Brevet FR2481567A1 — publié le 19811030

Pour fixer des condensateurs chips cera- miqueS sur des substrats, les techniques utilisées jusqu'ici mettent en oeuvre des liaisons adhésives qui sont souvent défaillantes. Il est difficile de maintenir une adhérence suffisante entre le condensateur et le substrat, particu- lièrement lorsqu'on rencontre des températures et varia- tions de température importantes, et la liaison entre ces éléments ne résiste souvent pas aux effets des accéléra- tions. Si le condensateur vient à se séparer de son subs- l10 trat, ses fonctions sont perdues pour le circuit. Le carac- tère indéfini de la liaison a pour conséquence un risque de défaillance pour le circuit dont fait partie le conden- sateur. Les tentatives qui ont été faites pour assurer une liaison adéquate et sûre entre un condensateur céramique et le substrat n'ont pas donné jusqu'ici de résultats sa- tisfaisants si bien que, dans cette technique, il reste à résoudre un problème qui est de maintenir une liaison entre les bornes ou terminaisons en métal précieux du composant électrique, formées par immersion dans un bain, et une cou- che conductrice à base de résine époxy, disposée sur le substrat, cette liaison devant maintenir la conduction électrique et supporter avec succès des cycles thermiques tout en empêchant le condensateur de se séparer du subs- trat. Selon des techniques connues, on a appliqué une ré- sine époxy à un substrat et placé dans cette résine les bornes en métal précieux des composants électriques afin d'assurer une liaison aussi bien électrique que mécanique. Cette technique s'est signalée par une dégradation de la conduction électrique et de la force d'adhérence mécanique de la liaison. L'un des buts de la présente invention est de fournir un procédé nouveau et perfectionné pour assurer la liaison de condensateurs et autres composants de cir- cuit à un substrat, à l'aide d'une interface électriquement conductrice à base de résine époxy. Un autre but de la présente invention est de créer un procédé nouveau et perfectionné pour assurer la liaison de composants électriques à des substrats, à l'aide de gaines formées de couches à base de matière plastique, fusibles et électriquement conductrices, qui peuvent être liées ou frittées à des couches à base de matière plastique compatibles, formées à la surface d'un substrat. Un autre but encore de la présente invention est de fournir un composant électrique nouveau et perfec- tionné, qui peut être produit plus économiquement et dont les extrémités sont d'abord soumises à une opération d'en- duction par immersion dans un bain, une telle opération formant des gaines partielles ou totales écartées l'une de l'autre et isolées électriquement, qui constituent un in- termédiaire pour assurer la liaison du composant électrique à un substrat. Une caractéristique importante de la présente invention consiste en ce que des enduits électriquement conducteurs, isolés l'un de l'autre, constituent des gaines ou chemises sur les extrémités opposées d'un composant élec- trique. Les gaines servent de liaisons mécaniques pour les composants électriques et assurent des liaisons intermédi- aires avec des couches à base de matière plastique sur un substrat. Une autre caractéristique importante de la pré- sente invention consiste en ce que des liaisons extrêmement sûres sont formées entre les bornes ou terminaisons en mé- tal précieux d'un composant électrique et une couche à base de résine époxy déposée sur un substrat, ces bornes étant formées chacune par application ou immersion. sur les extrémités du composant. Les bornes en métal précieux formées par simple immersion sont enduites chacune d'une substance à base de résine époxy ou polyamide, contenant un système diffusé de métaux conducteurs divisés tels qu'or, argent, palladium, platine et leurs alliages. Comme consé- quence directe de la présente invention, il existe une in- terface époxy/époxy qui assure la liaison entre le composant électrique et le substrat et dans laquelle l'époxy, qui forme les liaisons mécanique et électrique avec les bornes du composant, est lié à l'époxy du substrat. La liaison ainsi obtenue est plus efficace, est moins susceptible aux effets nuisibles de la chaleur et peut plus facilement resisteraux contraintes mécaniques et aux contraintes ther- miques que l'on rencontre en fonctionnement. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et-qui se réfère au dessin annexé, lequel illustre,à titre d'exemple, un mode de réalisation particulier de l'invention, sans aucun caractère limitatif. La figure 1 est un schéma illustrant les o- pérations successives d'un procédé par lequel le condensa- teur céramique ou autre composant électrique est fixé à un substrat. La figure 2 montre, par une -vue de détail à grande échelle, un condensateur munie de gaines conduc- trices à base e résine époxy, ces gaines étant formées en enduisant les/ou extrémités opposéesde ce condensateur. La figure 3 représente, en perspective écla- tée, le condensateur placé sur un substrat qui possède une couche complémentaire, à base de résine époxy, sur sa sur- face. La figure 4 montre, par un détail en coupe à grande échelle selon la figure 4-4 de la figure 3, le condensateur monté sur le substrat, après fusion avec une couche à base de résine époxy qui est formée à la surface du substrat. La figure 5 montre, par une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4, le condensateur une fois relié par fusion à une couche à base de résine époxy, formée à la surface du substrat. Si l'on se reporte maintenant aux figures 2 à 5, on y a désigné dans son ensemble par 10 un condensa- teur chips céramique possédant une couche à base de résine époxy 12 qui forme une gaine 14 à chacune de ses bornes opposées 16, 18, situées aux extrémités 15, 17 du condensat eur 10. La couche 12 peut être formée par immer- sion dans un bain ou procédé analogue et elle constitue des gaines 14 électriquement conductrices. Bien que la composition de la couche à base de résine époxy choisie ne fasse pas partie de l'invention, une couche convenable peut être obtenue à partir d'une composition à base de résine époxy thermodurcie par sé- chage à l'air, contenant de l'argent conducteur, qui est fournie par la Société américaine Du Pont et qui est plus complètement décrite dans "ELECTRONIC MATERIALS", Bulle- tin E23581, publié en octobre 1978. La composition peut être imprimée par sérigraphie, distribuée sous pression à travers un orifice calibré ou appliquée par immersion, par pulvérisation ou au pinceau. Le produit Du Pont 9960 contient 60 % d'argent et un diluant en acétate de méthyl- cellosolve et il possède une viscosité de 1,4 à 1,8 Pa.s (1000 centipoises) à 25 C et une résistance superficielle de moins de 0,2 ohm par carré pour une épaisseur de pelli- cule de 25 micromètres. La capacité de recouvrement d'un tel produit est d'environ 83 cm /g pour une épaisseur de pellicule de 50 micromètres, à l'état humide. Le composant époxy peut être obtenu chez Epoxy TechnologyInc. o il est désigné par EPO-TEK H31, comme indiqué par une notice pu- bliée par Epoxy Technology Inc., 65 Grove Street, Watertown, Massachusetts 02172 (Etats-Unis d'Amérique). La présente invention n'est toutefois pas limitée aux compositions du type époxy. Dans le cadre de cette invention, on envisage *, t aussi en effet des matières électriquement conductrices à base de polyamide. La composition d'une telle matière est indiquée dans une notice appelée "Ablebond 71-1" et publiée par Ablestik Laboratories, 833 West 182nd Street, Gardenia, Californie (Etats-Unis d'Amérique). Le polyamide peut être utilisé à la place de l'époxy pour des applica- tions à températures particulièrement élevées. Une fois que l'époxy a atteint l'épaisseur désirée sur les bornes 16, 18, le condensateur 10 est fixé à un substrat 20 sur lequel ont étéappliquées des couches 22 au pinceau, par distribution sous pression-à travers un. orifice calibré ou par dépôt; comme la couche 12, les- couches 22 sont électriquement conductrices et elles sont reliées électriquement chacune à une piste conductrice ou connexion 24 de circuit imprimé (figure 3). Les couches 22 sont mises en fusion avec les parties en regard de la couche qui forme les gaines 14 à la surface extérieuredes bornes 16, 18. Le condensateur 10.forme ainsi une liaison époxy/époxy (figures 4 et 5). En général, on utilise la même composition à