Brevet FR2306041A1 — publié le 19761029

La présente invention se rapporte à un outil de soudure fonctionnant par effet Joule et destiné plus particulièrement, , quoique non exclu- vivement, à la soudure de conducteurs sur les plots de contact d'une mi cre-plaquette de circuit intégré. Selon la technique bien connue de réalisation des circuits intégrés, une rondelle découpée dans un monocristal de matériau semi-con ducteur, tels que le sillicium, est soumise à une série d'opérations de dopage, de masquage, d'attaque photochimique et de diffusion ou dimplanta- tion ionique de dopants, de manière à former, au sein de cette rondelle, une pluralité de circuits intégrés identiques et régulièrement distribués. La rondelle est ensuite découpée en micro-plaquettes couramment désignées sous le nom de "puces2' ("Chips" en anglais), chaque micro-plaquette contenant un ensemble élEnentaire de circuits intégrés. Chaque micro-plaquette est pourvue de plots de contact disposés suivant une configuration prédéterminée et destinés à assurer , au moyen de conducteurs dlinter- face soudés sur ces plots, le raccordement électrique de chaque micro-p la- quette à une plaque de connexions telle que, par exemple, une carte à circuits imprimés. Afin de rendre plus aisée la manipulation de ces micro-plaquettes dont les dimensions sont très petites et de faciliter leur montage sur une plaque de connexions > on aproposé de fixer ces micro-plaquettes sur un ruban souple en matière isolante inextensible pourvu, pour son entraRhe- ment, de perforations latérales régulièrement espacées et, pour le montage des micro-plaquettes, de fenêtres centrales dans chacune desquelles aboutissent les extrémités intérieures libres de conducteurs d'interface rayon na nts, ces extrémités étant disposées de façon à correspondre à la configuration des plots de contact des micro-plaquettes.Le montage des micro-plaquettes sur le ruban est obtenu en plaçant chacune des micro-plaquettes sous lune respective des fenêtres du ruban de manière que les plots de contact de cette en micro-plaquette se présentent / alignement respectif avec les extrémités in- térieures libres des conducteurs d'interface de cette fenêtre, et en soudant ensuite ces extrémitéspréalablement revêfues d'une matière fusible telle que l'étain, sur lesdits plots de contact. Pour réaliser rapidement ces soudures, on a proposé des appareils dans lesquels l'outil de soudure assure la soudure simultanée de tous les conducteurs d'interface qui doivent être fixé sur les plots de contact d'une même micro-plaquette . Dans ces appareils, I'outil de soudure comprend deux colonnes conductrices rigides, connectées respectivement aux pâles d'un générateu r de courant et réunies à Itune de leurs extrémités par un embout de soudure .Ainsi, lorsqu'on applique cet embout sur les conducteurs d'interface pour les presser sur les plots de contact correspendant d'une micro-plaquette , et que Iion fait ensuite circuler dans les colonnes un courant électrique pendant un temps prédéterminé, la matière fusible fond, puis se solidifie à nouveau, rendant ainsi les conducteurs d'interface solidaires desdits plots de contact.Il est nécessaire que toutes les soudures qui sont ainsi réalisées simultanément soient toutes effectuées à la même température, afin d'éviter , d'une part que la micro-plaquette ne soit détériorée par un trop grand échauffement local, diantre part que certaines soudures soient brûlés alors que d'autres ne sont pas réali - sées par défaut local d'énergie calorifique .Il est nécessaire, par conséquent, que embout de soudure assure une distribution homogène de la température Pour satisfaire cette exigence, on a proposé des outils de soudure dans lesquels embout est constitué par urnsemelle de soudure reliée aux colonnes par l'intermédiaire de colonnettes, ces colonnettes étant fixées en des points régulièrement répartis sur la périphérie de la semelle On connatt un outil de soudure de ce genre qui est inspiré de celui