Brevet FR2936966A1 — publié le 20100416

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'obtention sur un composant d'une surface ayant des zones de mouillabilité différentes vis-à-vis d'un agent de soudage. L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'un premier composant à un second composant par l'intermédiaire d'un agent de soudage. Etat de la technique Un procédé usuel d'assemblage par une liaison par la matière (jonction) de composants consiste à les souder. Pour cela les composants sont reliés par un métal fondu ou un alliage métallique fondu aussi nommé agent de soudage ou soudure. Pour réaliser des liaisons si possible sans dégazage et sans résidu, comme cela est par exemple nécessaire dans le domaine des capteurs micromécaniques, on utilise des soudures sans décapant. Habituellement les partenaires de soudage (qui sont fréquemment de l'acier, des alliages de nickel ou autres) reçoivent une couche de nickel pur permettant la réalisation de liaisons intermétalliques, solides. Mais la difficulté est que les couches de nickel ont forte- ment tendance à s'oxyder en surface. Une oxydation en surface peut se produire déjà à la température ambiante et elle est favorisée notamment par l'augmentation de la teneur en humidité ou une élévation de température. Le développement d'une couche d'oxyde a pour conséquence une réduction des caractéristiques de fluage et de mouillage vis-à-vis d'une soudure sans agent de fluage et ainsi elle perturbe le développe-ment d'une liaison soudée. Dans les cas extrêmes, il n'y a même plus de fixation de la soudure. Pour éviter une telle détérioration des conditions, on munit habituellement la couche de zinc d'un moyen de protection contre l'oxydation ou le ternissement. En général on développe pour ce- la une couche d'or sur la couche de nickel ce qui évite toute réduction de la mouillabilité par l'agent de soudage. Souvent la zone de surface d'un composant qui doit être mouillée par la soudure est définie ou limitée. Habituellement on réalise par suite le revêtement des composants avec du nickel et de l'or de fa- çon sélective pour limiter le mouillage de la soudure à une certaine zone 2 de surface. Pour cela, avant de réaliser la couche de nickel on développe une couche de masquage structurée sur le composant concerné de façon que la couche de nickel et d'or ne se développe que dans les zones comprises entre la couche de masquage. Ce procédé est toutefois relati- vement compliqué et entraîne de ce fait des coûts de fabrication élevés. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé amélioré permettant de réaliser une surface de composant ayant des zones de mouillabilité différentes vis-à-vis d'un agent de soudage to ainsi qu'un procédé permettant de relier deux composants. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que : - former une première couche métallique sur le composant, 15 - former une seconde couche métallique sur la première couche métallique, la seconde couche métallique évitant l'oxydation de la première couche métallique, - enlever la seconde couche métallique à l'aide d'un laser dans une zone de surface prédéfinie pour dégager la première couche métalli-20 que, et - oxyder la première couche métallique dégagée à la surface de sorte que la mouillabilité vis-à-vis d'un agent de soudage dans la zone de surface prédéfinie soit plus faible que dans une zone de surface adjacente à la zone de surface prédéfinie. 25 L'invention concerne également un procédé pour relier un premier composant à un second composant caractérisé par les étapes suivantes consistant à : - générer une surface sur le premier composant par la mise en oeuvre d'un procédé du type défini ci-dessus, cette surface ayant une zone 30 de soudage devant être mouillée par un agent de soudage, adjacente à une zone de surface prédéfinie, de mouillabilité plus faible, - appliquer un agent de soudage sur la zone de soudage, - faire fondre l'agent de soudage, et - rapprocher le premier et le second composant pour relier le premier 35 et le second composant par l'agent de soudage. Le procédé selon l'invention permet de réaliser de manière simple et économique une surface d'un composant avec des zones de mouillabilité différentes vis-à-vis d'un agent de soudage. A la place d'une couche de masquage on réalise une zone de surface de mouillabilité réduite par enlèvement sélectif de la seconde couche métallique et oxydation de la première couche métallique ainsi dégagée dans cette zone. Cela permet d'utiliser par exemple un simple laser d'écriture. Selon un développement préférentiel, la première couche to métallique contient du nickel. Ainsi le composant convient pour réaliser une liaison soudée relativement solide. De plus il est avantageux que la seconde couche comporte de l'or. On réalise de cette manière d'une part une protection fiable contre l'oxydation de la couche de nickel qui se trouve en dessous et d'autre part on assure une excellente mouillabilité 15 vis-à-vis d'un l'agent de soudage. