Brevet FR2521169A1 — publié le 19830812

La présente invention concerne la technique de rev & tement de pièces par métallisation et a notamment pour objet un dispositif de métallisation locale, de préférence, de pièces de matériels électroniques. L'invention peut étire appliquée dans diverses branches de l'industrie, notamment quand il est nécessaire d'appliquer des revêtements métalliques de surface limitée, sous forme de taches de diverses configurations géométriques, notamment dans l'industrie électrotechnique, celle de la construction d'appareils et instruments de mesure, etc. L'application de l'invention est d'une efficacité maximale notamment dans la déposition locale d 'un revete- ment d'or sur les bottiers des composants à semiconducteurs et des microcircuits intégrés. A 1 'heure actuelle on connatt des installations de principes et de conceptions diverses pour la métallisation locale de pièces. L'une des installations les plus connues, l'installation "Carousel", exploite le principe de la déposition électrolytique de métaux, L'installation comprend une cuve remplie d'électrolyte qui est débité par des buses-anodes aux zones de la pièce devant être métallisées. La localisation des revêtements est assurée à l'aide de masques spéciaux en caoutchouc. Les principaux inconvénients de cette installation sont la nécessité d'employer des masques en caoutchouc à usure rapide, la réalisation du processus par voie électrolytique "humide", exigeant des traitements de la pièce (décapages, rinçages, séchages, etc.) antérieurs et postérieurs à la déposition et un équipement correspondant, et nécessitant une consommation notable d'énergie. En outre, l'installation "Carousel" ne peut déposer les revêtements que sur des pièces plates du type cadre de sortie. On connatt aussi des installations pour l'application locale d'un revêtement d'or sur le bottier métal-verre de composants à semiconducteurs et de circuits intégrés. Les inconvénients de ces installations sont l'impossibilité de réaliser la plus grande localisation possible du revêtement à l'aide de masques en caoutchouc (c'est-à-dire l'application du revêtement seulement dans la zone des soudures du cristal), ainsi que tous les inconvénients propres au processus électrolytique, indiqués plus haut. En outre, les installations énumérées plus haut déposent principalement de l'or et certains autres métaux, pour lesquels il existe des procédés et des électrolytes bien au point. Ainsi, elles ne peuvent déposer le molybdène. Enfin, elle ne peuvent déposer les rev8tements que sur des pièces électroconductrices. De la sorte, les installations énumérées n'assurent pas une localisation optimale du revêtement, requièrent le recours à une série de processus et de matériels auxiliaires, sont étroitement spécialisées quant aux types de revêtements déposés et de pièces à traiter. Les dispositifs les plus prometteurs du point de vue suppression des processus et des matériels auxiliaires, ainsi que de l'universalité en ce qui concerne les matériaux déposés et les pièces à traiter, sont les dispositifs de métallisation par volatilisation électrique d'un clinquant. On connais divers dispositifs pour la métallisation par volatilisation électrique d'un clinquant. De tels dispositifs comprennent un système d'électrodes servant à amener le courant au clinquant à volatiliser, des mécanismes pour la présentation des substrats à métalliser, et un mécanisme pour l'alimentation en matériau à volatiliser. Ces dispositifs comportent aussi des tuyères dirigeant le flux de produits volatilisés. Pour localiser les revêtéments, on utilise dans ces dispositifs des masques. La capacité de tirage des masques est d'ordinaire faible et ne s'élève qu'à 20-50 volatilisations. Les produits volatilisés se déposent et s'accumulent sur les parois des tuyères directrices, aussi, après 100 à 200 volatilisations, les tuyères doivent-elles déposées et nettoyées. En outre, dans les dispositifs connus,les substrats sur lesquels est déposé le revêtement sont placés à une certaine distance de la tranche des tuyères ; il en résulte qu'une partie du flux de produits volatilisés est renvoyée par le substrat, ce qui abaisse le'coefficient d'utilisation du matériau volatilisé. En définitive, le rendement des dispositifs est faible et, s'il est nécessaire de déposer des revêtements de métaux précieux, de tels dispositifs ne peuvent être utilisés, vu le bas coefficient d'utilisation du matériau volatilisé. On connait un dispositif pour la métallisation par volatilisation électrique d'un clinquant, principalement destiné à la métallisation du flasque et des faces des sorties sur les bottiers des composants à semiconducteurs. Le dispositif comprend un corps dans lequel sont placés des mécanismes de présentation des boitirs des composants à semiconducteurs, d'amenée du matériau à déposer au