Brevet FR2907130A1 — publié le 20080418

Dispositif de nitruration par implantation ionique d'une pièce en cuivre ou en alliage de cuivre et procédé mettant en oeuvre un tel dispositif. Domaine de l'invention L'invention a pour objet un dispositif de nitruration par implantation ionique d'une pièce en cuivre ou en alliage de cuivre à partir d'un faisceau d'ions d'azote émis par une source d'ions. L'invention a également pour objet un procédé de nitruration d'une pièce en cuivre ou en alliage de cuivre mettant en oeuvre un tel dispositif. L'invention trouve des applications par exemple dans le domaine électrique où il est nécessaire de traiter des connecteurs en cuivre ou en alliage de cuivre pour réduire la résistance de contact et supprimer les risques de grippage. Etat de la technique On définit la résistance de contact entre deux métaux, par la résistance électrique due à l'imperfection de la jonction entre ces deux métaux. Les raisons d'une résistance de contact sont divisées fondamentalement en deux catégories: celles pouvant être évitées et celles qui sont inéluctables. 25 Les raisons inéluctables sont celles dues à la rugosité inhérente aux surfaces: le contact n'est pas parfait, la conduction électrique s'effectue au travers de points de contacts répartis de façon discontinue sur la surface. Les raisons évitables sont liées à la présence de couches isolantes du à la pollution de l'air ou à des particules (poussières). Les particules de 30 poussière peuvent provenir du processus de fabrication ou encore de l'abrasion provoquée par le mouvement des contacts. Les couches isolantes 2907130 2 se divisent quant à elles en deux catégories : les couches inorganiques provenant de la corrosion ou de l'oxydation, les couches organiques dues par exemple aux graisses 5 L'état de contacts recouvert d'une couche isolante peut être classifié en trois catégories : 1. L'isolement : la tension appliquée n'est pas suffisante pour démarrer la conduction électrique. 2. L'effet de cohérence : la tension appliquée atteint un seuil ou se 10 produit un effondrement de la résistance de contact et le démarrage de la conduction électrique. 3. Contact métallique : la pression des contacts est suffisante pour détruire mécaniquement la couche isolante. 15 Les connecteurs en cuivre pur présentent un avantage lié à leur très haute conductivité électrique du cuivre (la deuxième après l'argent) mais présentent deux inconvénients majeurs : 1. la fragilité : le cuivre n'est pas très dur et a pour particularité de se rayer et de s'user assez rapidement lors de frottements répétés. Les poussières produites par abrasion et la multiplication des points de contacts due aux rayures ont pour effet de diminuer la surface de contact donc d'augmenter la résistance de contact. 2. son oxydabilité dans le temps : une fine couche isolante d'oxyde cuivrique et cuivreux se forme sur la surface du cuivre pur, ce qui a pour effet d'augmenter la résistance de contact jusqu'à rendre un connecteur inopérant (isolement de l'état de contact). 30 L'industrie électrique n'utilise pas du cuivre pur pour les inconvénients exposés plus haut mais plutôt des cuivres faiblement alliés. Ces cuivres 20 25 2907130 3 faiblement alliés renferment généralement moins de 1 p. 100 d `éléments d'addition, leurs caractéristiques mécaniques sont supérieures à celles du cuivre pur et ils conservent des caractéristiques électriques élevées. 