Brevet FR2538207A1 — publié le 19840622

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un circuit électrique de faible dimension destiné à la mise à feu d'un dis- positif pyrotechnique. L'invention vise également le circuit électrique obtenu notamment par le procédé précité. Les dispositifs demise à feu électrique con- nus comprennent un circuit électrique qui comporte un élément électriquement résistant chauffant ou fusible sous l'effet du passage d'un courant élec- trique appliqué aux bornes du circuit afin de pro- voquer la déflagration de l'explosif qui est en contact avec cet élément résistant. De tels dispositifs sont utilisés particu- lièrement pour la mise à feu des munitions utilisées dans les armes à tube telles que canons à tir rapi- de ( 3 000 coups par minute ou plus). Dans ces dispositifs de mise à feu, le cir- cuit électrique est constitué par un circuit imprimé miniaturisé comprenant un fil électriquement résis- tant très fin de diamètre égal à une dizaine de microns qui est soudé sur ce circuit imprimé. La soudure de ce fil électriquement résistant sur le circuit imprimé est une opération très délica- te et par conséquent coûteuse. De plus, les circuits ainsi réalisés sont relativement peu fiables En effet, dans un tel circuit,la probabilité de mise à feu doit être nulle en dessous d'une tension électrique donnée appliquée au filament et doit être égale à l'unité dans un temps bien défini pour une tension supérieure à la valeur précitée On conçoit que, s'il existe le moin- dre défaut de soudure du filament et si ce dernier présente des dimensions ou une section s'écartant tant soit peu des valeurs optimales, la mise à feu peut être obtenue dans certains cas à une tension nette- ment inférieure et dans d'autres cas à une tension supérieure à la valeur optimale souhaitée. Le but de La présente invention est de remé- dier aux inconvénients des circuits électriques connus en proposant un procédé de fabrication d'un circuit destiné à la mise à feu d'un dispositif pyrotechnique qui soit à la fois de mise en oeuvre simple et économique et-permettant d'obtenir un - circuit dont le fonctionnement est beaucoup plus fiable que dans le cas des réalisations connues. Suivant l'invention, ce procédé est caracté- risé par les étapes suivantes on colle une feuille en matériau électri- quement résistant sur un support électriquement isolant, on grave sur cette feuille deux zones conductrices séparées par un filament électriquement résistant, on recouvre au moins en partie -chacune de ces deux zones conductrices par une couche d'un matériau-conducteur destiné à assurer le contact élec- trique avec les bornes d'amenée de courant électrique au circuit. La gravure de la feuille électriquement résis- tante permet d'obtenir un filament dont les dimensions, la liaison avec les deux zones conductrices et la valeur ohmique sont controlées avec une extrême pré- cision. Les couches de matériau conducteur appliquées sur les deux zones conductrices permettent d'obtenir un excellent contact électrique avec les bornes d'ame- née de courant. Les conditions de mise à feu du dispositif comportant un circuit ainsi réalisé sont de ce fait parfaitement reproductibles et fiables. Selon un mode d'exécution avantageux du procédé, pour graver la feuille on recouvre cette dernière par un masque réalisé par photogravure et reproduisant le contour des zones conductrices et du filament à graver sur cette feuille et on soumet l'ensemble constitué par le masque et la feuille à l'action d'un agent d'érosion approprié pour éliminer la matière de la feuille en regard des zones de la feuille non recouvertes par le masque. Des procédés de gravures d'une feuille élec- triquement résistante destinés notamment à la réali- sation de résistancesélectriques ont été décrits dans les brevets français No 2 344 940 et No 2 354 617 de la demanderesse Ces procédés permettent d'obtenir des gravures extrêmement fines et précises Le fila- ment électriquement résistant ainsi obtenu présente une valeur ohmique prédéterminée et parfaitement reproductible lors d'une fabrication en grande série. L'invention vise également un circuit électrique comprenant un élément électriquement résistant destiné à la mise à feu d'un dispositif pyrotechnique - Conformément à l'invention, ce circuit com- prend une feuille en matériau électriquement résis- tant collée sur un support électriquement isolant, cette feuille comprenant deux zones conductrices séparées par un filament électriquement résistant gravés dans ladite feuille, ces deux zones conduc- trices étant recouvertes chacune par une