poste de travail, et des électrodes de travail La localisation du revêtement est assurée dans ce dispositif par l'emploi d'une bande de masquage avancée à l'aide d'un organe spécial. Les produits volatilisés renvoyés ~ par le substrat sont collectés par des écrans protecteurs. Les inconvénients d'un tel dispositif consistent en ce que le revêtement local ne peut être déposé que sur les parties saillantes (les sorties) du bottier des composants à semiconducteurs. Le dispositif connu ne convient pas pour déposer un revêtement seulement sur le flasque plat du bottier, sous la forme d'une tache de géométrie requise, les faces des sorties étant protégées. En outre, l'accumulation de matériau volatilisé sur les électrodes de travail et les tuyères directrices nécessite l'arrêt périodique du processus de métallisation et le remplacement ou le nettoyage des électrodes et des tuyères, ce qui abaisse le rendement du dispositif. La présence d'un écartement entre les tuyères directrices et les bottiers des composants à métalliser, fait qu'une partie du flux de produits volatilisés est renvoyée, d'où l'abaissement du coefficient d'utilisation du matériau volatilisé, ce qui est particulièrement inadmissible en cas d'emploi, pour la volatilisation, de clinquants de métaux précieux. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués des installations venant d'être décrites. On s'est proposé pour cela de créer un dispositif pour la métallisation par volatilisation électrique notamment d'un clinquant, dont la conception serait telle qutelle assurerait une localisation optimale du revêtement, un accroissement du rendement et une amélioration de la qualité du revêtement. La solution consiste en un dispositif pour la métallisation par volatilisation électrique d'un clinquant où d'un matériau en feuille ou mince analogue, comprenant un corps sur lequel sont placés des mécanismes pour la présentation (l'amenée) des pièces et l'alimentation en clinquant à volatiliser, un système d'électrodes se déplaçant le long de son axe et comportant un sous-ensemble de nettoyage des électrodes, et des tuyères dirigeant le flux de produits volatilisés sur les pièces, ces tuyères se déplaçant périodiquement dans un plan perpendiculaire à leur axe, dispositif dans lequel, d'après l'invention, les tuyères directrices sont montées de façon qu'elles puissent se déplacer le long de leur axe et sont dotées d'un élément élastique, et il est prévu un mécanisme de nettoyage des tuyères, lié au mécanisme de déplacement des tuyères du poste de travail au poste de nettoyage, et le système d'électrodes est réalisé sous la forme d'un bloc d'électrodes coaxiales à une électrode centrale mobile le long de son axe. Il est avantageux de réaliser le mécanisme de nettoyage du système d'électrodes sous la forme d'un couteau plat, monté de façon qu'il puisse se déplacer dans le plan coïncidant avec la surface active du système d'électrodes, et de réaliser sur la surface cylindrique de la tuyère des orifices pour l'échappement de l'onde de choc réfléchie. Les tuyères directrices peuvent être montées dans des guide-pièce entrant en contact avec la pièce à traiter et assurant son orientation par rapport à la tuyère. Une telle réalisation du dispositif assure la métallisation locale de la pièce avec un grand rendement et une bonne qualité du revêtement. L'idée essentielle de l'invention consiste en ce que, au cours du fonctionnement du dispositif, la tuyère arrivée au poste de travail en se déplaçant en avant sous l'action du système d'électrodes se déplaçant lui aussi en avant, s'applique intimement par sa tranche contre la pièce à traiter, en localisant ainsi le revêtement par sa section intérieure et en assurant un haut coefficient de transfert du matériau volatilisé. Le coefficient de transfert est égal au rapport entre la masse de matériau déposé et la masse de matériau volatilisé. Pour l'échappement de l'onde de choc réfléchie, des orifices sont réalisés sur la surface cylindrique de la tuyère. Si ces orifices sont absents et que les joints "tuyère-système d'électrodes" et "tuyère-pièce à traiter" sont étanches, l'onde de choc,en étant réfléchi par la pièce à traiter et en agissant sur le flux de produits volatilisés, s'oppose au dépôt de ces produits sur la pièce et à la formation du revêtement désiré. Si les prescriptions concernant la localisation du revêtement ne sont pas sévères et que les matériaux utilisés pour le revêtement sont d'approvisionnement facile, on peut laisser un écartement entre la tranche de la tuyère et la pièce à traiter, tout en conservant l'étanchéité du joint "tuyère-système d'électrodes".Dans ce cas, il n'est point nécessaire de prévoir des orifices sur la surface cylindrique de la tuyère, car l'onde de choc s'échappera par l'écarte- ment indiqué. A chaque volatilisation, les produits volatilises se déposent