base de résine époxy pour le bain o se forme la couche 12 du condensateur 10 que pour consti- tuer les couches 22 sur le substrat 20, afin d'assurer une liaison sûre. C'est une particularité de l'époxy que, pour réaliser une liaison par fusion, les couches d'époxy ap- partenant aussi bien au composant 10 qu'au substrat 20 soient traitées therm quement suffisamment pour polymé- riser le produit et éliminer la totalité des composants volatils, ce qui minimise les conséquences du dégazage qui, sans cela, aurait un effet destructeur sur les semi-con- ducteurs montés, en plus du condensateur, à la surface du substrat. Comme indiqué ci-dessus, les couches 22 peuvent être imprimées par sérigraphie, distribuées sous pression à travers un orifice calibré, appliquées au pinceau ou de toute autre façon appropriée à la surface du substrat. La liaison qui en résulte assure une bonne liaison mécanique par adhérence; une telle liaison est stable à température élevée tant au point de vue mécanique qu'électrique et ne interfaciale libère pas facilement le condensateur 10. La liaison/par fusion (figure 5) entre gaines 14 formées par immersion sur les bornes opposées 16, 18 du condensateur et les couches 22 en regard sur le substrat 20 est en effet capable de résister fortement aux efforts de cisaillement et de re- tenir avec sécurité le condensateur 10 à sa position de fonctionnement, quelles que soient les variations de la température et de la pression, que ces variations soient ou non accompagnées d'efforts mécaniques extérieurs tendant à déloger le condensateur. En conséquence, la fonction du condensateur est rarement perdue pour le système et la liai- son mécanique est une liaison sûre, caractérisée par son insensibilité aux effets de la température. La liaison dé- crite sert de fixation mécanique tenace et assure en outre une connexion électrique entre le condensateur 10 et les couches conductrices 22 existant à la surface du substrat 20. Il est possible de contrôler très soigneusement la susdite opération d'immersion ou d'application, étant don- né que le composant électrique peut être préparé à l'avance et peut être initialement garni d'un simple en- duit de résine époxy, par dessus les bornes de métal pré- cieux, et des couches supplémentaires peuvent ensuite être ajoutées aux bornes selon les exigences du dessin particu- lier qui est adopté.La grande sûreté de la liaison réali- sée entre le condensateur et le substrat est due en partie au fait qu'une gaine à base de résine époxy constitue une liaison mécanique et électrique, qui forme une enveloppe d'époxy maintenue serrée autour de chaque borne, ce qui permet au composant électrique d'être maintenu, la liai- son par adhérence entre les gaines du composant et les couches du substrat constituant un lien impeccable par fusion, tant au point de vue mécanique qu'électrique. Le procédé de fabrication conforme à l'inven- tion est illustré à la figure 1. Il consiste à placer des condensateurs en série ou en rangée, de façon à mettre à découvert l'une des extrémités de chaque condensateur, tous les condensateurs étant tenus ensemble, puis à plonger en même temps toutes les extrémités découvertes dans une solu- tion de résine époxy conductrice, cette phase d'immersion étant schématisée en 26 à la figure 1. La résine époxy en excès est alors enlevée par essuyagelors de la phase sché- matisée en 28, et les couches d'époxy sont ensuites séchées à l'air, lors de la phase schématisée en 30. On répète alors les mêmes phases sur les autres extrémités des condensateurs, les phases homologues étant désignées par les mêmes chiffres de référence, suivis du signe "prime". Les couchae/formant les gaines 14 sont alors traitées à plus haute température dans la phase 32 et le produit fini est alors posé sur un substrat 20 sur lequel ont été imprimées des couches électriquement conductrices 22 à base de résine époxy, ces couches étant intégrées au reste du circuit imprimé sur la base du substrat 20. Le con- densateur 10 ayant été monté sur les couches 22 du substrat 20, on fait fondre les couches 12 du condensateur 10 et 22 du substrat 20, dans la phase 34. Lors de cette phase 34, l'ensemble est ainsi chauffé à la température de fusion pour former une liaison entre les surfaces en contact des gaines à base d'époxy 14 et des couches à base d'époxy 22. 