5 Les principaux sont : le cuivre à l'argent (de 0, 03 à 0,10 p. 100) dont les caractéristiques mécaniques sont conservées à une température plus élevée de 100 C que celle du cuivre pur ; le cuivre au cadmium (de 0,7 à 1 p. 100 de Cd) dont la conductivité atteint 88 p. 100 de celle du cuivre pur pour une résistance mécanique plus élevée ; le cuivre au tellure (de 0,5 à 10 0,9 p. 100 de Te), cuivre de décolletage dont la conductivité atteint 98 p. 100 de celle du cuivre ; le cuivre au chrome (de 0,5 à 0,9 p. 100 de Cr) est un alliage dit à durcissement structural ; le cuivre au béryllium (de 1,8 à 2 p. 1000 de Be), alliage à durcissement structural qui possède des caractéristiques mécaniques remarquables équivalentes à celle des outils ; 15 sa conductivité atteint 25 p. 100 de celle du cuivre pur. Le cuivre au béryllium permet en particulier de nombreuses applications dans le domaine électrique: contacts, connecteurs, rupteurs, etc. 20 Ces alliages de cuivres faiblement alliés constituent un bon compromis entre dureté mécanique et conductivité électrique, mais sont remplacés par l'or dés qu'il s'agit d'avoir une conductivité électrique proche du cuivre pour laquelle la formation d'une couche d'oxyde n'est pas à craindre. L'or pur ne s'oxyde pas mais présente toutefois des faiblesses sur le plan mécanique, c'est un métal mou. La recherche sur le connecteur idéal est actuellement très active : on mène, par exemple, des analyses des régimes de décroissance de la résistance électrique de contact en fonction de la force sous faibles courants et faibles tensions : matériaux classiques (Au, Ag, Pd, Sn), nouveaux revêtements (AgC, 2907130 4 Carbon Se), nouveaux matériaux tel les polymères conducteurs " Metalized Particules Interconnect, MPI". Ces technologies ont toutes leurs avantages et leurs inconvénients en terme de coût, de performance électrique et de fiabilité dans la durée. 5 Aujourd'hui l'industrie électrique vise dans l'absolu à fabriquer des connecteurs, notamment pour automobile, qui puissent résister aux contraintes électriques, climatiques et mécaniques sans dégradation de leurs résistances de contact. Ces connecteurs doivent présenter un bon coefficient 10 de frottement, être durs superficiellement, avoir des conductivités proches du cuivre pur, être peu sensibles à l'oxydation et peu sujets au grippage. Ces caractéristiques ont pour but de garantir de faible résistance de contact sur une longue durée. 15 Exposé de l'invention L'invention a pour but de remédier aux inconvénients et problèmes des techniques exposées précédemment. Il est notamment visé par la présente invention de proposer un 20 dispositif d'implantation ionique, notamment d'ions azote, dans une pièce en cuivre ou en alliage de cuivre pour améliorer la dureté superficielle de cette dernière et diminuer son coefficient de frottement. Il est visé par la présente invention de ralentir l'oxydation du cuivre ou des alliages de cuivre consécutif à une exposition à l'air et à l'eau. 25 Il est visé par la présente invention de réduire les risques de grippage entre deux surfaces de contact antagonistes. Il est visé par la présente invention de conserver une conductivité électrique en surface proche de celle de cuivre ou des alliages de cuivre d'origine. 30 Il est encore visé par la présente invention de proposer un tel dispositif qui permette un traitement en profondeur du cuivre ou de l'alliage 2907130 5 de cuivre, typiquement sur une épaisseur de l'ordre de 0 à 1 pm, et dont la mise en oeuvre ne provoque pas une altération des caractéristiques mécaniques de la pièce à traiter (recuit des structures écrouies ou à durcissement structural). 5 Il est également visé par la présente invention de proposer un tel dispositif qui ne nécessite pas des temps de traitement qui soient longs. Il est enfin visé par la présente invention de proposer un tel dispositif qui soit peu coûteux pour permettre son utilisation dans un cadre industriel, son coût ne devant pas être rédhibitoire par rapport aux coûts d'autres 10 procédés de traitement. Le cuivre appartient à la famille des métaux de transitions. Les nitrures des éléments de transition peuvent être considérés comme des composés d'insertion de l'azote dans une maille métallique, le plus souvent 15 cubique faces centrées. Leur formule varie avec la nature des sites occupés et le degrés de saturation de ces sites, ils sont souvent non stoechiométriques. Du fait d'une structure plus compacte, leur dureté est très supérieure à celle du métal (dureté de Mohs voisine de 9) , il en est de même pour leurs points de fusion. Leur