qui a été accessoirement décrit et représenté dans la demande de brevet français qui a été déposée par la demanderesse le 09 Novembre 1972, sous le numéro 72 39747.Ces outils de soudure qui permettent de souder de façon satisfaisante les conducteurs d'interface sur les plots de contact des micro-plaquettes, présentent néanmoins l'inconvénient d'avoir une inertie thermique relativement grande, le temps nécessaire à la réalisation des dites soudures sur une micro-p laquette(temps conditionné par l'échauffe- ment et le refroidissement de l'outil) étant au moins égal à une demi-seconde.En outre, étant donné que les pièces qui constituent ces outils doivent être usinées avec une très grande précision, la réalisation de ces outils se révèle particulièrement longue et coûteuse La présente in vent ion remédie à ces inconvénients et propose un outil de soudure qui se caractérise par une grande facilité de réalisa tion et par une réduction importante du temps consacré à sa fabrication} ce qui permet d'en abaisser le prix de revient. De plus, cet outil offre, sur les autres types d'outils de soudure réalisés jusquiici, l'avantage dxa- voir une inertie thermique relativement faible et de permettre ainsi dteffec- tuer les soudures sur une micro-plaquette en un temps n'exéédant pas quatrevingt millisecondes. Un objet de ltinvention concerne un outil de soudure fonctionnant n;r effet Joule et comprenant deux colonnes connectées respectivement aux pales d'un générateur de courant et réunies à l'une de leurs extrémités par un embout de soudure, cet outil étant caractérisé en ce que embout est constitué d'une semelle de soudure reliée auxdites colonnes par lwin- termédiaire de deux flasques latéraux, chaque flasque ayant une épaisseur sensiblement égale à celle de la semelle de soudure et une largeur qui, à partir de l'extrémité de la colonne sur laquelle ce flasque est fixé va constamment en diminuant jusqu'à 'extrémité où ce flasque est solidarisé avec la semelle de soudure D'autres objets et avantages de l'invention apparattront dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en perspective d'un outil de soudure utili sé dans l'art antérieur pour réaliser les soudures de conducteurs drinterfa- ce sur les plots de contact d'une micro-plaquette de circuit intégré, La figure 2 est une vue de face d'un outil de soudure selon llin- vention, La figure 3 est une vue de profil de l'outil représenté sur la figure 2, La figure 4 est une vue en perspective montrant une autre forme de réalisation de l'outil de soudure selon l'invention. La figure 1 est destinée à rappeler la constitution d'un outil de soudure qui a été utilisé dans l'art antérieur pour réaliser les soudures de conducteurs d'interface sur les plots de contact de micro-plaquettes de circuits intégrés. Cet outil comprend essentiellement deux colonnes métalliques rigides 10 et 11 qui sont fixées de part et d'autre d'une plaque 12 en matière isolante . Ces colonnes qui sont ainsi électriquement isolées l'une de autre, sont réunies, à l'une de leurs extrémités, par un embout de soudure 13 constitué par deux étriers métalliques 14 et 15 dont chacune des branches 16, appelée colonnette, a son extrémité fixée à l'un des quatre coins d'une semelle de soudure 17, de forme carrée.On comprend alors, que si les colonnes 10 et Il sont connectées, au moyen de fils de connexion 18, aux deux pôles d'une source de courant 19, un courant électrique circule dans le cir cuit constitué par ces fils 18, les colonnes 10 et 11, les étriers 14 et 15 et la semelle de soudure 17, et échauffe ainsi cette dernière. Cet outil de soudure présente cependant l'inconvénient d'avoir une inertie thermique relativement grande et d'exiger pour sa réalisation un usinage long et délicat qui le rend particulièrement coûteux Les figures 2 et 3 montrent un outil de soudure réalisé selon l'in vention . Lzoutil montré par ces figures comprend un bloc parallèlépipédique 20 qui est partagé en deux colonnes plates 21 et 22 