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de la zone de surface dans laquelle on enlève la seconde couche a la forme d'une ligne. Cela permet de définir sur la surface du composant d'une manière relativement rapide une zone de surface que l'agent de soudage peut 20 mouiller et qui est séparée par la ligne d'une surface restante dans la-quelle il ne doit pas y avoir de mouillage. L'invention concerne également un procédé pour relier un premier composant à un second composant caractérisé par les étapes suivantes consistant à : 25 - générer une surface sur le premier composant par la mise en oeuvre d'un procédé du type défini ci-dessus, cette surface ayant une zone de soudage devant être mouillée par un agent de soudage, adjacente à une zone de surface prédéfinie, de mouillabilité plus faible, - appliquer un agent de soudage sur la zone de soudage, 30 - faire fondre l'agent de soudage, et - rapprocher le premier et le second composant pour relier le premier et le second composant par l'agent de soudage. Ce procédé d'assemblage permet une réalisation simple et économique d'une liaison soudée entre un premier et un second compo- 4 sant. Grâce à la zone de surface à mouillabilité réduite, on peut limiter le mouillage par l'agent de soudage uniquement à la zone de soudage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre une liaison d'assemblage entre deux composants par l'intermédiaire d'une soudure selon une vue en coupe de côté, à échelle agrandie, - les figures 2 à 4 montrent la réalisation d'une liaison par sondage entre deux composants comprenant la réalisation d'une barrière sélective de soudage, les figures montrant chacune une vue de dessus et une vue en coupe de côté, - la figure 5 montre une autre liaison soudée entre deux composants représentés en vue de dessus et en coupe vue de côté, - les figures 6 à 8 montrent la réalisation d'une liaison soudée entre deux autres composants, chaque fois avec une vue de dessus et une vue en coupe de côté. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre la structure d'une liaison d'assemblage entre un premier composant 100 et un second composant 150 par l'intermédiaire d'une soudure 130, cette structure étant représentée en coupe en vue de côté (cette figure ne montre pas les phases intermétalliques). Le composant 100 peut par exemple être un compo- sant métallique comportant de l'acier et à titre d'exemple le composant 150 du verre. Pour relier le composant 100 au composant 150 on pré-voit sur le composant 100 une pile de couches formée d'une couche de nickel 110 et d'une couche d'or 120. La couche de nickel 110 permet la réalisation d'une liaison par soudure relativement stable. La couche d'or 120 permet d'éviter l'oxydation en surface de la couche de nickel 110 permettant ainsi un fort accrochage ou une forte mouillabilité vis-à-vis de la soudure 130. Le revêtement du composant 100 peut également se faire en utilisant des procédés de dépôt galvanique ou chimique (sans apport de courant extérieur). En variante les couches 110, 120 son ob- tenues par un procédé de pulvérisation cathodique encore appelé simplement procédé de pulvérisation. Dans la mesure où elle est obtenue par dépôt chimique, la couche de nickel 110 peut contenir du phosphore. Le phosphore apparaît notamment avec une plus grande concen- 5 tration à la surface de la couche de nickel 110 comme le montre la zone 115 à la figure 1. Le composant 150 comporte un revêtement de surface composé d'une couche de nickel 160 et d'une couche d'or 170 permet-tant une liaison stable et garantissant une forte mouillabilité vis-à-vis de la soudure 130. Les couches 160, 170 peuvent également être obtenues par un procédé de dépôt galvanique ou chimique ou encore par un procédé de pulvérisation. Pour obtenir un accrochage suffisant de la couche de nickel 160 sur le matériau à base de verre du composant 150, on munit le composant 150 d'une couche d'agent d'accrochage 155, avant de réaliser la couche de nickel 160. La couche d'agent d'accrochage 155 contient par exemple du chrome. Pour réaliser la jonction de la figure 1 on peut prévoir la soudure 130 à l'état liquide ou fondu sur au moins l'un des composants 100, 150 ou leurs couches d'or 120, 170 et rapprocher les composants 100, 150 pour provoquer la formation de liaisons intermétalliques entre les couches 110, 120 du composant 100 ou les couches 160, 170 du composant 150 et la soudure 130. La soudure 130 peut être une sou-dure sans décapant de sorte que la liaison d'assemblage ne produise ni dégazage ni résidu. Dans la mesure où les deux composants 100, 150 sont munis sur de grandes surfaces, des couches 110, 120 ou des