Brevet FR2534834A1 — publié le 19840427

"OUTIL DE THERMOCOMPRESSION POUR LE SOUDAGE DE FILS DE CONNEXION". La présente invention concerne un outil de thermocompression pour le soudage de fils de connexion dont une extrémité est en liaison avec un dispositif semi- conducteur et dont l'autre doit être fixée sur une plage de contact d'un élément solidaire de l'embase portant ledit dispositif, outil comportant un support massif surmonté d'une portion terminale dont une face, dite face de travail, participe au soudage du fil. On sait que, dans la réalisation de dispositifs semi-conducteurs intégrés ou non, divers procédés sont utilisés pour souder des fils de connexion extr8me- ment fins entre les parties actives desdits dispositifs semi-conducteurs et leurs électrodes de sortie. L'un des procédés les plus communément utilises consiste en une soudure par thermocompression desdits fils de connexion à l'aide d'un appareillage connu des spécialistes sous le vocable américain de "wedge" ou éventuellement multiwedges lorsque ledit appareillage permet le soudage de plusieurs points desdits fils d'une manière sensiblement simultanée. Selon ce procédé, les éléments à raccorder étant portés à une température déterminée, le fil de connexion, délivré par un guide ou tube capillaire est coupé à longueur par un premier outil puis cambré avant d'être pressé et soudé sur des plages de contact appropriées recouvrant au moins partiellement les parties actives des dispositifs et sur les électrodes de sortie, ces opérations de cambrage et de soudage étant effectuées à l'aide d'un second outil différent du premier. Selon le type d'appareillage utilisé, une ou plnsieurs soudures par thermocompreseion peuvent être-réa- lisées simultanément. Après chaque cycle de soudage, c'est-à-dire après chaque raccordement de deux éléments d'un dispositif le fil est de nouveau coupé aux dimensions voulues pour permettre l'éxécution du raccordement suivant. Dans les appareillages actuels, le cambrage du fil est provoqué par la descente de l'outil de thermocompression sur les plages de contact appropriées du dispositif semi-conducteur et des électrodes de sortie, le fil glissant alors sous la face de travail de l'outil. Or, le niveau de ces plages est différent de telle sorte que l'angle de cambrage est plus important en regard des électrodes de sortie. Dans ces conditions, le fil se trouve souvent pressé sur lesdites électrodes de sortie avant que l'opération de cambrage ne soit terminée. Le fil ne pouvant plus glisser sous la face de travail de l'outil, on constate alors une striction dudit fil à la périphérie de cette face de travail, striction qui constitue une amorce de rupture. On~a déjà essayé de remédier à cet inconvénient en modifiant l'inclinaison de la face de travail de l'outil ou de ses faces latérales par rapport au plan des électrodes de sortie mais, malgré cette précaution, il arrive que la pression appliquée sur le fil par ledit outil provoque l'apparition de fissures dans ledit fil, ces fissures entratnant le plus souvent une rupture à plus ou moins brève échéance. Les mêmes problèmes se posent dans le cas de la mise en oeuvre d'un autre procédé de thermocompression connu sous le nom de soudure "tête de clou" ou "soudure par boule" et selon lequel le fil de connexion est amené dans un tube capillaire situé dans l'outil de thermocompression. Selon ce procédé, le soudage du fil est obtenu par écrasement et soudure d'une boule formée à son extrémité et la coupe est effectuée par arrachement après ltopéra- tion de thermocompression, une nouvelle boule étant ensuite reconstituée à l'extrémité dudit fil. Lors de la thermocompression, ce fil est déformé sur une aire importante mais la partie centrale de cette aire ne contient pratiquement plus de métal et la partie périphérique ne subit qu'une simple déformation de telle sorte que le point de soudure se réduit à une plage de faible surface. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients . En effet, la présente invention concerne un outil de thermocompression pour le soudage de fils de connexion dont une extrémité est en liaison avec un disposib tif semi-conducteur et dont l'autre doit entre fixée sur une plage de contact d'un élément solidaire de l'embase portant ledit dispositif, outil comportant un support massif surmonté d'une portion terminale dont une face, dite face de travail, participe au soudage du fil, notamment remarquable en ce que ladite portion terminale comporte sur sa face de travail au moins deux têtes de forme arrondie disposées à des niveaux différents et séparées par une gorge profonde. S'il s'agit d'un appareillage "multiwedges" on peut ainsi constater que, lors de la descente de l'outil sur le fil de connexion, une première tète dudit outil a déjà pratiquement cambré ledit fil lorsque. la pression exercée par la seconde tête assure la thermocompression et pendant cette opération ladite première tête de l'outil limite le redressement du fil selon une orientation et un an gle qui peuvent être déterminés à l'avance. En conséquence, le risque de striction du fil et d'amorce de rupture est pratiquement élimine. Avantageusement, la différence de niveau entre les deux têtes de l'outil est égale au tiers du diamètre du fil de connexion à souder. L'expérience a montré en effet, que sans être impérative, cette proportion doit être observée d'assez près pour obtenir les meilleures résultats quelle que soit la nature du fil a souder. Dans le cas d'une application de l'invention à cet appareillage dit "multivedges", l'outil comporte un support parallélépipédique surmonté d'une portion terminale en forme de tronc de pyramide sur la face de travail de laquelle les deux têtes conformes