabilité pour qu'un agent chimique traverse la couche 1 et la couche 2, soit le produit des résistances de la couche 1 et de la couche 2. Si la couche 1 et la couche 2 ont une résistance à la corrosion multipliée par 4 après traitement, alors la résistance à la corrosion de ces deux couches est alors multipliée par 16. D'autre part on s'attend à ce que la probabilité pour qu'un agent chimique traverse une couche en un temps donné
soit inversement proportionnelle à l'épaisseur de cette couche. A titre d'exemple, diminuer d'un facteur 2 l'épaisseur d'une couche revient à diminuer par deux la résistance à la corrosion dans la mesure où le flux d'agent chimique libéré au travers de la couche est deux fois plus important. A titre d'exemple on propose d'utiliser le bombardement à faible dose avec des ions He, N, Ar en vu d'obtenir un durcissement par amorphisation. On peut élargir ce type de traitement aux ions Ne, Kr, Xe. Lorsque l'épaisseur du dépôt diminue on choisit de préférence les ions plus lourds comme l'Ar, le Kr ou le Xe qui ont à même dose un pouvoir d'amorphisation plus élevé mais dans une épaisseur moindre, ce qui réduit d'autant les temps de traitement. Le bombardement avec N à forte dose a pour objectif la création d'une barrière de diffusion résistante à la corrosion.Advantageously, it is possible to combine the effects mentioned above. By way of example, and without wishing to be bound by any scientific theory, one can think that the effects accumulate layer by layer for the hardnesses while the effects multiply layer by layer for the resistance to corrosion. It can be estimated that the overall hardness of a connector element is the sum of the hardnesses of the different layers weighted by their respective thicknesses. If the hardness of a layer of nickel is multiplied by two, it is possible to reduce by 2 the value of its thickness without altering its mechanical behavior under the effect of the same load. If the hardness of the nickel-gold layer is multiplied by 2 and separately, the nickel-gold complex is multiplied by 2. For corrosion resistance, it can be considered that the corrosion resistance of a layer is inversely proportional to the probability that a chemical agent will pass through that layer in a given time. In fact, the corrosion resistance of two superimposed layers numbered 1 and 2 is inversely proportional to the probability that a chemical agent will pass through layer 1 and layer 2, the product of layer 1 and layer resistances. 2. If layer 1 and layer 2 have a corrosion resistance multiplied by 4 after treatment, then the corrosion resistance of these two layers is then multiplied by 16. On the other hand it is expected that the probability that a chemical agent will cross a layer in a given time inversely proportional to the thickness of this layer. By way of example, reducing the thickness of a layer by a factor of 2 reduces the corrosion resistance by a factor of two since the flux of chemical agent released through the layer is twice as great. . By way of example, it is proposed to use low-dose bombardment with He, N, Ar ions in order to obtain amorphization curing. This type of treatment can be extended to Ne, Kr, Xe ions. When the thickness of the deposit decreases, heavier ions such as Ar, Kr or Xe are preferably chosen, which have a higher amorphization power at the same dose but in a lesser thickness, which reduces the processing time. High-dose N-bombardment is aimed at creating a corrosion-resistant diffusion barrier.
L'invention vise également un élément de connecteur comprenant un substrat et une couche d'or poreuse obtenue par voie électrolytique où le substrat comprend une bande de cuivre sur laquelle a été déposée une couche de nickel et où la couche d'or poreuse a été déposée sur ladite couche de nickel, et où la couche de nickel comprend des atomes implantés choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe), la couche d'or poreuse comprend des atomes implantés, choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), le Néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) et en ce que l'épaisseur de la couche de nickel est inférieure ou égale à 1 μm, par exemple est inférieure ou égale à 0,5 μm, voire même est inférieure ou égale à 0,2 μm.The invention also relates to a connector element comprising a substrate and an electrolytically-obtained porous gold layer in which the substrate comprises a copper strip on which a layer of nickel has been deposited and where the porous gold layer has been deposited. deposited on said nickel layer, and wherein the nickel layer comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), the porous gold layer comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), Neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) and in that the thickness of the nickel layer is less than or equal to 1 μm, for example less than or equal to 0.5 μm, or even less than or equal to 0.2 μm.
