Brevet FR2493044A1 — publié le 19820430

"Procédé permettant de former une liaison par fil" L'invention concerne un procédé permettant de former une liaison par fil, entre un endroit de contact sur un micro-circuit électronique et un conducteur de connexion, à l'aide d'un fil en aluminium ou en un alliag- ge d'aluminium traversant un tube capillaire, selon lequel une boule est formée à l'extrémité du fil à l'aide d'une décharge d'étincelles jaillissant entre le fil et une électrode, décharge d'étincelles qui se produit dans une atmosphère gazeuse protectrice, le fil étant ensuite fixé, à l'aide du tube capillaire, à un endroit de contact sur le microcircuit électronique, après quoi le fil est fixé au conducteur de connexion. Pour la réalisation d'une liaison par fil entre un endroit de-.contact sur un corps semiconducteur par exemple et un conducteur électrique, il s'est avéré avanta- geux d'utiliser une liaison par boule pour la fixation du fil au corps semiconducteur. La boule peut être fixée à l'endroit de contact à l'aide d'un outil de soudage par ultra-sons ou d'une thermo-compression, éventuellement d'une combinaison de ces deux méthodes. Dans le cas d'un fil en or, la boule est de préférence formée par décharge par étincelles électrique. Toutefois, la formation d'une boule sur un fil en aluminium ou en un alliage d'aluminium suscite des difficultés. On a déjà proposé de former une boule à l'ex- trémité d'un fil en aluminium par une décharge d'étincelles électrique obtenue par la mise en contact, pendant une courte durée, du fil et de l'électrode dans le cas o ces deux présentent une différence de tension inférieure à 200 V. L'extrémité du fil fond et le contact est rompu, ce qui se traduit par une décharge d'étincelles provoquant la formation de la boule. Le gaz protecteur sert à empê- cher des phénomènes d'oxydation pendant la formation de la boule. Cette méthode d'application de la boule, qui nécessite un contact entre le fil et l'électrode est compliquée pour une fabrication en grandes séries. De plus, il se produit une usure excessive de l'électrode qui, de ce fait, doit assez souvent être remplacée. De plus, on a proposé d'utiliser un espacement faible entre l'extrémité du fil et l'électrode dans le cas d'une différence de tension de 350 à 10. 000 Y, en vue d'obtenir une décharge d'étincelles, la valeur ohmique de la résistance dans le circuit de décharge étant choisie de façon que la valeur de crête de la densité de courant dans la section du fil soit de 1, 2.109 A/m2 à 13,5.109 A/m2. Toutefois, il est préférable de provoquer la déchar- ge d'étincelles sous une tension plus faible. De plus, dans ce procédé connu, il faut établir très rigoureuse- ment un très faible espacement, environ 0,125 mm, entre l'extrémité du fil et l'électrode. Toutefois, dans le cas d'une fabrication en grandes séries, il ne faut pas être tributaire d'un réglage rigoureux et de plus, l'espa- cement entre l'extrémité du fil et l'électrode est de préférence choisi de façon notablement supérieuri à celui utilisé dans le procédé connu. L'invention vise à fournir un procédé du genre mentionné dans le préambule, permettant d'obtenir une décharge d'étincelles dans le cas d'application d'une assez petite différence de tension entre l'extrémité du fil et l'électrode, l'espacement entre ces deux devant être relativement grand et ne devant pas être rigoureuse- ment établi. Conformément à l'invention, une décharge d'étincelles électrique est provoquée entre deux électro- des auxiliaires et un plasma est formé par ionisation du gaz protecteur, et grâce à la faible résistance dans le plasma, une décharge d'étincelles électrique est provo- quée entre l'électrode et le fil dans le cas d'une tension comprise entre 25 V et 200 V et provoque la formation d'une boule à l'extrémité du fil. La décharge entre les électrodes auxiliaires entre lesquelles peut être générée une assez grande diffé- rence de tension provoque la formation d'un plasma dans le gaz protecteur. La résistance dans le plasma est très faible, comparativement à celle se produisant dans un gaz non ionisé. De ce fait, une décharge d'étincelles se produit avec une assez faible différence de tension entre l'électrode et le fil et provoque la formation de la boule sur le fil. La distance comprise entre l'électro- de et l'extrémité du fil n'est pas critique; lorsque la résistance du gaz est devenue suffisamment faible, la décharge d'étincelles formatrice de boules se produit automatiquement. De cette façon, qui convient à une fabrication en grandes séries, une boule de grandeur convenablement reproductible est formée sur un fil en aluminium ou en un alliage d'aluminium. La grandeur est tributaire de la différence de tension entre l'électrode et le fil et de la charge électrique; on a constaté que pour l'obten- tion d'une bonne forme de la boule, il faut choisir de préférence une différence de tension inférieure à 200 V. Dans le cas d'une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention, le plasma est formé par une décharge d'étincelles à l'aide d'une bobine, la ten- sion générée entre les électrodes étant située dans l'ordre de grandeur de 10.000 à 20.000 V. Dans ce cas, il ne faut que des moyens simples pour la formation du plasma dans le gaz protecteur. La décharge d'étincelles entre l'électrode et le fil s'obtient de préférence par décharge d'un conden- sateur électrique sous une tension de 50 à 100 V. Dans une forme de réalisation préférentielle du procédé conforme à l'invention, la distance comprise entre l'électrode et l'extrémité du fil est maintenue à une valeur de l'ordre de grandeur de 2 mm pendant la formation de la boule. En effet, il est possible de choi- sir une plus grande ou plus petite distance, mais on a constaté que la distance d'environ 2 mm est particulière- ment avantageuse, tant pour la fabrication en grandes séries que pour obtenir une forme favorable de la boule. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limita- tif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre schématiquement un disposi- tif pour la réalisation de la liaison par fil. Les figures 2 à 4 montrent respectivement en section longitudinale en plan et en face un appareil dans lequel la boule est formée sur le fil. La figure 5 illustre un circuit électrique assurant la décharge d'étincelles. Les figures 6 à 8 illustrent la façon dont le fil est fixé au microcircuit électronique et au conduc- teur de courant. La figure 1 montre un générateur par ultra- sons 1, articulé par rapport à un axe reposant dans un support 3. Le bras de soudage 4 du générateur est muni d'un tube capillaire 5 que traverse un fil 6 en aluminium ou en un alliage d'aluminium. A l'extrémité du fil 6 doit être formée une boule. A cet effet, le fil traverse une fente 7 d'une unité de production d'étincelles 8 (voir également les figures 2, 3 et 1). Le corps-de l'unité de production d'étincelles est constitué par un matériau isolant, par exemple une matière synthétique. Dans la fente 7 débouche un alésage 9 traversé par un gaz protec- teur, par exemple de l'argon, amené par l'intermédiaire d'un tuyau souple 10. Dans l'unité de production d'étin- celles 8 est logée une électrode 11, ainsi que deux élec- trodes auxiliaires 12 et 13. La distance comprise entre les extrémités des électrodes est de préférence environ 2 mm. De plus, la distance comprise entre l'électrode 11 et l'extrémité du fil est d'environ 2 mm. L'unité de production d'étincelles est articulée par rapport à un axe l9et peut ainsi être tournée vers le tube capillai- re 5 et également en être éloignée. De plus, le dispositif selon la figure 1 compor- te un support 14 sur lequel est appliqué un chariot 15. Sur le chariot 15 peut être disposée une grille de conduc- teurs. Sur une partie de support 16 de la grille de con- ducteurs se trouve un élément semiconducteur 17, qui est muni d'endroits de contact servant à l'application d'un fil conducteur. Le fil s'étend d'un endroit de contact du dispositif semiconducteur à un conducteur 18 de la grille de conducteurs. La formation d'une boule sur le fil 6 en alumi- nium ou en un alliage d'aluminium est expliquée à l'aide des figures 2 à 5. L'extrémité du fil 6 est introduite dans la fente 7 de l'unité de production d'étincelles 8. Dans la fente est introduit un gaz protecteur comme de l'argon à l'aide de l'alésage 9; de préférence, l'ame- née de gaz ne s'effectue que pendant une courte durée, notamment uniquement pendant la formation de la boule. Entre les électrodes auxiliaires 12 et 13 est engendrée maintenant une différence de tension, par exemple de 10.000 à 20.000 V, à l'aide d'une bobine, de façon à provoquer une décharge d'étincelles. Cette décharge d'étincelles provoque la formation d'un plasma dans le gaz protecteur argon. De ce fait, la résistance électrique dans ce gaz parvient à une valeur très basse. Entre l'électrode 11 et l'extrémité du fil-6 est entretenue une différence en tension d'au maximum 200 V, par exemple d'environ 70 V. Par suite de la faible valeur de la résistance électrique dans le plasma, il peut se produire une déchar- ge d'étincelles entre l'électrode 11 et l'extrémité du fil 6, malgré le fait que l'espacement de ces deux éléments peut être assez grand, par exemple de 2 mm. Par suite de la décharge d'étincelles, il se forme, à l'extrémité du fil, une boule dont la grandeur est convenablement reproductible. La figure 5 représente schématiquement un circuit servant à engendrer une étincelle pour la formation d'une boule sur le fil d'aluminium. Une impulsion 20 provenant d'un multivibrateur monostable non représenté sur le dessin porte la base d'un transistor 21 à une tension suffisam- ment élevée pour assurer la circulation d'un courant à travers le transistor. De ce fait, la base d'un transis- tor 22 est