conductivité électrique est importante, à 20 peine plus faible que celle des métaux correspondant. Leur inertie aux agents chimiques, aux oxydants dépasse largement celle du métal. La nitruration du cuivre peut en fonction de la concentration d'azote conduire au nitrure de cuivre, Cu3N, dur et fragile (instable au-delà de 25 100 C), qui augmente la dureté mais aussi améliore les qualités de frottement. Cet azote incorporé dans le cuivre agit comme une barrière de protection contre l'oxydation naturelle. L'azote en quantité raisonnable ne déforme pas le réseau cristallin du cuivre, et permet ainsi de conserver de très bonnes propriétés électriques en surface. 30 2907130 6 La nitruration superficielle du cuivre a pour effet de diminuer le coefficient de frottement donc de réduire l'usure de contact. En réduisant le nombre de débris d'abrasion et de rayures on conserve plus longtemps les propriétés électriques superficielles : la résistance de contact et la 5 conductivité électrique proche de celle du cuivre d'origine. La nitruration superficielle ralentit considérablement l'apparition des oxydes de cuivre et repousse dans le temps la dégradation de la résistance de contact. La démarche inventive de la présente invention a consisté à proposer 10 de réaliser à basse température, plus précisément à une température inférieure à environ 100 C, le traitement d'une pièce en cuivre ou en alliage de cuivre par implantation simultanée d'ions multi-énergies. Ces derniers sont obtenus en extrayant avec une même et unique tension d'extraction des ions mono- et multi-chargés créés dans la chambre à plasma d'une source 15 d'ions à résonance cyclotronique électronique (source RCE). Chaque ion produit par ladite source présente une énergie qui est proportionnelle à son état de charge. Il en découle que les ions dont l'état de charge est le plus élevé, donc d'énergie la plus élevée, s'implantent dans la pièce en cuivre ou en alliage de cuivre à des profondeurs plus importantes. 20 On notera à ce stade de la description que cette implantation est rapide et peu coûteuse puisqu'elle ne nécessite pas une tension d'extraction élevée de la source d'ions. En effet, pour augmenter l'énergie d'implantation d'un ion, il est économiquement préférable d'augmenter son état de charge plutôt que d'augmenter sa tension d'extraction. 25 On notera également que ce dispositif permet de traiter une pièce sans altérer ses propriétés mécaniques obtenues par écrouissage ou durcissement structural (température inférieure à 100 C). Le dispositif d'implantation d'ions dans une pièce en cuivre ou en alliage de cuivre comporte une source délivrant des ions accélérés par une 30 tension d'extraction et des premiers moyens de réglage d'un faisceau initial d'ions émis par ladite source en un faisceau d'implantation. 2907130 7 Selon la présente invention, un tel dispositif est principalement reconnaissable en ce que ladite source est une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions multi-énergies qui sont implantés dans la pièce à une température inférieure à 100 C, l'implantation 5 des ions du faisceau d'implantation étant effectuée simultanément à une profondeur contrôlée par la tension d'extraction de la source. Plus particulièrement, le procédé de l'invention propose d'utiliser des ions d'azote multi-énergies produits par la source d'ions RCE à l'intérieur de laquelle de l'azote a été préalablement introduit et d'implanter les ions 10 produits simultanément dans la pièce en cuivre ou en alliage de cuivre, ce qui engendre des ions d'azote en interstitiel dans la structure du cuivre, des microcristaux de nitrure de cuivre induisant à leur tour une augmentation de la dureté. L'implantation simultanée de ces ions d'azote peut se faire à des profondeurs variables, en fonction des besoins et de la forme de la pièce. 