Selon un autre mode de réalisation, l'invention vise également un élément de connecteur comprenant un substrat et une couche d'or poreuse obtenue par voie électrolytique où le substrat comprend une bande de cuivre sur laquelle a été déposée la couche d'or poreuse, où la surface de la bande de cuivre comprend des atomes implantés choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azoteAccording to another embodiment, the invention also relates to a connector element comprising a substrate and an electrolytically-obtained porous gold layer in which the substrate comprises a copper strip on which the porous gold layer has been deposited, wherein the surface of the copper strip comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen
(N), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe), la couche d'or poreuse comprend des atomes implantés, choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azote(N), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), the porous gold layer comprises implanted atoms, selected from the list consisting of helium (He), nitrogen
(N), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe).
Un élément de connecteur standard, nommé par la suite CS, dans l'industrie automobile comprend un substrat en laiton moins conducteur que le cuivre et moins sujet à la corrosion, un dépôt électrolytique de nickel de 1 ,2 micron, un dépôt d'or de 1 ,2 micron. A titre d'exemple, le procédé de l'invention propose de remplacer cet élément de connecteur standard CS, par un élément de connecteur selon l'invention, nommé par la suite Cl, constitué d'un substrat de préférence en cuivre pur, d'un dépôt électrolytique de nickel de 0,4 micron et d'un dépôt électrolytique d'or de 0,4 micron. En appliquant la procédure de traitement précédemment explicitée on obtient, outre la diminution des coûts matière, les caractéristiques suivantes.(N), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe). A standard connector element, later named CS, in the automotive industry includes a brass substrate that is less conductive than copper and less prone to corrosion, a 1.2 micron nickel electrolytic deposit, a gold deposit of 1, 2 micron. By way of example, the method of the invention proposes to replace this standard connector element CS by a connector element according to the invention, hereinafter called Cl, consisting of a preferably pure copper substrate. 0.4 micron electrolytic nickel plating and 0.4 micron gold electroplating. By applying the previously explained treatment procedure, in addition to the material cost reduction, the following characteristics are obtained.
- Au niveau de la dureté globale (somme des duretés de chaque couche pondérées par leur épaisseur exprimée en unité sans dimension) :- At the level of the overall hardness (sum of the hardnesses of each layer weighted by their thickness expressed in unit without dimension):
• on peut estimer la dureté globale pour l'élément de connecteur Cl : dureté Cl = 0,4 x 4 GPa + 0,4 x6 GPa + 0,4 x 2,5 GPa = 5 GPa• we can estimate the overall hardness for the connector element Cl: hardness Cl = 0.4 x 4 GPa + 0.4 x6 GPa + 0.4 x 2.5 GPa = 5 GPa
• on peut estimer la dureté globale pour l'élément de connecteur CS : dureté CS = 1 ,2 x 2 GPa + 1 ,2 x 2 GPa + 0,4 x 1 ,2 GPa = 5,3 GPa• we can estimate the overall hardness for the CS connector element: hardness CS = 1, 2 x 2 GPa + 1, 2 x 2 GPa + 0.4 x 1, 2 GPa = 5.3 GPa
On note que les duretés globales de l'élément de connecteur Cl et de l'élément de connecteur standard CS sont sensiblement comparables. Toutefois dans le cas de l'élément de connecteur Cl, on constate une amélioration du module d'élasticité et l'adhérence interfaciale des couches.It is noted that the overall hardnesses of the connector element C1 and the standard connector element CS are substantially comparable. However, in the case of the connector element C1, there is an improvement in the modulus of elasticity and the interfacial adhesion of the layers.