couches 155, 160, 170, la soudure 130 peut mouiller les composants 100, 150 ou l'un des composants 100, 150 sur une grande surface correspondante. Toutefois on recherche en général à fixer la soudure 130 de ma- nière localement limitée. Au lieu de développer dans ce but une couche de masquage, structurée ce qui nécessite la mise en oeuvre de moyens relativement importants, l'invention propose l'utilisation d'un laser pour générer sélectivement une mouillabilité réduite sur une surface d'un composant. Ce procédé sera décrit ci-après à l'aide des figures suivan- tes. 6 Les figures 2 à 4 montrent la réalisation d'une jonction entre deux composants 200, 250 chaque fois selon une vue de dessus (du côté gauche) et une vue en coupe de côté (côté droit). Le composant 200 est par exemple un composant métallique contenant de l'acier ou un alliage de nickel. Le composant 250 peut également être un composant métallique ou en variante, il peut comporter du verre. Selon la figure 2 on développe un revêtement de surface sur le composant 200 ainsi réalisé. A cet effet on applique une couche de nickel 210 sur laquelle on applique une couche d'or 220. Les deux couches 210, 220 peuvent être réalisées chacune par un procédé de dépôt galvanique ou chimique ou encore par un procédé de pulvérisation cathodique. Pour réaliser la couche d'or 220 de manière simple et économique on forme celle-ci de préférence par dépôt chimique sur la couche de nickel 210. Dans le même but on réalise de préférence la couche d'or avec une épaisseur relativement mince inférieure à un micron. La couche d'or 220 protège efficacement la couche de nickel 210 contre le ternissement et l'oxydation. Comme le montre la figure 3 on utilise ensuite un laser 290 pour enlever ou vaporiser la couche d'or 220 dans une zone prédé- finie 285 de la surface et dégager ainsi sélectivement la couche de nickel 210. A cet effet on dirige un faisceau laser 280 émis par un laser 290 sur le revêtement de surface du composant 200 et on le guide le long de celui-ci. La couche de nickel 210 ainsi dégagée sera ensuite oxydée en surface pour former une couche d'oxyde 215 dans la zone de surface 285. La couche d'oxyde 215, réduit les caractéristiques de fluage ou de mouillabilité vis-à-vis d'un agent de soudage dans la zone 285 par rapport à celles de la zone adjacente à la zone 285. La zone prédéterminée 285, peut être réalisée comme le montre la figure 3 sous la forme d'une ligne fermée et sera nommée dans la suite de cet exposé ligne d'arrêt de soudage 285. La ligne d'arrêt de soudage 285 entoure ainsi une zone de soudage qu'il faut pouvoir mouiller avec un agent de soudage à la sur-face du composant 200 muni des revêtements 210, 220. L'utilisation du laser 290 permet de réaliser rapidement et précisément la ligne d'arrêt de soudage 285. A cet effet on peut utili- ser les habituels lasers d'inscription. On peut en particulier obtenir 7 une vitesse de traitement élevée notamment si la couche d'or 220 est de faible épaisseur, de moins d'un micron. Pour une telle épaisseur, la ligne d'arrêt de soudage 285 pourra en outre être réalisée avec un laser 290 de puissance relativement faible. Le laser 290 peut être actionné pour qu'en plus de l'enlèvement sélectif de la couche d'or 220 il génère également un apport d'énergie ou de chaleur dans la couche de nickel 210 ainsi dégagée. Dans la mesure où le composant 200 est exposé à une atmosphère d'oxygène lors de la mise en oeuvre du laser 290, l'apport d'énergie du laser 290 peut également former la couche d'oxyde l0 215. Une oxydation en surface ne se produit que pour la partie de la couche de nickel 210 ayant été dégagée alors qu'au contraire la partie de la couche de nickel 210 recouverte par la couche d'or 220 ne peut subir d'oxydation. L'extension géométrique de la ligne d'arrêt de 15 soudage 285 est ainsi fixée exclusivement par l'enlèvement de la couche d'or 220. Cela permet de générer la ligne d'arrêt de soudage 285 avec une précision élevée et le cas échéant une faible largeur. Au lieu de réaliser l'oxydation par apport d'énergie par le laser 290 on peut ne réaliser complètement la couche d'oxyde 215 que 20 seulement après l'enlèvement sélectif de la couche d'or 220. A cet effet par exemple mettre en oeuvre une étape thermique supplémentaire pour chauffer le composant 200 et/ou exposer le composant 200 à une atmosphère contenant de l'oxygène ou riche en oxygène. Après avoir réalisé la ligne d'arrêt de soudage 285 on as- 25 semble le composant 200 avec l'autre composant 250 par une soudure 230 comme le montre la figure 4. L'extension latérale du composant 250 est inférieure à la zone de soudage entourée par la ligne d'arrêt de soudage 285. Sur l'autre composant 250 on forme également un revête-ment de surface comprenant une couche de nickel 260 et une couche 30 d'or 270. Le cas