Brevet FR2252667A1 — publié le 19750620

La présente invention concerne un élément de connexion soudable par thermocompression. Elle se rapporte plus précisément à un fil ou ruban métallique destine à être soudé sur un dispositif pour former une connexion électrique présentant d'excellentes qualités mécaniques et en particulier une résistance à l'arrachement élevée. Ce type de connexion est souvent très difficile à mettre en oeuvre. C1 est le cas par exemple des connexions qui -doivent être réalisées sur les lamelles de quartz utilisées dans les oscillateurs ou les filtres. Ces dispositifs possèdent une metallisation de chrome recouverte d'or de chaque caté de la lamelle, métallisations qui forment les armatures d'un condensateur et qu'il faut relier électriquement à l'embase dlun bottier. Ces connexions doivent avoir de bonnes qualités mécaniques pour pouvoir maintenir la masse de la lamelle de quartz quand l'ensemble est soumis à des vibrations ou des chocs. Une solution consiste à utiliser unruban de nickel sur lequel est laminé un fil d'or auquel on donne finalement par emboutissage une forme prismatique. Durant l'opération de soudure par -thermocompression, la pression est appliquée dans la zone où se trouve le prisme qui sous l'effet-de la force appliquée se déforme et assure une surface de soudure convenable Il faut, pour obtenir ce résultat faire appel aux techniques de laminage et d'emboutissage en général très onéreuses et difficiles à mettre en oeuvre. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et se rapporte à un élément de connexion, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un fil ou d'un ruban d'un métal servant de support à une couche d'or présentant une surface munie de rugosités de telle sorte que la surface sur laquelle est appliquée la force de compression lors de l'opération de thermocompression est réduite à celle que présed z* ces rugosités. Dans ces conditions, pour une force donnée, la pression mise en jeu est plus grande et conduit à une soudure de meilleure qualité qui présente une excel lente résistance à l'arrachement.Ces rugosités créées à la surface de l'élément de connexion peuvent être quelconquesmais une géométrie particulièrement-adaptée est celle d'une multitude de petites plages ou protubérances déposées à la surface de l'élément, petites plages ayant une forme et des dimensions choisies en fonction de leurs applications. la présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément de connexion. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles les figures 1 et 2 représentent respectivement,vu en coupe et en plan un ruban de connexion selon l'invention les figures 3, 4 et 5 représentent des formes différentes de rubans de connexion selon l'-invention Les figures 6 à 0 représentent schématiquement les étapes caractéristiques de fabrication d'un dispositif conforme à l'invention la figure il est un schéma mettant en évidence les avantages de l'invention dans un exemple d'application les figures 12 à 15 représentent une variante d'application d'un dispositif conforme à l'invention. Gous les éléments portent les mimes références dans toutes les figures. la figure 1 représente schématiquement,vue en coupe et la figure 2 vue en plan, un ruban conforme à l'invention et destiné à etre utilisé comme connexion électrique. Ce ruban est constitué d'un support 1 métallique, en nickel par exemple d'épaisseur e, de largeur 1 et de longueur L recouvert d'une fine couche d'or 2, d'ailleurs facultative, sur laquelle une multitude de petites protubérances telles que 3 a été déposée formant à la surface une pluralité de plages en saillie. La surface de soudure lors de l'opération ultérieure de thermocompression sera constituée par toutes ces plages ou une partie d'entre elles. A titre d'exemple, si le ruban a 2mm de large, ces plages en saillie, constituant des rugosités ou aspérités créées à la sur- face de l'élement conformément à l'invention, peuvent avoir la forme d'un carré de 50 /u de côté. l'espacement entre chaque carré peut alors etre également de l'ordre de 50 /u. I1 s'agit là de dimensions données simplement à titre indicatif, étant bien entendu qu'elles peuvent dtre choisies quelconquesen fonction dlapplicationsdéterminées, clest-à-dire plus par ticulièrement en fonction de la résistance à l'arrachement recherché. Dans cet exemple de réalisation décrit ci-dessus, les plages en saillie à la surface de la feuille d'or ont la forme de carrés. Mais en fait ces plages peuvent être réalisées selon toutes sortes de géométries.Il peut slagir de bandeslongitudinales30 (figure 3), de bandes latérales 31 (figure 4), de losanges 32 (figure 5), etc... les figures suivantes référencées 6 à 10 représentent schématiquement les étapes caractéristiques de fabrication d'un élément de connexion selon l'invention et plus particulièrement d'un ruban conforme à celui qui a été décrit au moyen des