- Au niveau de la résistance à la corrosion :- At the level of corrosion resistance:
• pour l'élément de connecteur Cl, la résistance à la corrosion de deux couches or-nickel de 0,4 micron traitées séparément est estimée à• for the Cl connector element, the corrosion resistance of two 0.4-micron gold-nickel layers treated separately is estimated to be
• résistance à la corrosion Cl = 2,8 x 2,8 = 7,84 • pour l'élément de connecteur standard, CS, la résistance à la corrosion de deux couches or-nickel d'environs 1 ,2 micron chacune est estimée à :• corrosion resistance Cl = 2,8 x 2,8 = 7,84 • for the standard connector element, CS, the corrosion resistance of two gold-nickel layers of approximately 1, 2 micron each is estimated at :
• résistance à la corrosion CS = 1 ,44 x 1 ,44 = 2,07
On note donc que la résistance à la corrosion est 4 fois plus grande pour l'élément de connecteur Cl que pour l'élément de connecteur standard CS. Il est même possible d'augmenter encore cet écart si l'on rajoute le traitement du substrat en cuivre par implantation d'azote. Parmi les avantages offerts par la présente invention, et sans vouloir être lié par une quelconque théorie scientifique, on peut noter les points suivants qui sont susceptibles d'améliorer un conducteur de l'état de la technique, voire capable d'enrayer sa dégradation :• corrosion resistance CS = 1, 44 x 1, 44 = 2.07 It is therefore noted that the corrosion resistance is 4 times greater for the connector element C1 than for the standard connector element CS. It is even possible to further increase this gap if we add the treatment of the copper substrate by implantation of nitrogen. Among the advantages offered by the present invention, and without wishing to be bound by any scientific theory, we can note the following points that are likely to improve a driver of the state of the art, or even able to stop its degradation:
• le parcours des composés chimiques au travers la couche d'or traitée, et éventuellement de nickel si cette dernière est traitée, est rendu très difficile puisque celle(s)-ci est (sont) moins poreuse(s) ;• the path of the chemical compounds through the treated gold layer, and possibly nickel if it is treated, is made very difficult since the one (s) is (are) less porous (s);
• la formation de résidus de corrosion en surface est fortement réduite puisque le cuivre et les autres atomes du substrat, dont éventuellement le nickel, ont du mal à remonter au travers de la couche d'or ainsi traitée;• the formation of surface corrosion residues is greatly reduced since the copper and the other atoms of the substrate, including possibly nickel, have difficulty going up through the gold layer thus treated;
• la surface de contact devient plus résistante à l'usure abrasive puisque la production de résidus de corrosion se réduit et en outre la surface de contact est susceptible d'avoir une dureté mécaniquement renforcée ; • la résistance de contact évolue peu dans le temps, puisque les risques dégradation de la surface de contact diminuent ;The contact surface becomes more resistant to abrasive wear since the production of corrosion residues is reduced and furthermore the contact surface is likely to have a mechanically reinforced hardness; • the contact resistance changes little over time, since the risks of degradation of the contact surface decrease;
• les risques d'échauffement sont réduits puisque les risques d'augmentation de la résistance de contact diminuent ;• the risk of overheating is reduced since the risks of increasing the contact resistance decrease;
• grâce au traitement du substrat, la mobilité des ions du substrat, notamment de cuivre et/ou de nickel, est fortement diminuée, voire stoppée à la surface du substrat puisqu'une barrière de diffusion s'interpose au passage des ions ;• thanks to the treatment of the substrate, the mobility of the ions of the substrate, in particular of copper and / or of nickel, is strongly diminished, even stopped on the surface of the substrate since a diffusion barrier is interposed with the passage of the ions;
• on peut penser en outre que le risque de délaminage des couches est susceptible d'être diminué puisque les couches traitées sont plus homogènes, que leur module d'élasticité est, en général, amélioré et
qu'elles devraient adhérer mieux les unes aux autres en raison du processus de mélange ionique au niveau des interfaces sous l'effet du bombardement ionique.• it can be furthermore thought that the risk of delamination of the layers is likely to be reduced since the treated layers are more homogeneous, their modulus of elasticity is, in general, improved and that they should adhere better to each other because of the process of ionic mixing at the interfaces under the effect of ion bombardment.
L'exemple suivant décrit un élément de connecteur proposé grâce au procédé selon l'invention en remplacement d'un élément de connecteur standard. Une bande en cuivre ou laiton est bombardée avec de l'argon pour améliorer l'état de surface, de l'azote sur une épaisseur de 0,2 micron pour créer une barrière anticorrosion, puis avec de l'hélium sur une épaisseur de 0,4 micron pour produire un durcissement. Une couche de nickel est déposée sur le cuivre ou le laiton avec une épaisseur de 0,4 micron et est bombardée avec de l'hélium sur une épaisseur de 0,4 micron, pour augmenter sa dureté et réduire sa porosité. On choisira par exemple, des ions comme l'argon pour traiter très rapidement des épaisseurs de 0,1 micron et des ions d'azote pour traiter des épaisseurs de 0,2 micron. Une couche d'or est déposée sur la couche de nickel et a une épaisseur de 0,4 micron. Elle est bombardée avec de l'hélium sur une épaisseur de 0,4 micron pour augmenter sa dureté et réduire sa porosité. De même que précédemment, on choisira par exemple des ions comme l'argon pour traiter très rapidement des épaisseurs de 0,1 micron et des ions d'azote pour traiter des épaisseurs de 0,2 micron. Le mélange par bombardement ionique assure une bonne cohésion à l'interface entre la couche d'or et la couche de nickel et à l'interface entre le nickel et le substrat.The following example describes a connector element proposed by the method according to the invention to replace a standard connector element. A copper or brass strip is bombarded with argon to improve the surface state, nitrogen to a thickness of 0.2 micron to create a corrosion barrier, then with helium to a thickness of 0 , 4 micron to produce hardening. A layer of nickel is deposited on copper or brass with a thickness of 0.4 micron and is bombarded with helium to a thickness of 0.4 micron, to increase its hardness and reduce its porosity. For example, ions such as argon will be chosen to very quickly treat 0.1 micron thicknesses and nitrogen ions to treat thicknesses of 0.2 microns. A layer of gold is deposited on the nickel layer and has a thickness of 0.4 microns. It is bombarded with helium to a thickness of 0.4 micron to increase its hardness and reduce its porosity. As before, for example, ions such as argon will be chosen to very quickly treat thicknesses of 0.1 micron and nitrogen ions to treat thicknesses of 0.2 microns. The ion bombardment mixture provides good cohesion at the interface between the gold layer and the nickel layer and at the interface between the nickel and the substrate.