15 Ces profondeurs dépendent des énergies d'implantation des ions du faisceau d'implantation ; elles peuvent varier de 0 à environ 1 pm. Compte tenu d'un effet de pulvérisation différent selon l'énergie donc l'état de charge de l'ion incident, on n'obtient pas le même profil de concentration d'ions implantés selon, par exemple, que l'on implante 20 simultanément N+, N2+, N3+, ou que l'on implante successivement par état de charge d'ordre croissant N+, N2+, puis N3+, ou encore que l'on implante successivement par état de charge d'ordre décroissant N3+, N2+, puis N+. L'implantation successive par état de charge d'ordre croissant donne un profil d'épaisseur large mais de faible concentration. L'implantation 25 successive par état de charge d'ordre décroissant donne un profil d'épaisseur étroite mais de forte concentration. L'implantation simultanée est un compromis entre les deux types d'implantation précédents, on obtient un profil d'épaisseur moyenne et de concentration moyenne. Il est coûteux en terme de temps d'implanter des ions successivement par ordre croissant et 30 décroissant. Le procédé de l'invention préconise l'implantation simultanée d'ions mufti-énergies avec un faisceau multi-énergies et est de ce fait à la 2907130 8 fois avantageux techniquement et optimal sur le plan du compromis physique obtenu (profil de concentration équilibré). L'intérêt consiste à obtenir un profil de concentration comportant un plateau de large épaisseur, dont on puisse contrôler la hauteur. Cette hauteur de plateau devra se situer en dessous 5 d'une concentration critique fixée par la résistivité maximale autorisée à la surface du connecteur. L'augmentation de la dureté du cuivre ou de l'alliage de cuivre est liée à la concentration en ions d'azote implantés. Le procédé de l'invention présente un avantage très intéressant par 10 rapport à l'implantation effectuée avec un faisceau d'ions d'azote mono-énergie: pour une même concentration d'ions implantés, favorise en effet avec un faisceau d'ions d'azote multi-énergies l'apparition de nitrure de cuivre. L'implantation simultanée d'ions multi-énergies engendre par collisions et cascades un brassage plus efficace des différentes couches de 15 nitrure de cuivre (qui s'étagent à différentes profondeurs d'implantation dans l'épaisseur traitée). L'efficacité des processus de fragmentation et de dispersion des microcristaux dont sont constituées les couches de nitrure de cuivre est à l'origine d'un accroissement supplémentaire de dureté obtenu par implantation avec un faisceau d'ions d'azote multi-énergies. 20 Dans une application à des pièces en cuivre ou en alliage de cuivre, le procédé de l'invention permet d'obtenir une dureté superficielle proche de celle de l'acier, tout en conservant les propriétés mécaniques massives dues à l'écrouissage ou au durcissement structural. Le dispositif de la présente invention comporte en outre 25 avantageusement des deuxièmes moyens de réglage de la position relative de la pièce et de la source d'ions. On comprendra qu'un déplacement relatif entre la source d'ions et la pièce est mis en oeuvre pour pouvoir traiter cette dernière. Selon une forme préférée de réalisation du dispositif de la présente 30 invention dans laquelle la pièce est mobile par rapport à la source, les deuxièmes moyens de réglage comportent avantageusement un porte-pièce 2907130 9 qui est mobile pour déplacer la pièce au cours de son traitement. Dans une autre forme non préférée de réalisation du dispositif, c'est la source d'ions qui est déplacée par rapport à la pièce à traiter; cette dernière forme de réalisation pouvant être mise en oeuvre lorsque les pièces à traiter 5 représentent ensemble un poids trop important. Le porte-pièce est de préférence équipé de moyens de refroidissement pour évacuer la chaleur produite dans la pièce lors de l'implantation des ions multi-énergies. Les premiers moyens de réglage du faisceau d'ions comportent 10 accessoirement un spectromètre de masse pour trier les ions produits par la source en fonction de leur charge et de leur masse. De préférence, les premiers moyens de réglage du faisceau initial d'ions comportent en outre des moyens optiques de focalisation, un profileur, un transformateur d'intensité et un obturateur. 