figures 1 et 2. Ces étapes peuvent être adaptées à toutes formes de plages en saillie. Sur une feuille de cuivre constituant un substrat provisoire 20 comme le montre la figure 6, on dépose une résine photosensible 21. On expose le dessin du conducteur que l'on désire obtenir sous sa forme définitive, puis on développe. On dépose, par électrolyse une épaisseur de nickel 22 de 20 à 100 Zu d'épaisseur par exemple, suivant la rigidité désirée. Comme le montre la figure 7, on dépose ensuite, toujours par électrolyse, une fine couche d'or 23 de 1 à 2 /u, pais on retire la résine photosensible 2l. Cette fine couche d'or 23 sert à assurer une bonne liaison entre le nickel et les aspérités, c'est-à-dire, dans la variante décrite, les petits carrés d'or. Cependant, cette couche 23 intermédiaire n'est pas absolument indispensable. On dépose ensuite une nouvelle couche de résine photosensible 24 (figure 8). On expose le dessin des plages et on développe. Ensuite, on fait croître comme le montre la figure 9, par électrolyse selon le contour préalablement dessiné, une couche d'or 24 (de 20 /u environ par exemple). On retire ensuite la résine photosensible, puis on attaque le support de cuivre dans une solli- tion ammoniacale et on obtient le ruban représenté sur la figure 10 recouveru par les plages en saillie 24 dont la surface externe est prête à être soudée. Cette technique mettant uniquement en oeuvre des procédés photographiques et électrolytiques permet de réaliser des formes vari4~3 et des dimensions quelconques de plages en saillie à la surface du ruban de connexion, celles-ci ayant pour but d'améliorer considérablement la résistance à l'arrachement de la soudure après thermocompression du ruban sur le dispositif avec lequel la liaison électrique doit être établie. Le substrat provisoire peut etre constitué par une feuille de cuivre comme cela a été décrit précédemment, mais il peut également s'agir d'un substrat en acier inoxydable ou en aluminium, ou autre matière, sur lequel est élaboré l'élément de connexion selon l'invention. Une fois terminé cet élément est séparé par pelage du substrat qui, dans ce cas, est récupérable. Lors de l'opération de thermocompression telle qu'elle est schématisée sur la figure 11, une force 40 représentée par une flèche est appliquée sur un ruban conforme à l'invention et plus particulièrement conforme à celui qui a été décrit au moyen des figures 1 et 2. Ce ruban comportant les différentes couches (22, 23, 24) est relié par soudure à un dispositif 41 comportant deux revêtements métalliques l'un de chrome 42 par exemple, et l'autre d'or 43. Le choix de la forme des plages vient de ce que l'on désire obtenir une soudure la plus résistante possible. L'opération de thermocompression est guidée par trois paramètres : la pression, la température et le temps. Ces deux derniers sont fixés en fonction du substrat et des durées admissibles, pour les dispositifs concernés.'En fait, on ne peut donc agir que sur la pression et pour celà, on modifie l'état de surface du ruban. En reprenant les hypothèses énoncées au départ, une zone carrée de ruban conforme au rubans schématisé sur les figures 1 et 2, comporte par côté N petits carrés de côté x et espacés les uns des autres de cette même valeur x.Si la surface de ce ruban était lisse, la surface de cette m8me zone carrée serait So = (2N + 1)2 x2 La surface totale des aspérités conformes à l'invention, ctest-à-dire,dans le cas présent,des petits carrés est S = N2 g2 d'où: Si N égalez2, le rapport S est voisin de So On diminue donc la surface dans une grande proportion, et, pour une force donnée la pression exercée est augmentée dans le même rapport. L'or est un matériau ductile et malléable, de sorte que les petits carrés se déforment sous ltaction de la pression appliquée augmentant la surface de la soudure. On réalise ainsi un compromis entre la pression et la surface de soudure et on obtient une soudure présentant d'excellentes qualités de résistance à l'arrachement. les applications de ce type de connexions muni de plages en saillie conformément à l'invention sont nombreuses. Une de ces applications est décrite plus en détail ci-dessous et illustrée au moyen des figures 12 à 15. I1 s'agit du montage d'un filtre à quartz monolithique muni de cinq pâles. De chaque c8té de la lamelle de quartz 60 (figure 12) des zones métallisées référencées 61 à 65 pour la première face et 66 à 70 pour la face opposée, constituent les cinq pôles du dispositif. Les éléments de connexion choisis pour équiper ce type de filtre sont conformes à l'invention et fabriqués selon le procédé décrit précédemment. I1 s'agit d'un ruban de nickel ayant la forme d'un peigne (figure 13), qui présente l'avantage de garantir un bon alignement des rubans de connexion eux-m8mes, les uns par rapport aux autres. Ce peigne comporte une partie rectangulaire 71 munie de cinq dents référencées 72 à 76. Des