Selon un autre exemple, l'élément de connecteur selon l'invention est dépourvu de couche de nickel et les traitements du cuivre ou du laiton, et de l'or sont identiques à ceux indiqués précédemment. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels :According to another example, the connector element according to the invention is devoid of a nickel layer and the treatments of copper or brass, and gold are identical to those indicated above. Other features and advantages of the present invention will appear in the following description of nonlimiting exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dépôt d'or sur un substrat, - la figure 2 est une vue schématique en coupe de la mise en œuvre du procédé selon l'invention,
- la figure 3 est une vue de courbes potentiométriques d'échantillons traités selon l'invention et d'un échantillon comparatif,FIG. 1 is a schematic sectional view of a gold deposit on a substrate; FIG. 2 is a diagrammatic sectional view of the implementation of the method according to the invention; FIG. 3 is a view of potentiometric curves of samples treated according to the invention and of a comparative sample,
- la figure 4 est une vue d'un dispositif pour mettre en œuvre la présente invention. Pour des raisons de clarté, les dimensions des différents éléments représentés sur ces figures ne sont pas nécessairement en proportion avec leurs dimensions réelles.- Figure 4 is a view of a device for implementing the present invention. For the sake of clarity, the dimensions of the various elements shown in these figures are not necessarily in proportion to their actual dimensions.
La figure 1 représente un dépôt d'or poreux 10, d'épaisseur e, déposé sur un substrat 20. Plusieurs types de porosité peuvent exister dans le dépôt d'or poreux 10.FIG. 1 represents a porous gold deposit 10, of thickness e, deposited on a substrate 20. Several types of porosity can exist in the porous gold deposit 10.
Dans le cas de dépôts électrolytiques, on constate que les porosités se développent essentiellement dans une direction perpendiculaire à la surface du substrat sur laquelle le dépôt est effectué. A titre d'exemple, les porosités 30 sont sensiblement cylindriques et débouchent à la fois sur le substrat et à la surface extérieure du dépôt d'or. Des porosités 32, 36 sont des porosités fermées, formées respectivement au sein du dépôt d'or ou à l'interface avec le substrat.In the case of electrolytic deposits, it is found that the porosities develop essentially in a direction perpendicular to the surface of the substrate on which the deposit is made. For example, the porosities 30 are substantially cylindrical and open on both the substrate and the outer surface of the gold deposit. Porosities 32, 36 are closed porosities formed respectively within the gold deposit or at the interface with the substrate.
Des porosités 34 sont des porosités débouchant à la surface extérieure du dépôt métallique, mais ne débouchant pas sur le substrat.Porosities 34 are pores that open onto the outer surface of the metal deposit but do not open onto the substrate.
Les porosités 30 sont à même de laisser passer des agents corrosifs et de provoquer la corrosion du substrat.The porosities are able to pass corrosive agents and cause corrosion of the substrate.
Le substrat 20 est par exemple une bande de cuivre ou selon un autre mode de réalisation, une bande de cuivre revêtue par une couche de nickel déposée par voie électrolytique.The substrate 20 is for example a copper strip or according to another embodiment, a copper strip coated with an electrolytically deposited nickel layer.