15 Le dispositif est avantageusement confiné dans une enceinte équipée d'une pompe à vide. Les deuxièmes moyens de réglage de la position relative de la pièce et de la source d'ions comportent avantageusement des moyens de calcul de cette position à partir d'informations relatives à la nature du faisceau d'ions, à 20 la géométrie de la pièce, à la vitesse de déplacement du porte-pièce par rapport à la source et au nombre de passes précédemment réalisées. Selon une première variante du procédé de traitement du cuivre et de ses alliages par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon la présente invention, ce procédé est principalement reconnaissable en ce que 25 le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce à une vitesse constante. Selon une deuxième variante du procédé de traitement du cuivre et de ses alliages par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon la présente invention, ce procédé est principalement reconnaissable en ce que 30 le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la 2907130 10 pièce à une vitesse variable tenant compte de l'angle d'incidence du faisceau d'ions multi-énergies par rapport à la surface de la pièce. Que ce soit la pièce à traiter ou la source d'ions qui est déplacée, la vitesse de déplacement relative entre ces deux éléments peut être constante 5 ou variable en fonction de l'angle d'incidence du faisceau par rapport à la surface, au moins pendant le traitement. La vitesse dépend du débit du faisceau, du profil de concentration des ions implantés et du nombre de passes. La vitesse peut varier en fonction de l'angle d'incidence du faisceau par rapport à la surface, pour compenser la faiblesse de la profondeur 10 d'implantation par une augmentation du nombre d'ions implantés. Le faisceau d'ions multi-énergies est émis avec un débit et des énergies d'émission qui sont constants et commandés par la source d'ions. Comme expliqué précédemment, le procédé de l'invention permet d'agir sur les profondeurs de pénétration des ions multi-énergies dans la pièce. Ces 15 profondeurs de pénétration, qui s'étagent dans l'épaisseur traitée, varient en fonction des différentes énergies d'entrée des ions au niveau de la surface de la pièce. L'implantation des ions d'azote dans la structure cristalline de la pièce à traiter a pour effet d'insérer des ions d'azote en interstitiel et de créer des 20 microcristaux de nitrure de cuivre (au-delà d'une certaine concentration d'azote dans le cuivre) extrêmement dures qui bloquent les plans de glissement des dislocations à l'origine des déformations du matériau. En d'autres termes, le fait d'implanter des ions d'azote dans la pièce à traiter permet d'augmenter la dureté superficielle de la pièce et de la rendre ainsi 25 très résistante à l'usure. Le procédé de l'invention permet, par le phénomène de pulvérisation superficielle induit par le passage des ions incidents, de gommer les micro-rugosités de la pièce, autrement dit d'améliorer l'état de surface donc d'augmenter la surface de contact et de réduire la résistance de contact. 30 Le procédé de l'invention permet de ralentir considérablement l'oxydation du cuivre ou l'alliage de cuivre, en implantant sous la surface une 2907130 11 barrière d'atomes d'azote, réputés pour leur inertie chimique ou encore l'action de blocage qu'ils exercent en s'interposant entre le métal et l'oxygène. Le procédé ralentit fortement l'oxydation du cuivre ou les alliages de cuivre. On bloque également la diffusion thermique des atomes de cuivre 5 ou encore ceux constituant l'alliage dans la pièce antagoniste: on réduit ainsi les risques de grippage provenant d'augmentations de température dues aux frottements. A terme, on peut imaginer remplacer l'or pur réputé pour son in oxydabilité par du cuivre pur nitruré superficiellement. Ce cuivre nitruré 10 présente le triple avantage d'être meilleur conducteur que l'or, plus résistant mécaniquement et moins cher. Il résulte de ces dispositions que le procédé de l'invention permet de traiter efficacement des pièces en cuivre ou en alliage de cuivre, sans pour autant augmenter ni la durée du traitement et ni les risques d'échauffement 15 de la pièce. Brève description des dessins La figure 1 représente un diagramme fonctionnel du dispositif de l'invention. 