248 15 67 A l'état de fonctionnement, un condensateur à gaines 14 est placé sur le substrat 20 tel qu'une carte à circui&simprimés et positionné de façon telle que les gaines 14 soient en contact avec des couches électri- quement conductrices 22 du substrat 20. Avec un tel main- tien en place, plusieurs composants sont ainsi fixés en même temps par fusion. La liaison ou fusion s'effectue a destempératures supérieures à 150-1750C, pendant 30 à 60 minutes. L'ensemble obtenu manifeste une excellente tenue -à la chaleur, à des températures pouvant atteindre 2500C. Lorsqu'on utilise des enduits à base de poly- de polymérisation amide, le traitement thermique/se fait à 1500C, pendant dix minutes environ. La combinaison de polyamide obtenue tolère un fonctionnement continu à 350'C et supporte des expositions intermittentes à 500'C sans détérioration de la liaison entre le condensateur et -le substrat. Bien que l'invention ait été illustrée et - décrite en relation avec un seul mode de réalisation, il. va de soi que celui-ci sert essentiellement à illustrer l'invention et ne présente aucun caractère restrictif. L'invention englobe donc les modifications et variantes de ce mode de réalisation qui sont à la portée des spécialistes. 248 1567 REVENDICATIONS 1. Procédé pour monter sur un substrat un composant électrique comportant une borne conductrice à caractérisé chacune de ses deux extrémités,/en ce qu'il comprend les phases suivantes: enduire l'une des extrémités du compo- sant avec une résine époxy électriquement conductrice afin de former sur la borne correspondante une première gaine électriquement conductrice; enduire l'autre extrémité du composant avec une résine époxy électriquement conductrice afin de former sur la borne correspondante une deuxième gaine électriquement conductrice qui est isolée électrique- ment de la première gaine électriquement conductrice; ap- pliquer sur le substrat des couches de résine époxy élec- triquement conductrices; et fixer par fusion les gaines aux couches de résine époxy. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les couches de résine époxy du substrat sont appliquées par l'une quelconque des opérations sui- vantes: sérigraphie, application au pinceau, distribu- tion sous pression à travers un orifice calibré, impression. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la résine époxy est rendue J conductrice par inclusion de particules dispersées d'un métal choisi parmi l'argent, le palladium, l'or et leurs alliages. 4. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que les première et deuxième gaines électriquement conductrices sont traitées à la chaleur, avant leur fusion avec les couches de résine époxy du substrat. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend la phase supplémentaire consistant à enlever la résine époxy con- ductrice en excès par essuyage. 6. Composant électrique, caractérisé en ce qu'il possède une borne électrique (16) enduite d'une gaine (14) en résine époxy conductrice, ce grâce à quoi la gaine (14) en résine époxy conductrice peut être fixée à une couche (22) de résine époxy conductrice appliquée sur un substrat (20) de façon à relier le composant électrique (10) à la fois mécaniquement au substrat (20) et électrique- ment à la couche (22) de résine époxy conductrice. 7. Composant électrique selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que des bornes électriques (16, 18), écartées l'une de l'autre et situées aux extrémités (15,17) du composant électrique (10), sont enduites chacune d'une gaine (14) en résine époxy conductrice, un jeu complémentaire correspondant de couches-(22) de résine époxy conductrices étant appliqué sur le substrat (20), ce grâce à quoi les gaines (14) peuvent être liées par fusion auxdites couches (22). 8. Composant électrique selon l'une des reven- dications 6 et 7, caractérisé en ce que la ou chaque gaine (14) en résine époxy électriquement conductrice est traitée par la chaleur avant d'être portée à la température de fu- sion avec la ou chaque couche correspondante (22) de résine époxy dudit substrat (20).