Le procédé selon l'invention vise à combler ces porosités 30, mais est susceptible également de permettre des réarrangements de matière susceptibles de combler les porosités 32, 34, 36.The method according to the invention aims to fill these porosities 30, but is also likely to allow rearrangements of material capable of filling the porosities 32, 34, 36.
Il vise également à améliorer la surface du substrat sur laquelle le dépôt d'or est effectué.It also aims to improve the surface of the substrate on which the gold deposit is made.
La figure 2 représente le traitement d'un pore avec un faisceau d'ions F.
Le dépôt métallique 10 est formé sur un substrat 20 et son épaisseur e est déterminée entre la face inférieure 12 dudit dépôt en contact avec le substrat et la face opposée extérieure 14. Un pore 30 est représenté, de forme cylindrique et limité par sa paroi 35 et son fond 37 correspondant à une zone du substrat 20 sur lequel est déposé le dépôt d'or 10.Figure 2 shows the treatment of a pore with an ion beam F. The metal deposit 10 is formed on a substrate 20 and its thickness e is determined between the lower face 12 of said deposit in contact with the substrate and the outer opposite face 14. A pore 30 is shown, of cylindrical shape and limited by its wall 35 and its bottom 37 corresponding to an area of the substrate 20 on which the gold deposit 10 is deposited.
Afin de combler, au moins partiellement, ce pore 30, un faisceau d'ions F est dirigé sur la surface 14 du dépôt. Le faisceau est orienté selon un angle α, déterminé par rapport à la normale à la surface 14, où α est supérieur à un angle αm d'incidence minimale qui a pour tangente le rapport du rayon R du pore par l'épaisseur e du dépôt d'or.In order to fill, at least partially, this pore 30, an ion beam F is directed on the surface 14 of the deposit. The beam is oriented at an angle α, determined with respect to the normal to the surface 14, where α is greater than an angle α m of minimum incidence which has the tangent ratio of the radius R of the pore by the thickness e of the deposit of gold.
Quand les ions du faisceau F bombardent la surface 14, notamment selon l'incidence sélectionnée, les atomes situés en bord du pore sont brassés et susceptibles de venir combler le pore. On représente sous la forme pointillée le profil 15 du pore comblé par les atomes qui ont été brassés sur les bords du pore lors de l'implantation. Les atomes présents initialement dans la zone 16, située entre le profil 15 et la paroi 35 sont déplacés et viennent combler la zone 17 située entre le profil 15 et le fond initial 37 du pore. Dans l'exemple représenté, on soumet le dépôt d'or à deux faisceaux orientés selon un angle α, dans un même plan perpendiculaire à la surface 14. On constate que cette configuration permet avantageusement de combler le pore 30.When the ions of the beam F bombard the surface 14, in particular according to the selected incidence, the atoms located at the edge of the pore are stirred and may fill the pore. The dotted form is the profile of the pore filled by the atoms which have been stirred on the edges of the pore during implantation. The atoms initially present in the zone 16, located between the profile 15 and the wall 35 are moved and fill the area 17 between the profile 15 and the initial bottom 37 of the pore. In the example shown, the gold deposit is subjected to two beams oriented at an angle α, in the same plane perpendicular to the surface 14. It can be seen that this configuration advantageously makes it possible to fill the pore 30.
On note que quand l'angle d'incidence est supérieur à l'angle d'incidence minimum, on comble avec plus d'efficacité le fonds du pore que quand l'angle d'incidence égale l'angle d'incidence minimum, mais il faut en contrepartie que l'énergie des ions soit suffisante pour traverser l'épaisseur apparente qui du même coup augmente.Note that when the angle of incidence is greater than the minimum angle of incidence, the bottom of the pore is filled more effectively than when the angle of incidence equals the minimum angle of incidence, but it is necessary in return that the energy of the ions is sufficient to cross the apparent thickness which at the same time increases.
La figure 3 représente les courbes potentiométriques obtenues pour :FIG. 3 represents the potentiometric curves obtained for:
- un dépôt d'or vierge constituant un échantillon comparatif, courbe 41 ;a virgin gold deposit constituting a comparative sample, curve 41;
- un dépôt d'or traité selon l'invention par un faisceau d'azote perpendiculaire, courbe 42 ;
- un dépôt d'or traité selon l'invention par un faisceau d'hélium, courbe 43, sous un angle de 45° et selon quatre directions perpendiculaires.a deposit of gold treated according to the invention by a perpendicular nitrogen beam, curve 42; a deposit of gold treated according to the invention by a helium beam, curve 43, at an angle of 45 ° and in four perpendicular directions.
