Brevet FR2570220A1 — publié le 19860314

Procédé et disoositif d'étamage de Plages soudables sur des composants électroniques L'invention concerne l'étamage de plages soudables de composants électroniques et elle trouve une application particulièrement importante dans l'étamage des microcomposants dénommés "porte-puce", "chipcarrier" ou encore "C.C.", démunis de pattes de fixation, de faible encombrement. munis. sur leur face inférieure, de contacts soudables. Divers procédés sont utilisés å l'heure actuelle pour recouvrir des plages soudables d'une pate d'étainplomb et des dispositifs variés permettent de les mettre en oeuvre. On peut déposer directement une goutte d'étain-plomb sur chaque plage (FR-A-2 324 404), puis refondre la soudure. Cette solution présente un grave inconvénient lorsqu'elle est appliquée à des composants, tels que les C.C., dont les plages de sortie métallisées sont recouvertes d'une mince couche d'or de protection. En effet, l'or forme avec 1 étain-plomb, par diffusion, un composé intermétallique qui nuit a la qualité des soudures ultérieures. Pour écarter ce défaut, on utilise déjà un procedé d'étamage au trempé, consistant à tremper le composant pendant quelques secondes dans un premier bain d'eutectique étain-plomb qui dissout l'or, puis dans un second bain pour étamer les plages métalliques dédorées. Mais le dédorage n est pas complet. Au surplus, les depôts d'étain-plomb ont, comme dans le cas du premier procédé, une forme bombée qui gêne l'obtention ultérieure d'une soudure satisfaisante. L'invention vise à fournir un procédé et un dispositif pour étamer des plages soudables, antérieurement dorées, de composants électroniques, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils permettent d'obtenir une couche d'étain-plomb plane et exempte d'or. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé d étamage de plage dorée de composant électronique, suivant lequel on trempe le composant dans un bain d'étain-plomb de dissolution de l'or, puis on étame les plages, caractérisé en ce qu'on centrifuge le composant à sa sortie du bain de dissolution pour éjecter l étain-plomb chargé en or retenu par les plages. A l'issue de ces opérations, les plages ne portent plus qu'une couche d'étain-plomb très mince et plane, de quelques microns d'épaisseur, juste suffisante pour assurer une protection de courte durée avant étamage. Le bain d'eutectique étain-plomb, qui sera généralement utilisé à une température largement supérieure à son point de fusion (à 250-C environ par exemple), ne doit pas contenir plus de 0,2X d'or environ de façon à éviter la pollution au cours de 1 étamage ultérieur. La vitesse de centrifugation est choisie en fonction des dimensions du composant, de façon à soumettre les plages soudables, situées à la périphérie du composant, à une accélération d'au moins 1000 g.Dans la pratique, cela conduira à adopter, pour les C.C., une vitesse de centrifugation comprise entre 4000 et 18 000 t/mn, généralement entre 5000 et 16 000 tours par minute. L'étamage sera en général réalisé par trempé dans un bain d'eutectique étain-plomb, puis rotation à une vitesse plus faible que dans le cas précédent. Au cours de l'étamage, le composant est avantageusement maintenu horizontal, en rotation à vitesse lente dans son plan autour de son axe de symétrie en même temps qu'il est déplacé horizontalement. La vitesse de rotation sera généralement comprise entre 15 et 20 t/mn dans le cas d'un C.C. On évite ainsi la formation de "ponts" d'étain-plomb entre plages adjacentes. Le dédorage et l'étamage par le procédé cidessus défini peuvent être effectués à l'aide du même dispositif, comportant une broche verticale munie d'un moteur d'entrainement en rotation à vitesse réglable et d'une tête inférieure de retenue d'un composant à la fois, ainsi que de moyens permettant de déplacer ladite broche verticalement pour plonger le composant dans un bain d'étain-plomb et l'en sortir, et horizontalement, pouf maintenir le composant en translation dans l'étainplomb et l'amener, à partir d'un poste de chargement, aux postes successifs de traitement avant stockage. Dans une variante de réalisation de l'invention, l'étamage s'effectue par dépôt d'une pâte d'eutectique d'étain-plomb par un procédé qui peut être connu. On peut également utiliser un procédé offset, Mais dans tous ces cas on effectue une refusion puis une centrifugation du composant. La refusion et la centrifugation peuvent etre effectuées dans une enceinte contenant du fréon en phase vapeur, à une température supérieure au point de fusion de l'eutectique etain-plomb. Le dispositif suivant l'invention peut être prévu pour être commandé manuellement. Mais la simpli- cité des opérations rend également- aisée une commande automatique depuis la prise en charge du composant sur un poste de chargement jusqu'au placement sur un substrat, en mettant en oeuvre un automate progr-ammable ou un microprocesseur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'essecu- tion donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels la Figure 1 est un schéma montrant la constitution générale d'une machine utilisable aussi bien poUr le dédorage que pour l'étamage de C.C., par un procédé conforme à l'invention - la Figure 2 est une vue en élévation et en coupe partielle, dans la direction des flèches Il-Il de la Figure 1 - la Figure 3 est une vue de dessous de la broche, montrant une constitution des moyens de retenue formant une variante de celle de la Figure 2 - la Figure 4 montre la partie basse de la broche de la machine de la Figure 1 munie d'une palette de nettoyage, en vue de l'opération d'étamage. La machine montrée à titre d'exemple de réalisation en Figure 1 est a