portée à une tension telle que le transistor 22 est également traversé par un courant. Le courant traversant le transistor 22 est d'une intensité suffisante pour assurer le réglage du transistor à haute tension 23; un courant traverse la branche primaire 24 d'une bobine 26. A l'extrémité de la courte impulsion, les transistors 21, 22 et 23 se ferment successivement et le courant traversant la branche 24 diminue soudainement pour atteindre la valeur zéro. Par induction, une ten- sion élevée est engendrée dans la branche secondaire 25 de la bobine, par exemple une tension de 20.000 V. De ce fait, il se produit une décharge d'étincelles électri- que entre les électrodes 12 et 13 et il se forme un plasma dans le gaz protecteur (argon). Entre le fil 6 et l'électrode 11 est inséré un condensateur électrique 27; le condensateur est connec- té à une source de tension et, de ce fait, il est chargé. Par suite de la faible résistance dans le plasma, le con- densateur 27 se décharge, tout en formant une étincelle entre l'électrode 11 et l'extrémité du fil 6. La boule est ainsi formée sur le fil. La tension se produisant aux extrémités du condensateur 27 et la capacité de ce dernier peut être choisie en fonction du diamètre du fil sur lequel doit être formée la boule. C'est ainsi qu'il s'est avéré très avantageux d'utiliser, pour un fil d'un diamètre de 200 pim, un condensateur de 500 pF, avec une tension de 70 V. Dans le cas d'un fil d'un diamètre de 40 ym, une forme sphérique avantageuse s'obtient par décharge d'un conden- sateur de 15 pF, chargée à une tension de 70 V. Les figures 6 à 8 illustrent la fixation du fil sur un c8té, le microcircuit électronique et, de l'au- tre coté, un conducteur de courant. Sur le chariot 15 représenté sur la figure 1 est disposée une grille de conducteurs comportant une partie de support 16 sur laquelle est fixé un élément semiconducteur 17. Un conducteur de courant est désigné par le chiffre de référence 18. Le tube capillaire 5 contenant le fil 6 sur lequel est formée une boule se trouve au-dessus d'un endroit de contact sur l'élément semiconducteur 17. Le tube capillaire est déplacé vers l'élément semi-conducteur, par exemple par rotation du générateur par ultra-sons autour de l'axe 2 (figure 1). Lorsque la boule s'applique contre l'endroit de contact sur l'élé- ment semiconducteur, la liaison (figure 7) s'obtient à l'aide de vibrations ultra-sonores, opération lors de laquelle la boule est aplatie. Ensuite, le tube capillai- re est remonté et se déplace vers le conducteur de courant 18. Puis, le fil est serré entre le conducteur 18 et la partie inférieure du tube capillaire et fixé au conduc- teur 18 à l'aide d'énergie ultra-sonore. La figure 8 montre la liaison définitive. La liaison entre le fil et le conducteur de connexion 18 ne s'effectue pas nécessairement à l'aide du tube capillaire, mais peut être réalisée de toute fa- çon appropriée. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de former une liaison par fil entre un endroit de contact sur un microcircuit électronique (17) et un conducteur de connexion (18), à l'aide d'un fil (6) en aluminium ou en un alliage d'alu- minium traversant un tube capillaire (5), selon lequel une boucle est formée à l'extrémité du fil à l'aide d'une décharge d'étincelles jaillissant entre le fil et l'élec- trode, décharge d'étincelles qui se produit dans une at- mosphère gazeuse protectrice, le fil étant ensuite fixé à l'aide du tube capillaire, à un endroit de contact sur le microcircuit électronique, après quoi le fil est fixé au conducteur de connexion, caractérisé en ce qu'une dé- charge d'étincelles électrique est provoquée entre deux électrodes auxiliaires (12, 13) et un plasma est formé par ionisation du gaz protecteur, et grâce à la faible résistance dans le plasma, uné décharge d'étincelles élec- triques est provoquée entre l'électrode (11) et le fil (6) sous une tension comprise entre 25 V et 200 V, déchar- ge d'étincelles qui provoque la formation d'une boule à l'extrémité du fil. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le plasma est formé par une décharge d'étincelles à l'aide d'une bobine (26), la tension se produisant entre les électrodes auxiliaires (12, 13) étant de l'ordre de grandeur de 10.000 à 20.000 V. 3. Procédé selon l'une quelconque des reven-- dications 1 ou 2, caractérisé en ce que la décharge d'é- tincelles entre l'électrode (11) et le fil (6) s'obtient par décharge d'un condensateur électrique (27), par exem- pie à une tension de 50 à 100 V. 4. Proc&d1 selm l'ume des Z iatims là 3, oet en oe qoelà&eem cemipse eMfrw &ct&(l) et- il wr&It cu fi. (6) et]a disanee coemrise elte les élecUmdles aud1ims (12, 13) est nmhtmm àume valeurde 1'cr- cke cb grmxmurde 2mm pencmbt la brumation de la boxle. 5. Proc&dW selon l'ue des revexrlfrm 1& 4, cact6iii Oe e qu lmaer6e de giz pmtecteur ne s'effectXm qx perdnu la timaUm de la boule.