Les dépôts d'or ont été effectués par voie électrolytique sur un substrat de nickel. L'or déposé a une épaisseur de 0,8 μm et correspond à de l'or pur. La solution utilisée est du H2SO4 à 0,5 M. On constate la diminution du courant de corrosion d'un facteur 2 pour l'azote, d'un facteur 3 à 4 pour l'hélium. Dans les deux cas, cette diminution du courant de corrosion traduit la diminution de la porosité due au traitement. La dose implantée en azote est quatre fois supérieure à celle en l'hélium. On remarque toutefois une plus grande efficacité du traitement avec l'hélium. Ceci s'explique par l'optimisation du brassage balistique obtenu sous quatre directions perpendiculaires, et sous un même angle d'incidence de 45 °.Gold deposits were electrolytically deposited on a nickel substrate. The deposited gold has a thickness of 0.8 μm and corresponds to pure gold. The solution used is 0.5 M H 2 SO 4. The corrosion current is reduced by a factor of 2 for nitrogen, by a factor of 3 to 4 for helium. In both cases, this decrease in the corrosion current reflects the decrease in the porosity due to the treatment. The implanted nitrogen dose is four times that of helium. However, a higher efficiency of the treatment with helium is observed. This is explained by the optimization of the ballistic mixing obtained in four perpendicular directions, and under the same angle of incidence of 45 °.
La figure 4 représente une machine de traitement par défilement de bande. La bande 60 est constituée d'un substrat et d'un dépôt d'or poreux à traiter. Pour une machine de traitement par défilement de bande, il convient de placer une colonne de vide différentiel 56 entre la source RCE 55. En effet, un vide de 10"6 mbar est nécessaire à la production du plasma dans la source et un vide de 10"4 mbar est suffisant pour traiter la bande dans la chambre 57. La colonne de vide différentiel 56 a pour fonction de laisser passer le faisceau F tout en empêchant les remontées de gaz dans la chambre à plasma. La colonne de vide différentiel 56 est équipée d'un système de pompage turbomoléculaire permettant de piéger ces remontées de gaz. Deux sas, l'un en entrée, l'autre en sortie, sont équipés d'un système de pompage primaire 51 et 54 et turbomoléculaire 52 et 53 permettant de laisser passer la bande 60 et de créer un vide dans la chambre de traitement 57.Fig. 4 shows a tape-running processing machine. The band 60 consists of a substrate and a porous gold deposit to be treated. For a tape-running processing machine, a differential vacuum column 56 should be placed between the ECR source 55. Indeed, a vacuum of 10 -6 mbar is required for the production of the plasma in the source and a vacuum of 10 "4 mbar is sufficient to treat the strip in the chamber 57. The function of the differential vacuum column 56 is to let the beam F pass while preventing the rise of gases in the plasma chamber. The differential vacuum column 56 is equipped with a turbomolecular pumping system for trapping these gas lifts. Two locks, one input, the other output, are equipped with a primary pump system 51 and 54 and turbomolecular 52 and 53 to allow the band 60 to pass and create a vacuum in the treatment chamber 57 .
On peut au cours d'une première passe traiter une surface du substrat, par exemple de cuivre ou de nickel, procéder ensuite au dépôt électrolytique de l'or sur le substrat ainsi traité, et procéder à une deuxième passe du substrat revêtu par l'or pour traiter cette couche d'or.
La vitesse de déroulement de la bande sur le dérouleur/enrouleur 58, 59 est calculée de manière à obtenir la dose requise pour traiter le substrat et/ou le dépôt d'or. Pour éviter un risque d'échauffement qui pourrait créer une rupture de la bande, on peut augmenter la vitesse de défilement et multiplier proportionnellement le nombre de passes en marche avant et marche arrière.During a first pass, it is possible to treat a surface of the substrate, for example copper or nickel, then electrolytically deposit the gold on the substrate thus treated, and proceed to a second pass of the substrate coated by the gold to treat this layer of gold. The unwinding speed of the web on the unwinder / rewinder 58, 59 is calculated so as to obtain the dose required to treat the substrate and / or the gold deposit. To avoid a risk of overheating which could create a rupture of the band, it is possible to increase the running speed and proportionally increase the number of passes in forward and reverse.