sur les parois du canal, de la tuyère et, en s'y accumulant, modifient la géométrie du canal, ce qui entratne un abaissement notable du coefficient de transfert du matériau volatilisé. Pour prévenir cet effet, le canal de la tuyère se trouvant au poste de nettoyage est périodiquement débarrassé des produits volatilisés se déposant sur ses parois par le mécanisme de nettoyage des tuyères. Le système d'électrodes sous la forme d'un bloc coaxial assure une dispersion plus uniforme du clinquant à volatiliser et, par conséquent, l'obtention d'un revêtement d'épaisseur et de rugosité uniformes. Le déplacement de l'électrode centrale permet de compenser l'érosion se produisant pendant le fonctionnement, en assurant une géométrie constante du système d'électrodes et la stabilisation du processus. La présence d'un mécanisme de nettoyage du système d'électrodes sous la forme d'un couteau plat glissant suivant la surface active du système d'électrodes permet d'assurer l'élimination des produits volatilisés s'accumulant sur la tranche des électrodes pendant le fonctionnement. En l'absence d'un tel mécanisme, l'accumulation des produits volatilisés sur les électrodes requiert une augmentation constante de l'énergie de volatilisation, ce qui provoque une intensification de l'érosion du système d'électrodes. Le montage des tuyères dans des guide-pièce assure I'orPentation de la pièce à traiter par rapport à la tuyère ; Gracie à sa conception conforme à l'invention, le dispositif permet, sans emploi de masques, de déposer des revêtements locaux sur différentes pièces et avec un grand rendement, les revêtements obtenus étant de bonne qualité. Notamment, son emploi pour la dorure locale des bottiers de composants à semiconducteurs permet d'abaisser la consommation d'or de 10 à 30 fois (selon le type de bottier). L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description-explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un dispositif de métallisation conforme à l'invention - la figure 2 représente le sous-ensemble de métallisation proprement dit - la figure 3 représente le bloc d'électrodes coaxial. Le dispositif (figure 1) se compose d'un corps 1 sur lequel sont montés les principaux mécanismes fonctionnels, et d'un actionneur électrique 2. Le mécanisme de présentation des pièces se compose d'un guide vertical 3 et d'un plateau 4 avec des alvéoles pour les pièces. Le guide vertical 3 sert à charger les pièces dans les alvéoles du plateau 4. Le plateau 4 est lié cinématiquement à l'actionneur électrique 2 du dispositif par l'intermédiaire de couples de pignons et d'un mécanisme à croix de Malte. Le mécanisme d'alimentation en clinquant à volatiliser comprend une bobine 5 sur laquelle est enroulé le clinquant 6, un guide 7 et un galet élastique 8 serré contre le clinquant 6 par sa surface cylindrique. Le galet 8 est monté sur un axe commun avec une roue dentée 9 qui est attaquée par une crémaillère 10.Le système Il d'électrodes est placé dans poussoir cinématiquement lié à l'actionner électrique 2. Le sous-ensemble de nettoyage des électrodes se compose d'un couteau 12 fixé dans une fourche 13, et d'un système de leviers. Les tuyères directrices 14 sont placées sur un tourniquet 15 qui les déplace du poste de travail au poste de nettoyage, et sont dotées d'un-élément élastique 14a. Le tourniquet 15 est lui aussi lié à l'actionneur par l'intermédiaire de couples de pignons et d'un mécanisme à croix de Malte. Le mécanisme de nettoyage des tuyères directrices 14 se compose d'un moteur électrique 16 sur l'axe duquel est fixé un outil 17 monté mobile sur une tige 18. L'outil 17 est réalisé sous la forme d'un foret coupant. Le déplacement du moteur électrique 16 peut s'effectuer tant à partir de l'actionneur commun qu'à partir d'un actionneur individuel. La figure 2 représente une pièce 19 dans un alvéole du plateau 4, une tuyère directrice 14 avec des orifices 20 pour l'échappement de l'onde de choc. Le guide-pièce 21 est un élément dans lequel est montée la tuyère directrice 14. Sa fonction est de contacter la pièce à traiter et de l'orienter par rapport à la tuyère directrice. La figure 3 représente un système d'electrodes coaxiales constitué par une électrode centrale mobile 22, une électrode extérieure annulaire 23, un isolateur interélectrode 24, une douille filetée 25 et un écrou 26. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Le clinquant 6 à volatiliser se déroule de la bobine 5 et son bout libre s'engage dans le guide 7 où il est pincé par le galet 8. Par rotation de la roue dentée 9 on fait avancer le clinquant 6 sur la surface active du système 11 d'électrodes, de telle manière que son bout touche l'électrode extérieure annulaire 23. Les pièces à traiter sont chargées dans le guide vertical 3 à partir d'un chargeur ou d'une trémie vibrante. Le plateau 4 tourne de 900 et transfère la pièce du poste de chargement au poste de traitement. Le poussoir du système Il d'électrodes exécute sa course en avant, puis sa course en arrière. Lors de la course en arrière, la crémaillère 10 s'engrène avec la roue dentée 9, qui tourne d'un angle déterminé ; le clinquant 6 à volatiliser est avancé d'un pas et recouvre les électrodes. Ceci fait, le tourniquet 15 tourne de 900 et l'une des tuyères directrices 14 vient se placer au poste de traitement, en regard de l'alvéole du plateau 4 dans lequel se trouve la pièce à traiter. Le poussoir du sytème d'électrodes effectue de nouveau sa course en avant ; le système d'électrodes est alors serré contre la face de la tuyère, laquelle presse le clinquant à volatiliser contre les électrodes, se déplace en avant en comprimant l'élément élastique 14a qui vient buter par sa tranche contre la pièce à traiter. Au cours de ce déplacement, le guide-pièce 21 contacte la pièce et l'oriente par rapport à la tuyère 14 (position représentée sur la figure 2). Au moment du serrage maximal, un bloc de condensateurs à haute tension se décharge à travers les électrodes. Le courant électrique volatilise le clinquant le flux de produits volatilisés est canalisé par la tuyère vers la pièce et les produits volatilisés se déposent sur sa partie limitée par le diamètre intérieur de la tuyère.En même temps, l'outil 17, réalisé d'une manière connue quelconque, entre dans la seconde tuyère se trouvant au poste de nettoyage et, étant entraîné en rotation par le moteur électrique 16, nettoie le canal de cette tuyère. Ensuite, le plateau 4 tourne de nouveau de 900, la pièce ayant reçu le revêtement est déchargée de l'alvéole ; le tourniquet 15 tourne aussi de 900. En même temps, le poussoir du système Il d'électrodes se déplace en arrière ; le contenu 12 exécute sa course descendante suivant le plan actif du système Il d'électrodes en le débarrassant des restés de matériau volatilisé. Pendant le fonctionnement du dispositif, il se produit une érosion de l'électrode centrale. La compensation de cette érosion s'effectue par rotation périodique de l'écrou 26. La douille 25, dans laquelle est emboîtée à force ltélectrode centrale 22, se déplace alors en avant. Ensuite le cycle se répète. Le dispositif a un rendement quatre fois plus grand que ceux connus, grâce à l'exécution du nettoyage des tuyères et du système d'électrodes dans le cycle opératoire, ainsi que grace à la localisation du revêtement non pas par un masque, mais par la tuyère mise en serrage contre la pièce, et à la possibilité de compenser l'érosion de l'électrode centrale en l'avançant.L'emploi de tuyères mises en serrage contre la pièce accrott le coefficient d'utilisation du matériau volatilisé de plus de 10 fois. Le dispositif peut être réalisé sous la forme d'un dispositif automatique de dorure locale et permet une réduction de la consommation d'or de 20 fois, en moyenne, dans la fabrication des bottiers de microcircuits intégrés. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Dispositif de métallisation par volatilisation électrique d'un clinquant ou d'un matériau en feuille ou mince analogue, du type comprenant un corps (1) sur lequel sont placés un mécanisme d'amenée des pièces (19), un mécanisme d'alimentation en clinquant ou analogue (6) à volatiliser, un système (11) d'électrodes se déplaçant le long de son propre axe et comportant un sous-ensemble de nettoyage des électrodes, et des tuyères (14) dirigeant le flux de produits de volatilisation sur les pièces (19) et se déplaçant périodiquement d'un poste de travail à un poste de nettoyage dans un plan perpendiculaire à leur axe, caractérisé en ce que les tuyères directrices (14) sont montées de façon qu'elles puissent se déplacer le long de leur propre axe et sont dotées d'un élément élastique (14a), en ce qu'il est prévu un mécanisme de nettoyage des tuyères (14), lié au mécanisme de déplacement de ces tuyères du poste de travail au poste de nettoyage, et en ce que le système (11) d'électrodes est réalisé sous la forme d'un bloc d'électrodes coaxiales dont l'électrode centrale (22) est mobile le long de son propre axe. 2. Dispositif selon la revendication 1,caractériséen ce que le mécanisme de nettoyage du système (11) d'électrodes est réalisé sous la forme d'un couteau plat (12) monté de façon qu1il puisse de déplacer dans un plan coïncidant avec la surface active dusystème (11) d'électrodes. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans la paroi cylindrique des tuyères directrices (14) sont réalisés des orifices (20) pour l'échappement de l'onde de choc réfléchie. 4. Dispositif seoon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les tuyères directrices (14) sont montéesdansdes guide-pièce (21) entrant en contact avec la pièce (19) à traiter et assurant son orientation par rapport à la tuyère (14).