20 La figure 2 représente des exemples de distribution d'implantation, dans du cuivre, par une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions N+, N2+, N3+, N4+, N5+ avec une même tension d'extraction de 200 KV. La figure 3 représente le profil d'implantation obtenu avec un faisceau 25 de N+(1,5mA), N2+(1,5mA), N3+(1,5mA), N4+(1,5mA), N5+(1,5mA), une tension d'extraction de 200 KV, concentré sur une surface de 1 cm2 pendant 30 secondes. Ce profil représente en ordonnée la concentration atomique N/AI (%) d'ions azote implantés en fonction de la profondeur d'implantation exprimée en Angstrôm. 30 La figure 4 représente le profil d'implantation optimal, du même type que le profil précédent, qui est obtenu avec un faisceau de N+(0,5mA), 2907130 12 N2+(lmA), N3+(1,5mA), N4+(2mA), N5+(2,5mA), une tension d'extraction de 200 KV, concentré sur une surface de 1 cm2 pendant 30 secondes. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention 5 Sur la figure 1, un dispositif selon la présente invention est placé dans une enceinte 3 mise sous vide grâce à une pompe à vide 2. Ce vide a pour but d'empêcher l'interception du faisceau par des gaz résiduels et d'éviter la contamination de la surface de la pièce par ces mêmes gaz lors de l'implantation. 10 Ce dispositif comporte une source d'ions 6 à résonance cyclotronique électronique, dite source RCE. Cette source RCE 6 délivre un faisceau initial f1' d'ions multi-énergies d'azote pour un courant total d'environ 7,5 mA (toutes charges confondues N+, N2+, etc.), sous une tension d'extraction pouvant varier de 20 KV à 200 KV. La source RCE 6 émet le faisceau d'ions 15 f1' en direction de premiers moyens de réglage 7-11 qui assurent la focalisation et le réglage du faisceau initial f1' émis par la source RCE 6 en un faisceau f1 d'implantation d'ions qui vient frapper une pièce à traiter 5. Ces premiers moyens de réglage 7-11 comportent, de la source RCE 6 vers la pièce 5, les éléments suivants : 20 - un spectromètre de masse 7 apte à filtrer les ions en fonction de leur charge et de leur masse. Cet élément est facultatif ; en effet, dans le cas ou l'on injecte un gaz d'azote pur (N2), il est possible de récupérer l'ensemble des ions d'azote mono et multi-chargés produits par la source pour obtenir un faisceau d'ions d'azote multi-énergies. Le spectromètre de masse étant 25 un élément très cher on réduit fortement le coût du dispositif en utilisant un faisceau d'ions d'azote multi-énergies obtenus à partir d'un gaz d'azote pur livré en bouteille. - des lentilles 8 dont le rôle est de donner au faisceau initial f1' d'ions une forme choisie, par exemple cylindrique, avec un rayon choisi. 30 - un profileur 9 dont le rôle est d'analyser l'intensité du faisceau dans un plan de coupe perpendiculaire. Cet instrument d'analyse devient facultatif 2907130 13 dès lors que les lentilles 8 sont réglées définitivement lors de la première implantation. - un transformateur d'intensité 10 qui mesure en continu l'intensité du faisceau initial f1' sans l'intercepter. Cet instrument a pour fonction 5 essentielle de détecter toute interruption du faisceau initial f1' et de permettre l'enregistrement des variations d'intensité du faisceau f1 durant le traitement. - un obturateur 11 qui peut être une cage de Faraday, dont le rôle est d'interrompre la trajectoire des ions à certains moments, par exemple lors d'un déplacement sans traitement de la pièce. 