identiques à section rectangulaire, par une fente 23 qui traverse complètement le bloc 20. Les colonnes 21 et 22 comportent des trous filetés 24 qui servent à liaccrochage d'une matière électriquement isolante 25 remplissant lesdits trous 24 et la fente 23. Les colonnes 21 et 22 sont réunies, à leur extrémité inférieure, par un embout de soudure 26 qui est constitué d'une semelle de soudure 27 fixée à l'extrémité inférieure 28 de deux flasques latéraux 29 et 30 , euxmêmes fixés sur les colonnes respectives 21 et 22. Dans l'exemple décrit, chaque flasque se prolonge par une patte de fixation 31 qui lui permet dxêtre fixé , au moyen de vis 32 > sur la colonne correspondante, le flasque et la patte qui lui est solidaire étant d'une seule pièce .Cette patte peut cependant être supprimée dans le cas où le flasque est assemblé sur cette colonne suivant un procédé de soudure convenable, tel que, par exemple, le procédé de soudure par thermocompression ou rayon laser . Sur la figure 3, on a indiqué par une ligné 35 en pointillés la limite entre le flasque et la patte qui lui est solidaire, cette ligne 35 constituant en quelque sorte la seconde extrémité du flasque . On peut remarquer que cette ligne 35 est située au niveau de l'extrémité de la colonne sur laquelle le flasque est fixé Il y a lieu de signaler que les deux flasques 29 et 30 sont de même épaisseur et que l'épaisseur de chaque flasque est sensiblement égale à celle de la semelle de soudure. Par sensiblement, on entend que cette épaisseur ne s'écarte pas de plus de 10% de celle de la semelle.Par exemple dans le cas où la semelle de soudure a une épaisseur de un millimètre, l'épaisseur de chaque flasque reste comprise entre 0,9 millimètre et 1,1 millimètre . En outre, la semelle de soudure peut autre usinée de façon à présenter dans sa partie centrale une partie saillante 36 qui délimite avec précision la surface de contact de l'outil > même dans le cas où, comme on verra plus loin, les flasques et la semelle sont obtenus par découpe dans une bande métallique et par pliage de la pièce ainsi découpée. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur les figures 2 et 3, les deux flasques 29 et 30 sont de formes identiques et occupent des positions symétriques l'une de autre par rapport à un plan passant par la fente 23, plan qui, sur la figure 2,est estmatérialisé par une ligne XXI en traits mixtes . Toutefois, dans d'autres modes de réalisation, ces flasques pourront avoir des formes différentes. C'est ainsi que, sur la figure 4, la forme présentée par le flasque 30 est symétrique de celle du flasque 29 par rapport au plan passant par la fente 23. Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 3 et 4, les bords 33 et 34 dun m8me flasque ne sont pas parallèles loun à autre. En conséquence la largeur du flasque, ciest-a-dire sa distance entre ses bords 33 et 34, varie lorsqulon passe de l'extrémité 28 de ce flasque à son autre extrémité 35, la valeur D de cette largeur à l'extrémité 35 étant plus gran D de que sa valeur d à l'extrémité 28, et le rapport de ces deux dimen- sions étant au moins égal à 2. Autrement dit, le flasque a, à son extrémité 28, une largeur qui est au plus égale à la moitié de celle qu'il possède à son extrémité 35.On peut remarquer, en outre, sur les figures 3 et 4) que la largeur du flasque varie suivant une loi de variation continue lorsqu'on s'éloigne de l'une des extrémités de ce flasque pour se rapprocher de son autre extrémité. Cette caractéristique apparait plus nettement sur la figure 3 sur laquelle le flasque 30 a la forme d'un trapèze et où par conséquent la largeur du flasque , cést-à-dire la longueur d'un segment quelconque MM' mesurant la distance entre les bords 33 et34 de ce flasque est inversement proportionnelle à la distance x qui sépare ce segment MM' de l'extrémité 35 du flasque .Grâce à cette caractéristique, chacun des flasques de l'outil de soudure offre au passage du courant une résistance électrique élevée à son extrémité 