échéant, avant de réaliser la couche de nickel 260 on peut revêtir le composant 250 d'une couche d'accrochage (par exemple en chrome) pour permettre un accrochage suffisant de la couche de nickel 260. Pour relier les composants 200, 250 par une liaison par 35 la matière on peut appliquer la soudure 230 sur la couche d'or 220 du 8 composant 200 dans la zone de soudage entourée par la ligne d'arrêt de soudage 285 et la fondre au cours d'une étape de mise en température. Ensuite on rapproche les composants 200, 250 pour former des liaisons intermétalliques entre les revêtements de surface des composants 200, 250 et la soudure 230. La soudure 230 peut être une soudure sans dé-capant de sorte que la jonction s'effectue sans dégazage et sans laisser de résidu. La soudure 230 peut comporter des métaux tels que par exemple du cuivre, de l'étain, de l'argent, de l'indium et du plomb. La soudure 230 peut par exemple être appliquée sous la forme d'une plaquette solide sur la zone de soudage du composant 200 et être ensuite fondue. En variante, on peut envisager l'utilisation d'une pâte à souder qui sera par exemple comprimée ou appliquée dans le cadre d'un procédé de dispersion. Après application de la pâte à souder on rapproche les composants 200, 250 et ensuite on fait fondre la pâte à souder pour former les liaisons intermétalliques. La pâte à souder peut également être fondue avant le rapprochement des composants 200, 250. La ligne d'arrêt de soudage 285 ou la couche d'oxyde 215 permet d'éviter que (pour une quantité de soudure définie de manière correspondante) la soudure 230 mouille la couche d'or 220 du composant 200 dans une zone de surface située à l'extérieur de la zone de soudage entourée par la ligne d'arrêt de soudage 285. La figure 5 montre une liaison par soudage selon une va-riante de réalisation. Le composant 200 est relié à un composant 251 par une soudure 230. Contrairement au cas du composant 250, l'extension latérale du composant 251 est plus grande que la zone de soudage entourée par la ligne d'arrêt de soudage 285. Pour obtenir également, conformément au composant 200, sur la surface ou le revête-ment de surface 260, 270 du composant 251, uniquement un mouillage défini de manière locale par la soudure 230, le composant 251 comporte également une ligne d'arrêt de soudage formée par une couche d'oxyde de nickel 265. La ligne d'arrêt de soudage 265 peut également être obtenue par enlèvement sélectif de la couche d'or 270 à l'aide d'un laser et oxydation de la couche de nickel 260 ainsi dégagée. De cette manière le mouillage avec la soudure 230 peut être limité à une zone de soudage sur le composant 251 qui est définie ou entourée par la ligne d'arrêt de 9 soudage 265. Pour réaliser la liaison soudée la soudure 230 peut être appliquée sur la zone de soudage du composant 200 ou en plus ou uniquement sur la zone de soudage du composant 251. Les figures 6 à 8 montrent la réalisation d'une liaison soudée entre deux autres composants 300, 350 représentés chaque fois en vue de dessus (à gauche) et en vue en coupe de côté (à droite). Le composant 300 est un socle métallique pour une cellule TO d'un capteur de pression micromécanique. Le composant 350 est une pièce en verre sur laquelle on applique une plaquette de capteur (cette plaquette n'est pas représentée). Le socle 300 a une forme pratiquement circulaire en vue de dessus et comporte à sa partie centrale une cavité 301 pratiquement carrée pour recevoir le composant 350. Les deux composants 300, 350 ont des perçages 302, 352 qui les traversent. Les perçages 302, 352 se superposent pour exercer une pression définie sur une plaquette de capteur appliquée sur le composant 350. Le socle 300 peut en outre comporter des contacts traversants pour le branchement de la plaquette de capteur (qui ne sont pas représentés). Comme le montre la figure 6 on applique un revêtement de grande surface 310 sur le socle 300 une fois réalisé. Le revêtement 310 comporte une couche de nickel appliquée sur le socle 300 et une couche d'or appliquée sur la couche de nickel. Le revêtement 310 peut également recouvrir les parois latérales de l'orifice 302 (cette solution n'est pas représentée). Pour obtenir un mouillage du revêtement 310 avec un agent de soudage uniquement dans la zone de la cavité 301, comme le montre la figure 7, on réalise une ligne d'arrêt de soudage 385 au bord de cette cavité 301 et une ligne d'arrêt de soudage 386 autour de l'orifice 302. A cet effet on utilise un laser 290 émettant un faisceau la- ser 280 pour enlever la couche d'or ou dégager la couche de nickel du revêtement 310. L'apport d'énergie par le laser 290 permet d'oxyder la surface de la couche de nickel dégagée et ainsi de réduire les caractéristiques de mouillage. Les lignes d'arrêt de soudage 385, 386 définissent une zone de soudage dans la cavité 301. 