à l'invention sont constituées de deux portions parallèles de cylindre dont l'axe longitudinal est sensiblement perpendiculaire à la direction du fil de connexion à souder. La présente invention s'applique également au soudage par tête de clou" ou "par boule". Dans ce cas, l'outil comporte un support cylindrique surmonté d'une portion terminale tronconique sur la face de travail de laquelle les deux têtes forment deux anneaux de section sensiblement semi-circulaire concentrique au tube capillaire traversant l'outil et servant de guide au fil de connexion. De préférence, l'anneau situé au plus près du centre de la face de travail de l'outil participe au soudage et à la coupe du fil. Cet anneau central en soudant le fil sur la plage de contact prévue provoque une amorce de rupture dudit fil à ltextérieur du point de soudure, cette amorce de rupture facilitant ensuite la coupe du fil lors de la remontée de l'outil. Par contre, l'anneau périphérique limite le cambrage dudit fil pendant l'opération de souda- ge qui peut ainsi s'effectuer sur uoeplus grande surface. Pour ce type d'application, la différence de niveau entre les deux têtes est encore avantageusement égale au tiers du diamètre du fil de connexion à souder. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente schématiquement et en coupe un outil de thermocompression selon l'invention dans le le cas d'un appareillage dit "multiwedges". La figure 2 représente schématiquement et en coupe un outil de thermocompression selon l'invention dans lecasd'una##i13ageâ#udage "par boule" ou "tête de clou11. Il est à noter que, sur les figures, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées ceci afin de rendre les dessins plus clairs. Conformément à l'invention et selon la figure 1, l'outil de thermocompression 1 est constitué d'un corps para Ilèlépipédi que la prolongé par une portion de tronc de pyramide lb. La face de travail de cette portion lb, comporte deux têtes 2 et 3 de section sensiblement semi-circulaire séparées par une gorge 4. En réalité, les deux têtes 2, 3 de l'outil constituent deux demi-cylindres d'axe longitudinal perpendiculaire à l'orientation du fil de connexion à souder 5. Ces deux têtes sont décalées l'une par rapport à l'autre d'une hauteur d. Lors de l'opération de soudage du fil de connexion 5 sur une plage de connexion 6, la tête 2 de l'outil participe essentiellement audit soudage alors que la tète 3 qui a permis le cambrage du fil pendant la descente de l'outil a pour but également d'empêcher ledit fil de se redresser d'une manière trop marquée. Dans ces conditions, on élimine toute amorce de rupture due à une striction ou à une pliure trop importante du fil. L'angle que forment les deux têtes par rapport au plan de la plage de contact 6 ainsi que leur différence de niveau d déterminent l'angle de redressement du fil 5. pour obtenir de bons résultats, l'expérience montre que la distance d entre les niveaux des sommets des deux têtes 2 et 3 doit être sensiblement égal au tiers du diamètre D du fil de connexion 5. Selon la figure 2, l'outil de thermocompression Il comporte en son centre un tube capillaire 12 d'amenée du fil de connexion 13 sur une plage de contact 16. Conformément à l'invention,la portion terminale, tronconique llb dudit outil, prolongeant la portion cylindrique lla, porte deux têtes 14 et 15 en forme d'anneaux de section semi-circulaire centrés autour du tube capillaire 12 et séparés l'un de l'autre par une gorge 17. La tête 14 qui participe au cambrage du fil 13 se trouve située à la périphérie de la face de travail de la portion terminale de l'outil. La tête 15, qui participe au soudage et à la coupe du fil se trouve située près du centre de telle sorte qu'en accentuant la pression du soudage, elle permet de préparer la rupture dudit fil, la tête 14 empêchant par ailleurs le rebroussement et une cassure à un endroit non choisi. REVENDICATIONS 1. Outil de thermocompression dâ, 11) pour le soudage de fils de connexion (5, 13) dont une extrémité est en liaison avec un dispositif semi-conducteur et dont l'autre doit être fixée sur une plage de contact (6, 16) d'un élément solidaire de l'embase portant ledit disposi- tif, outil comportant un support massif (la, lla) surmonté d'une portion terminale (lb, llb) dont une face, dite face de travail, participe au soudage du fil (5, 13), ca -ractérisé en ce que ladite portion terminale (lb, llb) comporte sur sa face de travail au moins deux tètes (2, 3 14, 15)- de forme arrondie disposées à des niveaux différents et séparées par une gorge profonde (4, 17). 2. Outil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un support parallélépîpédique (ta) surmonté d'une portion terminale (lb) en forme' de tronc de pyramide et en ce que les deux tètes (2,3) portées par sa face de travail sont constituées de deux portions parallèles de cylindre dont l'axe longitudinal est sensiblement perpendiculaire à la direction du fil de connexion (5) à souder. 3. Outil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un support cylindrique (lita) surmonté d'une portion terminale tronconique (lob) sur la face de travail de laquelle les deux têtes (14, 15) forment deux anneaux de section sensiblement semi-circulaire concentriques au tube capillaire (12) traversant l'outil et servant de guide au fil de connexion (13). 4. Outil selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'anneau (15) situé au plus près du centre de la face de travail de l'outil (11) participe au soudage et à la coupe du fil (13). 5. Outil selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la différence de niveau entre les deux têtes (2, 3, 14,. 15) est égale au tiers du diamètre du fil de connexion à souder (5, 13).