10 Selon la forme préférée de réalisation du dispositif représentée sur la figure 1, la pièce 5 est mobile par rapport à la source RCE 6. La pièce 5 est montée sur un porte-pièce mobile 12 dont le déplacement est commandé par une machine à commande numérique 4, elle-même pilotée par un post-processeur calculé par un système de CFAO (conception et fabrication 15 assistées par ordinateur) 1. Le déplacement de la pièce 5 prend en compte le rayon du faisceau f1, les contours externes et internes des zones à traiter de la pièce 5, une vitesse de déplacement constante, ou variable en fonction de l'angle du faisceau f1 par rapport à la surface et un nombre de passes précédemment 20 réalisées. Des informations de contrôle (inf1) sont transmises de la source RCE 6 vers la machine à commande numérique 4. Ces informations de contrôle concernent l'état du faisceau. En particulier, la source RCE 6 informe la machine 4 lorsque le faisceau f1 d'ions est prêt à être envoyé. D'autres 25 informations de contrôle (inf2) sont transmises par la machine 4 à l'obturateur 11, à la source RCE 6 et, éventuellement, à une ou plusieurs machines extérieures au dispositif. Ces informations de contrôle peuvent être les valeurs du rayon du faisceau d'ions, son débit et toutes autres valeurs connues de la machine 4. 2907130 14 Par ailleurs, le porte-pièce 12 est équipé d'un circuit de refroidissement 13 pour évacuer la chaleur produite dans la pièce 5 lors de l'implantation des ions multi-énergies. Le fonctionnement du dispositif de l'invention est le suivant : 5 - on bride la pièce à traiter 5 sur le porte-pièce 12, - on ferme l'enceinte 3 abritant le dispositif, - on met éventuellement en marche le circuit de refroidissement 13 du porte-pièce 12, - on met en marche la pompe à vide 2 de manière à obtenir un vide 10 poussé dans l'enceinte 3, - dès que les conditions de vide sont atteintes, on procède à la production et au réglage du faisceau f1' d'ions grâce aux moyens de réglage 7-11, - lorsque le faisceau est réglé, on lève l'obturateur 11 et on lance la 15 machine à commande numérique 4 qui exécute alors le déplacement en position et en vitesse de la pièce 5 devant le faisceau en une ou plusieurs passes, -lorsque le nombre de passes requis est atteint, on baisse l'obturateur 11 pour couper le faisceau f1, on arrête la production du faisceau fi', on 20 casse le vide en ouvrant l'enceinte 3 à l'air ambiant, on arrête éventuellement le circuit de refroidissement 13 et on sort la pièce traitée 5 hors de l'enceinte 3. II existe deux manières de diminuer le pic en température lié au passage du faisceau f1 en un point donné de la pièce 5: augmenter le rayon 25 du faisceau (donc réduire la puissance par cm2) ou augmenter la vitesse de déplacement. Si la pièce est trop petite pour évacuer par rayonnement la chaleur liée au traitement on peut soit diminuer la puissance du faisceau f1 (donc augmenter la durée de traitement), soit mettre en marche le circuit de 30 refroidissement 13 logé dans le porte pièce 12. 2907130 15 La figure 2 représente un exemple de distribution d'ions d'azote N implantés dans de le cuivre. Dans cet exemple, la source d'ions délivre des ions N+, N2+, N3+, N4+ et N5+ qui sont tous extraits avec une seule et unique tension d'extraction, par exemple, de 200 KV. Ainsi les ions N+ émis 5 par la source d'ions ont une énergie de 200 KeV, les ions N2+ ont une énergie de 400 KeV, les ions N3+ ont une énergie de 600 KeV, les ions N4+ ont une énergie de 800 KeV et les ions N5+ ont une énergie de 1000 KeV. Les ions N+ atteignent une profondeur de 0,21 pm +1- 0.07 pm. Les ions N2+ atteignent une profondeur d'environ 0,4 pm +1- 0,1 pm, les ions 10 N3+ une profondeur d'environ 0. 