10 Une soudure sans décapant 230 (par exemple sous la forme d'une plaquette) est ensuite appliquée sur la zone de soudage dans la cavité 301 et fondue. En outre le composant 350 muni d'un revêtement de surface 360 formé d'une couche d'accrochage, d'une cou- che de nickel et d'une couche d'or (comme le composant 150 de la figure 1) est introduit dans la cavité 301 ce qui donne l'assemblage de la figure 8. Les lignes d'arrêt de soudage 385, 386 interdisent à la soudure 230 d'arriver sur la surface ou le revêtement de surface 310 du composant 300 à l'extérieur de la cavité et de mouiller les parois latérales de l'orifice 302. Les procédés décrits ci-dessus à l'aide des figures représentent des formes de réalisation possibles de l'invention. On peut également envisager d'autres procédés constituant des variantes ou des combinaisons des procédés décrits ci-dessus. Par exemple à la surface d'un composant on peut réaliser plusieurs zones de soudage définies ou entourées par des lignes d'arrêt de soudage. En outre une ligne d'arrêt de soudage peut avoir une forme fermée mais également une forme ou-verte pour éviter en tant que barrière, le fluage d'un agent de soudage d'une zone de soudage prédéfinie vers une autre zone de surface. Une zone de surface à mouillabilité réduite peut en outre être réalisée avec une autre forme qu'une forme linéaire par exemple une forme ayant une (grande) surface développée au moyen d'un laser. A la place des matériaux indiqués, on peut également utiliser en variante d'autres matériaux. Par exemple en tant que protection contre l'oxydation à la place de la couche d'or on peut également utiliser une autre couche de métal noble par exemple une couche de platine. A la place de la couche de nickel, on peut utiliser en variante une autre couche de soudage par exemple une couche de cuivre ou une couche de titane. A la place de couches formées d'un seul élément chimique on peut également envisager des couches composées de plusieurs éléments ou aussi d'alliages. REVENDICATIONS1 °) Procédé d'obtention sur un composant (200 ; 300) d'une surface ayant des zones de mouillabilité différentes vis-à-vis d'un agent de soudage (230), caractérisé par les étapes suivantes consistant à : - former une première couche métallique (210) sur le composant (200 ; 300), - former une seconde couche métallique (220) sur la première couche métallique (210), la seconde couche métallique (220) évitant l'oxydation de la première couche métallique (210), - enlever la seconde couche métallique (220) à l'aide d'un laser (290) dans une zone de surface (285 ; 385 ; 386) prédéfinie pour dégager la première couche métallique (210), et - oxyder la première couche métallique (210) dégagée à la surface de sorte que la mouillabilité vis-à-vis d'un agent de soudage (230) dans la zone de surface (285 ; 385 ; 386) prédéfinie soit plus faible que dans une zone de surface adjacente à la zone de surface prédéfinie (285 ; 385 ; 386). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche métallique (210) contient du nickel. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche métallique (220) contient de l'or. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche métallique (220) a une épaisseur inférieure à un micron. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 12 la zone de surface prédéfinie dans laquelle on enlève la seconde couche métallique (220) a la forme d'une ligne (285 ; 385 ; 386). 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on développe la première couche métallique (210) à l'aide de l'un des procédés suivants : - dépôt électrolytique, - dépôt sans passage de courant électrique, et - pulvérisation cathodique. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme la seconde couche métallique (220) à l'aide de l'un des procé- dés suivants : - dépôt électrolytique, - dépôt sans passage de courant électrique, et - pulvérisation cathodique. 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxydation de la première couche métallique (210), dégagée se fait par apport d'énergie du laser (290) dans cette première couche (210). 9°) Procédé pour relier un premier composant (200 ; 300) à un second composant (250 ; 350), caractérisé par les étapes suivantes consistant à : - générer une surface sur le premier composant (200 ; 300) par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, cette surface ayant une zone de soudage devant être mouillée par un agent de soudage (230), adjacente à une zone de surface (285 ; 385 ; 386) prédéfinie, de mouillabilité plus faible, - appliquer un agent de soudage (230) sur la zone de soudage, - faire fondre l'agent de soudage (230), et rapprocher le premier et le second composant (200 ; 300 ; 250 ; 350) pour relier le premier et le second composant (200 ; 300 ; 250 ; 350) par l'agent de soudage (230).5