trous tels que 77 sont prévus sur chaque dent à un niveau voisin de la partie rectangulaire 71 du peigne ; leur rôle est de permettre une séparation plus aisée de chacune des dents de la parti-e rectangulaire après l'opération de soudure. Bes sparties des dents destinées à être soudées au p81e correspondant sont munies de plages en saillie conformément à 11 invention et obtenues au moyen du procédé décrit précédemment. On soude par thermocompression un peigne sur une des faces de la lamelle 60 et un autre peigne semblable au premier sur la face opposée comme le montre la figure 14, ensuite on coupe les parties inutiles des peignes au niveau des trous 77 et on obtient le dispositif repré eenté sur la figure 15 où sont visibles les extrémités a, b, c, etc... de chacune des connexions. Dans l'exemple décrit, il s'agit d'un filtre à quartz monolithique mais il pourrait s'agir d'autres types de filtres tels que des dispositifs à barreau ou à pastille, etc ... les éléments de connexion selon 11 invention peuvent également entre appliqués aux dispositifs à semiconducteur et d'une façon générale à tous les dispositifs nécessitant des connexions présentant une excellente résistance mécanique. REVENDICATIONS 1. Element de connexion, soudable par thermocompression destiné à entre relié électriquement au moyen diune soudure à au moins une borne d'un dispositif, caractérisé en ce que ledit élément comporte un support conducteur revêtu sur au moins une zone, d une pluralité de plages en saillie faites d4 un premier métal apte à être soudé, au moins une partie des faces externes desdites plages con tituant une surface de contact pour ladite soudure 2. -Element de connexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support comporte un substrat revêtu d'une première couche dudit premier métal. 3. Element de connexion selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit substrat est métallique. 4. -Element de connexion selon ltune des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit substrat est réalisé en nickel et ledit premier métal est de l'or. 5. Element de connexion selon ltune des revendications précé dentes, caractérisé en ce que ledit support a la forme-dlun peigne comprenant une partie principale supportant au moins une rangée de dents, la surface desdites dents étant revenue localement de ladite pluralité de plages. 6. Element de connexion selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit peigne comporte des amorces de rupture au niveau du raccordement desdites dents à ladite partie principale, capables de faciliter la séparation desdites dents quand ladite soudure est terminée. 7. Procédé de fabrication d'éléments de connexion, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes ) dépôt sur un substrat provisoire d'une première couche de résine photosensible b) exposition de ladite première couche de résine et après développement, mise à nu dudit substrat provisoire selon un premier contour reproduisant la géométrie dudit support métallique c) dépôt selon ledit premier contour dudit support d) enlèvement de la totalité de ladite première couche de résine e) dépôt sur ledit support d'une seconde couche de résine f) exposition de ladite seconde couche de résine et après développement, mise à nu dudit support selon un second contour reproduisant la géométrie desdites plages g) dépôt selon ledit second contour dudit premier métal h) enlèvement de la totalité de ladite seconde couche de résine i) séparation dudit élément dudit substrat provisoire. -8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend entre l'étape c et d, l'étape supplémentaire suivante consistant à effectuer le dépôt d'une couche dudit premier métal sur la totalité de la surface externe dudit support. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractériséen ce que ladite séparation est obtenue au moyen d'une attaque chimique dissolvant ledit substrat provisoire. 10. Procédé selon l'une des revendications 7, 8 et 9, caractérisé en ce que ledit substrat provisoire est du cuivre, ledit support du nickel et'ledit premier métal de l'or. 11. Procédé selon l'une des revendications 7, 8, 9 et 10, caractérisé en ce que ledit premier contour a la forme d'un' peigne comprenant une partie principale supportant au moins une rangée de dents et ledit second contour a la forme desdites plages et est réalisé localement sur la surface desdites dents. 12. Dispositif comportant au moins une borne de connêxion-,carac- frisé en ce qu'au moins un élément de connexion conforme à l'une des revendications 1, 2,3, 4, 5:et 6, est soudé par thermocompression nu niveau desdites plages à ladite borne. 13. Dispositif comportant au moins une borne de sortie, caractérisé en ce qu'au moins un élément de connexion obtenu au moyen du procédé conforme à l'une des revendications 7, 8, 9, 10 et 11, est soudé par thermocompression au niveau desdites plages à ladite borne.