53 pm +/- 0,13 pm, les ions N4+ une profondeur d'environ 0.67pm +/- 0,13 pm et les ions N5+ une profondeur d'environ 0.76pm +/- 0,15 pm. Ladistance maximale atteinte par des ions dans cet exemple est d'environ 1 pm. La spécificité d'une source d'ions RCE 6 réside dans le fait qu'elle 15 délivre des ions mono- et multi-chargés ce qui permet d'implanter simultanément des ions multi-énergies avec la même tension d'extraction. Il est ainsi possible d'obtenir simultanément sur toute l'épaisseur traitée un profil d'implantation plus ou moins bien réparti. On obtient pour le profil d'implantation une répartition optimale en 20 réglant les fréquences de la source 6 de manière à avoir une distribution équirépartie des états de charge des ions de la source (même nombre d'ions N+, N2+, N3+, N4+, N5+ par cm2 et par seconde). Par exemple, en reprenant l'exemple précédent, si l'on considère une source RCE délivrant un courant total de 7,5 mA (0,5 mA pour N+, 1mA pour 25 N2+, 1,5mA pour N3+, 2mA pour N4+, 2,5mA pour N5+,) avec une tension d'extraction de 200 KV, dans de l'or et sur 1 cm2, pendant environ 30 secs, le profil d'implantation représenté sur la figure 4 comporte un plateau constant de 13% dans une épaisseur comprise entre 0.15 pm et 0,75 pm. Pour une même concentration d'ions implantés, l'effet physique en 30 terme de dureté obtenue par implantation simultanée d'ions multi-énergies est supérieur à celui obtenu par implantation d'ions mono-énergie. En effet la 2907130 16 dispersion des microcristaux de nitrure de cuivre due à l'efficacité du brassage des ions multi-énergies (qui s'implantent à des profondeurs étagées), induit un accroissement supplémentaire de dureté qui s'ajoute à celle qui serait obtenue avec un faisceau d'ions mono-énergies. 5 REVENDICATIONS 1 û Dispositif d'implantation d'ions dans une pièce en cuivre ou en alliage de cuivre(5) comportant une source (6) délivrant des ions accélérés par une tension d'extraction et des premiers moyens de réglage (7-11) d'un faisceau initial (f1') d'ions émis par ladite source (6) en un faisceau d'implantation (fi) caractérisé en ce que ladite source (6) est une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions multi-énergies qui sont implantés dans la pièce (5) à une température inférieure à 100 C, l'implantation des ions multi-énergies du faisceau d'implantation (fi) étant effectuée simultanément à une profondeur contrôlée par la tension d'extraction de la source. 2 û Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) de la position relative de 15 la pièce (5) et de la source d'ions (6). 3 û Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) comportent un porte-pièce qui est mobile (12) pour déplacer la pièce (5) au cours de son traitement. 4 û Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le porte- 20 pièce (12) est équipé de moyens de refroidissement (13) pour évacuer la chaleur produite dans la pièce (5) lors de l'implantation des ions multiénergies. 5 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de réglage (7-11) du faisceau 25 d'ions comportent un spectromètre de masse (7) pour trier les ions produits par la source (6) en fonction de leur charge et de leur masse. 6 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de réglage (7-11) du faisceau initial (f1') d'ions comportent en outre des moyens optiques de focalisation (8), un 30 profileur (9), un transformateur d'intensité (10) et un obturateur (11). 2907130 18 7 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est confiné dans une enceinte (3) équipée d'une pompe à vide (2). 8 û Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 5 deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) de la position relative de la pièce (5) et de la source d'ions (6) comportent des moyens de calcul (1) de cette position à partir d'informations relatives à la nature du faisceau d'ions, à la géométrie de la pièce (5), à la vitesse de déplacement du porte pièce (12) par rapport à la source (6) et au nombre de passes précédemment réalisées. 10 9 û Procédé de traitement du cuivre ou d'un alliage de cuivre par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce (5) à une vitesse constante. 10 û Procédé de traitement du cuivre ou d'un alliage de cuivre par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le faisceau d'ions multiénergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce (5) à une vitesse variable tenant compte de l'angle d'incidence du faisceau d'ions mufti- énergies par rapport à la surface de la pièce (5).