28 qui est solidaire de la semelle. Dans ces conditions lorsque l'outil est traversé par un courant électrique fourni par une source de courant dont les bornes sont connectées aux co lonnes 21 et 2271a lasemelle de soudure 27 s'échauffe très rapidement . En outre, lorsque le courant est supprimé, la forme des flasques favorise la dissipation de la chaleur engendrée par la semelle et assure ainsi le refroidissement rapide de celle-ci. Il faut d'ailleurs signaler que cette semelle qui est faite du même métal que celui qui constitue les flasques 29 et 30, est de forme rectangulaire, ce qui permet d'obtenir une densité de courant constante dans toute l'étendue de cette semelle et par suite une température homogène sur toute la surface de cette semelle .Il en résulte alors que,lorsque l'outil est utilisé pour réaliser la soudure de conducteurs d'interface sur les plots de contact d'une micro-plaquette de circuit intégré, toutes ces soudures sont réalisées simultanément à la mêmetempérature. Préférentiellement, les flasques 29 et 30 et la semelle de soudure 28 sont réalisés en un métal choisi dans le groupe comprenant le molyb dène, le tantale, le titane , le tungstène et leurs alliages. Avantageusement, les flasques 29 et 30 et la semelle de soudure 28 sont d'une seule pièce et ils peuvent, dans ce cas, être obtenus peir découpage dans une bande métallique, la pièce résultant de cette découpe étant ensuite pliée de part et d'autre de sa partie centrale pour former les deux flasques latéraux, la partie centrale de cette pièce constituant la semelle de soudure. On a ainsi réalisé de cette manière deux embouts de soudure, l'un à partir d'une bande de molybdène de 0,2 millimètres d'épaisseur, l'au- tre à partir d une bande de tantale de 0,5 millimètres d'épaisseur ,la semelle de soudure de chacun de ces embouts ayant une surface au plus égale à dix miltimètres carrés. On a réussi,avec les outils de soudure équipés de ces embouts, à souder des conducteurs d'interface sur les plots de contact d'une micro-plaquette de circuit intégré en un temps n'excédant pas 80 mil lisecondes, cest---dire en un temps bien inférieur à celui qui est nécessaire pour l'exécution de ce travail si on utilisait l'outil de soudure représenté sur la figure 1. Bien que la description et les dessin s annexés se rapportent à un mode préféré de réalisation de l'invention , il est entendu que diverses modifications, adjonctions ou substitutions ne sortant pas du cadre de ladite invention, pourront autre apportées,selon les cas et applications, sans que le principe de l'invention sien trouve altéré. REVENDICATIONS. 1. Outil de soudure fonctionnant par effet Joule et comprenant deux colonnes connectées respectivement aux pales dun générateur de courant et réunies à l'une de leurs extrémités par un embout de soudure , cet outil étant caractérisé en ce que l'embout est constitué d'une semelle reliée auxdites colonnes par l'intermédiaire de deux flasques latéraux, chaque flasque ayant une épaisseur sensiblement égale à celle de la semelle et une largeur qui, à partir de l'extrémité de la colonne sur laquelle ce flasque est fixé > va constamment en diminuant jusqu'à l'extrémité où ce flasque est solidarisé avec la semelle de soudure 2.Outil de soudure selon revendication 1, caractérisé en ce que chaque flasqueassa son extrémité qui est solidaire de la semelle de soudure, une largeur qui est au plus égale à la moitié de celle qu'il possède à son autre extrémité 3. Outil de soudure selon la revendication 2, caractérisé en ce que cha que flasque est en forme de trapèze. 4. Outil de soudure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la semelle de soudure est de forme rec tangulaire. 5. Outil de soudure selon lune quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que les flasques et la semelle de soudure sont d'une seule pièce et sont constitués d'un métal choisi dans le groupe comprenant le molybdène, le tantale, le titane, le tungstène et leurs alliages.