L'invention n'est pas limitée aux types de réalisation exemplifiés et doit être interprétée de façon non limitative et englobant tout mode de réalisation équivalent. Il convient de noter que si des exemples de dépôts d'or ont été présentés, le procédé selon l'invention est également susceptible de diminuer, voire de combler, la porosité de dépôts d'autres métaux, par exemple d'argent, de nickel, de platine, de zinc, d'étain ou d'alliages déposés sur un substrat en vue de former un élément de connecteur.
The invention is not limited to the exemplified embodiments and should be interpreted in a nonlimiting manner and encompassing any equivalent embodiment. It should be noted that if examples of gold deposits have been presented, the method according to the invention is also likely to reduce, or even fill, the porosity of deposits of other metals, for example silver, nickel , platinum, zinc, tin or alloys deposited on a substrate to form a connector member.
Claims
1. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur comprenant un substrat sur lequel est déposée une couche d'or caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : a) approvisionnement d'un substrat (20) ; b) traitement par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions, d'une surface du substrat (20) où les ions sont choisis parmi les ions des atomes de la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) ; c) dépôt d'une couche d'or poreuse (10) par voie électrolytique sur la surface ainsi traitée du substrat (20) ; d) traitement par bombardement ionique grâce à un faisceau d'ions de la porosité de la couche d'or poreuse (10) où les ions sont choisis parmi les ions des atomes de la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe).1. A method of manufacturing a connector element comprising a substrate on which is deposited a gold layer characterized in that it comprises the following successive steps: a) supplying a substrate (20); b) an ion beam ion beam treatment of a surface of the substrate (20) wherein the ions are selected from the ions of the atoms of the list consisting of helium (He), nitrogen (N); ), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe); c) depositing a porous gold layer (10) electrolytically on the thus treated surface of the substrate (20); d) ion bombardment treatment with an ion beam of the porosity of the porous gold layer (10) wherein the ions are selected from the ions of the atoms of the list consisting of helium (He), the nitrogen (N), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe).
2. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'une surface du substrat traitée par bombardement ionique à l'étape b) est en cuivre ou en alliage de cuivre.2. A method of manufacturing a connector element according to the preceding claim characterized in that a surface of the substrate treated by ion bombardment in step b) is copper or copper alloy.
3. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que la dose d'ions implantés est comprise entre 1015 ions/cm2 et 1018 ions/cm2.3. A method of manufacturing a connector element according to the preceding claim characterized in that the dose of implanted ions is between 10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 .
4. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une surface du substrat traitée par bombardement ionique à l'étape b) est en nickel ou en alliage de nickel, par exemple déposé par voie électrolytique sur une surface de cuivre ou d'alliage de cuivre.4. A method of manufacturing a connector element according to any preceding claim characterized in that a surface of the ionically bombarded substrate in step b) is made of nickel or nickel alloy, for example deposited electrolytically on a surface of copper or copper alloy.
5. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que la dose d'ions implantés est comprise entre 1015 ions/cm2 et 1018 ions/cm2.5. A method of manufacturing a connector element according to the preceding claim characterized in that the dose of implanted ions is between 10 15 ions / cm 2 and 10 18 ions / cm 2 .
6. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche d'or poreuse est traitée à l'étape d) avec un faisceau d'ions dont l'angle d'incidence (α) est compris entre un angle d'incidence minimum (αm) et sensiblement 80°, où l'angle d'incidence (α) du faisceau est mesuré par rapport à la normale à la surface (14) de la couche d'or poreuse à traiter et où l'angle d'incidence minimum (αm) est déterminé en fonction du rayon (R) des pores et de l'épaisseur (e) de la couche d'or à traiter selon la formule : 6. A method of manufacturing a connector element according to any one of the preceding claims characterized in that the porous gold layer is treated in step d) with an ion beam whose incidence angle (α) is between a minimum angle of incidence (α m ) and substantially 80 °, wherein the angle of incidence (α) of the beam is measured relative to the normal to the surface (14) of the porous gold to be treated and where the minimum angle of incidence (α m ) is determined according to the radius (R) of the pores and the thickness (e) of the gold layer to be treated according to the formula:
7. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la couche d'or est traitée à l'étape d) avec un faisceau d'ions dont l'angle d'incidence (α) est sensiblement confondu avec la normale à la surface (14) de la couche d'or à traiter.7. A method of manufacturing a connector element according to any one of claims 1 to 5 characterized in that the gold layer is treated in step d) with an ion beam whose angle d incidence (α) is substantially coincident with the normal to the surface (14) of the gold layer to be treated.
8. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le faisceau d'ions de l'étape d) est orienté dans deux directions opposées par rapport à la normale à la surface (14) de la couche d'or poreuse à traiter, dans un même plan sensiblement perpendiculaire à ladite surface (14).8. A method of manufacturing a connector element according to any preceding claim characterized in that the ion beam of step d) is oriented in two opposite directions relative to the normal to the surface (14) of the porous gold layer to be treated, in the same plane substantially perpendicular to said surface (14).
9. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le faisceau d'ions de l'étape d) est orienté par rapport à la surface (14) de la couche d'or poreuse selon une pluralité d'angles d'incidence et/ou une pluralité de plans sensiblement perpendiculaires à la surface (14) de la couche d'or à traiter.9. A method of manufacturing a connector element according to any preceding claim characterized in that the ion beam of step d) is oriented relative to the surface (14) of the gold layer porous at a plurality of angles of incidence and / or a plurality of planes substantially perpendicular to the surface (14) of the gold layer to be treated.
10. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon les revendications 8 et 9 caractérisé en ce que le faisceau d'ions de l'étape d) est orienté successivement selon un même angle d'incidence α, et selon quatre directions qui se déduisent par une rotation de 90° par rapport à l'axe perpendiculaire à la surface, à savoir par rapport à la normale à la surface (14) de la couche d'or à traiter.10. A method of manufacturing a connector element according to claims 8 and 9 characterized in that the ion beam of step d) is oriented successively at the same angle of incidence α, and in four directions which deduce by a rotation of 90 ° with respect to the axis perpendicular to the surface, namely with respect to the normal to the surface (14) of the gold layer to be treated.
1 1. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la dose totale d'ions implantés dans l'étape d) est calculée de manière à permettre au moins une fois le déplacement de chaque atome de métal dans la profondeur d'implantation.A method of manufacturing a connector element according to any one of the preceding claims, characterized in that the total dose of ions implanted in step d) is calculated so as to allow at least once the displacement of each metal atom in the implantation depth.
12. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la tension d'extraction du faisceau d'ions est supérieure ou égale à 10 kV, par exemple inférieure ou égale à 400 kV. 12. A method of manufacturing a connector element according to any one of the preceding claims characterized in that the extraction voltage of the ion beam is greater than or equal to 10 kV, for example less than or equal to 400 kV.
13. Procédé de fabrication d'un élément de connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le faisceau d'ions de l'étape b) et/ou de l'étape d) est émis par une source à résonance cyclotronique (RCE) (55).13. A method of manufacturing a connector element according to any preceding claim characterized in that the ion beam of step b) and / or step d) is emitted by a resonance source cyclotronic (RCE) (55).
14. Élément de connecteur comprenant un substrat et une couche d'or poreuse obtenue par voie électrolytique où le substrat comprend une bande de cuivre sur laquelle a été déposée une couche de nickel et où la couche d'or poreuse a été déposée sur ladite couche de nickel, caractérisé en ce que la couche de nickel comprend des atomes implantés choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe), la couche d'or poreuse comprend des atomes implantés, choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) et en ce que l'épaisseur de la couche de nickel est inférieure ou égale à 1 μm, par exemple est inférieure ou égale à 0,5 μm, voire même est inférieure ou égale à 0,2 μm.A connector element comprising a substrate and an electrolytically-obtained porous gold layer where the substrate comprises a copper strip on which a layer of nickel has been deposited and where the porous gold layer has been deposited on said layer nickel, characterized in that the nickel layer comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), the porous gold layer comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) and in that the thickness of the nickel layer is less than or equal to 1 μm, for example less than or equal to 0.5 μm, or even less than or equal to 0, 2 μm.
15. Élément de connecteur comprenant un substrat et une couche d'or poreuse obtenue par voie électrolytique où le substrat comprend une bande de cuivre sur laquelle a été déposée la couche d'or poreuse, caractérisé en ce que la surface de la bande de cuivre comprend des atomes implantés choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe), et la couche d'or poreuse comprend des atomes implantés, choisis parmi la liste constituée de l'hélium (He), l'azote (N), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe). A connector element comprising a substrate and an electrolytically-obtained porous gold layer where the substrate comprises a copper strip on which the porous gold layer has been deposited, characterized in that the surface of the copper strip comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and porous gold layer comprises implanted atoms selected from the list consisting of helium (He), nitrogen (N), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe).
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2939973A1 (en) | 2010-06-18 |
FR2939973B1 (en) | 2012-11-23 |
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