couche d'un matériau conducteur destinée à assurer le contact électrique avec les bornes d'amenée de courant électrique au circuit. Selon une version préférée de l'invention, le circuit présente la forme d'un disque, les deux zones conductrices gravée dans la feuille sont concentriques, la zone conductrice centrale étant percée d'un trou qui traverse de part en part le sup- port isolant, L'intérieur de ce trou, la face du sup- port isolant opposée à la feuille et une partie de la zone conductrice centrale sont recouverts par une couche continue d'un matériau bon conducteur de l'élec- tricité, et la zone conductrice extérieure est recouverte en partie par une couche d'un matériau bon conducteur de l'électricité, séparée de la couche précitée. Cette forme particulière du circuit permet de l'adapter facilement à un dispositif pyrotechnique. Les couches conductrices permettent d'établir aisément une parfaite connexion électrique avec les bornes du circuit. La feuille électriquement résistante peut être en métal ou en alliage résistif et présenter une épaisseur comprise entre 1 et 10 microns environ. Selon une variante de l'invention, la feuille électriquement résistante comprend deux parties de feuille situées dans le prolongement l'une de l'autre entre lesquelles est inséré un matériau semi-conducteur amorphe, par exemple du type Zn Te (Tellure de zinc). L'insertion de ce matériau semi-conducteur amorphe permet encore d'améliorer les conditions de mise à feu d'un dispositif pyrotechnique muni d'un tel circuit électrique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs la figure 1 est une vue en coupe montrant la feuille résistive collée sur son support isolant et illustrant la première étape du procédé conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en coupe montrant le masque appliqué sur la feuille et illustrant la deuxième étape du procédé, la figure 3 est une vue en coupe montrant la feuille résistive gravée et illustrant la troisiè- me étape du procédé, la figure 4 est une vue illustrant la quatrième étape: application sur la feuille gravée d'une couche de nickel et d'une couche de cuivre, la figure 5 est une vue illustrant la cinquième étape perçage d'un trou central à travers l'ensemble, la figure 6 est une vue montrant l'application d'une couche épaisse de cuivre, la figure 7 est une vue en coupe du cir- cuit électrique terminé, la figure 8 est une vue de-dessus de ce circuit, la figure 9 est une courbe montrant l'évo- lution de la probabilité de mise à feu en fonction de la tension appliquée aux bornes de cette dernière, la figure 10 est une vue de- dessus d'une variante d'un circuit selon l'invention, la figure 11 est une vue en coupe selon le plan XI-XI de la figure 10, la figure 12 est une vue en coupe-selon le plan XII-XII de la figure 10, la figure 13 est une courbe montrant l'évo- lution de l'intensité du courant en fonction de la tension, dans le cas de la variante selon les figures 10 à 12. Pour fabriquer un circuit électrique confor- me à l'invention, on procède de préférence de la façon suivante: Dans une première étape (voir figure 1), on colle, à l'aide d'une résine 2, une feuille 1 d'allia- ge de nickel et de chrome sur un support isolant 3 (par exemple en résine époxy, polyimide, polytétra- fluoréthylène chargée de fibres de verre) d'épais- seur comprise entre 0,1 et 1 mm et plaqué sur sa face arrière d'une couche de cuivre 4 d'épaisseur comprise entre 10 et 70 microns. Dans une deuxième étape (voir figure 2), on applique sur la feuille résistive 1, un masque 5 com- portant des ouvertures 5 a en regard des zones de la feuille 1 qui sont à graver Ce masque 5 est obtenu en appliquant sur la feuille 1 une laque photosensible. Après séchage de celle-ci, on la soumet à l'action de la lumière au travers d'un cliché photographique repro- duisant le circuit à graver On procède ensuite à un développement et à une cuisson de la laque de masquage. Dans une troisième étape, on soumet l'ensem- ble à un usinage chimique, électrochimique ou ionique, comme décrit par exemple dans les breyvets français 2 344 940 et 2 354 617 de la Demanderesse, pour graver les zones de la feuille résistive 1 situées en regard des ouvertures 5 a du masque 5. Après enlèvement du masque 5, la feuille 1 se présente sous la forme représentée sur la figure 3. Dans une quatrième étape (voir figure 4), on applique sur la feuille résistive 1, après dégraissage de celle-ci, une fine couche 6 a de nickel (épaisseur de l'ordre de 0,1 icro) puis une couche 6 de cuivre - obtenue par dépôt électrolytique, d'épaisseur égale à 5 microns environ Lors du dépôt des couches 6 a et 6, la face arrière 4 a est protégée par un film anti-acide. Dans une cinquième étape (voir figure 5), on perce un trou 7 au centre à travers l'ensemble obtenu lors de la quatrième étape. Dans une sixième étape on métallise le trou 7 après conditionnement préalable des parties a métalliser Ce conditionnement élimine pratiquement en totalité la couche 6 de la figure 5. A cet effet (voir figure 6): on dépose par vaie chimique et électroly- tique une fine couche de cuivre 8 (épaisseur 11 par décapage chimique ou électrochimique. On obtient alors le circuit électrique repré- senté sur les figures 7 et 8. On voit sur la figure 8, que le circuit électrique ainsi obtenu présente la forme d'un disque comprenant deux zones concentriques conductrices 12 a, 12 b gravées dans la feuille résistive l,séparées par un évidement 12 en forme d'anneau fendu Ces deux zones concentriques 12 a, 12 b sont reliées entre elles par un mince filament résistant 13 qui a été 253820 ? réalisé dans la feuille résistive lors de la troisiè- me étape du procédé. Ce filament résistant 13 présente avantageu- sement un profil sinueux pour augmenter sa longueur et la valeur ohmique de l'ensemble du circuit. La forme en disque du circuit électrique selon l'invention peut être découpée à l'emporte-pièce dans une feuille reproduisant un grand nombre de circuits gravés, comme on vient de le décrire. Dans tous les cas on obtient suivant le procédé selon l'invention, un filament résistant 13 présentant des dimensions parfaitement définies et reproductibles, avec de très faibles écarts de sa valeur chimique lors d'une fabrication en très grande série. Grâce à la parfaite reproductibilité des dimensions et de la valeur ohmique du filament ré- sistant 13 du circuit, la probabilité P (voir figu- re 9) de mise à feu est quasi nulle en-dessous d'une tension électrique inférieure à une valeur V 2 et cette probabilité de mise à feu est identique à l'unité et en un temps 4 t bien défini, pour une tension V supérieure à V 2. La figure 9 illustre ainsi la parfaite fia- bilité du fonctionnement du dispositif conforme à l'in- vention - Sur les figures 10, il et 12 on a représenté une variante de réalisation d'une amorce conforme à l'invention. Dans cette réalisation, la feuille résistive comprend deux parties la, lb situées dans le prolon- gement l'une de l'autre et entre lesquelles est insérée 253820 ?w une feuille lc d'un matériau semi-conducteur amorphe, par exemple du type Zn Te (Tellure de zinc). Le bord de la partie la de la feuille recou- vre partiellement la feuille lc du matériau semi-con- ducteur amorphe, tandis que cette dernière recouvre partiellement l'autre partie lb de la feuille résis- tive. Dans cette réalisation les couches conduc- trices la, lb sont déposées sous vide La couche lc de semi-conducteur amorphe est également déposée sous vide. On voit sur la figure 10 que la couche la située près du trou central 7 comprend une bande radiale 14 qui recouvre partiellement la-couche lc du matériau semi-conducteur, tandis que celle-ci recouvre une bande radiale 15 reliée à la couche conductrice exté- rieure lb. Les avantages complémentaires apportés par cette réalisation sont les suivants. On a expliqué précédemment en référence à la figure 9 que, pour une tension d'alimentation V 1 i maintenue pendant un temps t 1 pouvant être très long, la probabilité de mise à feu doit être nulle. Par contre, pour une tension d'alimentation V 2, maintenue pendant un temps t 2 pouvant être très bref, la proba- bilité de mise à feu doit être égale à 1. L'utilisation d'un filament chauffant pure- ment résistif, tel que le filament 13, ne permet pas, pour certaines applications, par exemple dans lesquel- les V 1 doit être voisin de V 2, avec t 1 très long et t 2 très bref, de remplir simultanément les deux condi- tions précitées. Dans le cas de la réalisation selon la figure à 12, l'élément chauffant n'est plus seulement constitué d'un matériau résistif mais est en fait une structure du type métal-isolant (ou semi-conducteur 2 ? 5382 07 amorphe-métal) présentant deux états de conduction, à savoir un état de conduction "haute impédance" (état A sur la courbe de la figure 13) et un état de conduction "basse impédance" (état B). Le fonctionnement d'une telle variante est le suivant: pour des tensions appliquées inférieu- res à V, la structure est dans son état "haute impédance" (A), le courant qui traverse le circuitest très faible, la puissance dissipée est très faible et la probabilité de mise à feu est nulle pour une tension V inférieure à Vs. Lorsque la tension appliquée devient égale à Vs, le dispositif commute très rapidement (quelques nanosecondes) dans son-état "basse impédance" (B). Dès lors, le courant traversant le circuit devient suffisant pour la mise à feu de-l'explosif et la probabilité de mise à feu pour une tension V supérieure à Vs est égale à l'unité. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et l'on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi la forme en disque ou en rondelle du circuit n'est pas critique celle-ci peut être différente pourvu qu'elle permettre un montage facile au dispositif de mise à feu. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication d'un circuit électrique comprenant un élément électriquement résis- tant ( 13)destiné à la mise à feu d'un dispositif pyrotechnique, ledit procédé étant caractérisé par les étapes suivantes: - on colle une feuille ( 1) en matériau électriquement résistant sur un support électriquement isolant ( 3), on grave sur cette feuille deux zones con- ductrices ( 12 a, 12 b) séparées par un filament électri- quement résistant ( 13), et, on recouvre au moins en partie chacune de ces deux zones conductrices ( 12 a, 12 b par une couche ( 10) d'un matériau conducteur destiné à assurer le contact électrique avec des bornes d'amenée de courant électrique au circuit. 2 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que pour graver la feuille ( 1), on recouvre cette dernière par un masque ( 5) réalisé par photogravure et reproduisant le contour des zones conductrices ( 12 a, 12 b) et du filament ( 13) à graver sur cette feuille et on soumet l'ensemble constitué par le masque ( 5) et la feuille ( 1) à l'action d'un agent d'érosion approprié pour éliminer la matière de la feuille en regard des zones de là feuille non recouvertes par le masque ( 5). 3 Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on grave sur la feuille ( 1) deux zones conductrices ( 12 a, 12 b) concentriques séparées par un filament ( 13) électriquement résistant de profil sinueux. 4 Procédé conforme à la revendication 3, - caractérisé en ce que l'on perce un trou ( 7) à travers la zone conductrice centrale ( 12 b) de la feuille gravée $ 8207 et le support ( 3) de cette dernière. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'on applique à l'intérieur du trou ( 7) sur la zone conductrice centrale ( 12 b), sur la face du support ( 3) opposée à la feuille gra- vée et sur la zone conductrice extérieure ( 12 a) uoe couche ( 10) d'un matériau conducteur. 6 Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite couche ( 10) de matière conductrice est une couche de cuivre obtenue par dépôt chimique ou électro-chimique. 7 Circuit électrique comprenant un élément électriquement résistant ( 13) destiné à la mise à feu d'un dispositif pyrotechnique, caractérisé en ce qu'il comprend une feuille ( 1) en matériau électriquement résistant, collée sur un support électriquement isolant ( 3), en ce que cette feuille comprend deux zones conductrices ( 12 a, 12 b) séparées par un filament électriquement résistant ( 13) gravés dans ladite feuille, ces deux zones conductrices étant recouvertes chacune par une couche ( 10) d'un matériau conducteur destiné à assurer le contact électrique avec les bornes d'amenée de courant électrique au circuit. 8 Circuit conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il présente la forme d'un dis- que, en ce que les deux zones conductrices ( 12 a, 12 b) gravées dans la feuille sont concentriques, la zone conductrice centrale ( 12 b) étant percée d'un trou ( 7);ui traverse de part en part le support isolant ( 3), en ce que ce trou ( 7), la face du support ( 3) opposée à la feuille ( 1) et une partie de la zone conductrice centrale ( 12 b) sont recouverts par une couche ( 10) continue d'un matériau bon conducteur de 253820 ? l'électricité et en ce que la zone conductrice exté- rieure ( 12 b) est recouverte en partie par une couche ( 10) d'un matériau bon conducteur de l'élec- tricite, séparée de la couche ( 10) précitée. 9 Circuit conforme à l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la feuille ( 1) est en métal ou en alliage résistif et présente une épaisseur comprise entre 1 et 10 microns. Circuit conforme à l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la feuille ( 1) de matériau électriquement résistant comprend deux parties de feuille (la, lb) situées dans le prolongement l'une de l'autre, entre lesquelles est inséré un maté- riau semi-conducteur amorphe ( 1). 11 Circuit conforme à la revendication 12, caractérisé en ce que ledit matériau semi-conducteur est en tellure de zinc.