commande manuelle et peut être utilisée pour effectuer successivement le dédorage de C.C. et l'étamage. Elle comporte un banc 10 portant deux arbres horizontaux parallèles 12 de circulation d'un ensemble 14 de manipulation de C.C. Les arbres 12 permettent à l'ensemble 14 de se déplacer suivant un trajet qui le fait passer successivement au-dessus de plusieurs postes de travail.Lorsque la machine est utilisée pour le dédorage, ces postes comportent - un poste de chargement 16, destiné à recevoir une réglette 18 sur laquelle sont alignés les C.C. à traiter, - - un poste de nettoyage 20, permettant de porter à hauteur réglable un bain de nettoyage 22, - un poste d'essorage et de séchage -24, destiné à recevoir un bac 26 de réception du solvant égoutté, - un poste de dépôt de flux 28, destiné à recevoir un récipient 30 contenant un flux, de nature classique, de nettoyage au trempe, - un poste 32 de traitement qui, dans le cas d'une machine de dédorage. porte un récipient 34 occupé par un bain d'eutectique étain-plomb ; le poste 32 est muni de moyens. non représentés, permettant de maintenir le bain d étain-plomb à une température determinee, par exemple à l'aide de résistances électriques, - un poste 36 de nettoyage après dédorage et un poste 38 d'essorage, pouvant avoir la même constitution que les postes 20 et 24, - et un poste de stockage 40, pouvant avoir une constitution similaire à celle du poste 16. L'ensemble de la machine peut être placé dans une enceinte à fuites réduites, où est maintenue une atmosphère d'azote pour retarder l'oxydation. L'ensemble 14 (Figures 1 et 2) comporte des moyens permettant de déplacer la broche le lon#g des arbres 12, de la déplacer verticalement, et de lui donner un mouvement de rotation à vitesse prédéterminée. L'ensemble 14 peut être regardé comme comportant un bloc support 44 muni de douilles à bille 46 de circulation sur les arbres 12 et une table 48 déplaçable verticalement par un moteur électrique 50. Un bloc 52 en plusieurs pièces assemblées est fixé par des vis 54 à la table. Ce bloc porte un moteur 56 d'entrainement de la broche 42. Cette dernière tourne dans des roulements 58 montés de façon classique. A la broche 42 est fixé un disque 60 muni de marques de codage. Un capteur optique non représenté est placé de façon à voir défiler les marques du disque 60 et donc à fournir une information de vitesse et de position angulaire d'arrêt de broche. La broche doit être prévue pour permettre de saisir un C.C. à la fois et de le déposer à volonté. Divers modes de saisie peuvent être envisagés. La broche montrée en Figure 2 est prévue pour retenir les C.C. par aspiration. Pour cela, la broche est percée d'un alésage central qui s'ouvre latéralement par des fenêtres 62 dans une chambre 64 communiquant avec un flexible 65 de raccordement à une pompe permettant de créer une dépression modérée. La partie terminale de la broche 42 porte un écrou 66 destiné à se visser sur une bague délimitant un logement aux dimensions du C.C. à traiter. Le support 52 est encore muni d'une tige de détection de niveau 68 reliée à un circuit de mesure non représenté et d'une lame de nettoyage 70 placée à l'avant du support dans le sens d'avancée (Figure 1). Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. Les bains de nettoyage, de dépôt de flux et de dédorage sont mis en place sur le banc 10. L'ensemble mobile 14, broche 42 relevée, est amené audessus du poste de chargement 16. La broche est descendue pour venir immédiatement au-dessus d un C.C., puis le vide est fait dans la chambre 64. Le C.C. 72 (en traits mixtes sur la Figure 2) vient se plaquer contre la tranche terminale de la broche ou contre une plaque adaptatrice qui y est fixée. La broche est alors relevée et l'ensemble 14 déplacé le long des arbres 12. Le C.C. est successivement plongé dans le bain de nettoyage 22, essoré et séché au-dessus du bac 26, éventuellement c hauffé, puis plongé dans le flux contenu dans le récipient 30. Immédiatement après, le C.C. est soulevé puis plongé dans le bain d'étain-plomb au poste 32. Une durée d'immersion de 3 secondes est généralement suffisante pour dissoudre la mince couche d'or qui protège le nickel des contacts du C.C. La broche est relevée pour amener le C.C. juste au-dessus du niveau du bain et le moteur 56 est mis en route jusqu'à atteindre une vitesse de rotation comprise entre 5000 et 16 000 t/mn. Une durée de centrifugation de quelques secondes à cette vitesse suffit pour chasser l'étain-plomb chargé en or retenu par capillarité sur la face inférieure du C.C.La broche est arrêtée. Pour accélérer cet arrêt, on peut utiliser un moteur à courant continu 56 pouvant fonctionner en moteur-frein. La broche est soulevée de nouveau pour la dégager du poste de dédorage et déplacée horizontalement et verticalement pour nettoyer et essorer le C.C. avant de la déposer au poste de stockage 40. Les contacts ne portent alors qu'une couche extrême- ment mince d'étain-plomb dont la teneur en or est par ailleurs très faible, le bain étant renouvelé des que sa teneur en or dépasse 0,27. en poids. L'étamage doit en conséquence être effectué aussi rapidement que possible, sauf si les C.C. ainsi dédorés sont conservés à l'abri de l'air. par exemple en atmosphère d'azote. L'étamage peut être effectué par recharge à l'aide d'un dispositif identique à celui de la Figure 1, si ce n'est que la broche est alors munie d'une bague 74 équipée de palettes de nettoyage 76, bague fixée à l'aide de l'écrou 66. Les opérations d'étamage sont effectuées comme celles de dédorage. Toutefois, au cours de l'étamage proprement dit, dans le bain placé au poste 32, le C.C. est maintenu en rotation lente. à une vitesse habituellement comprise entre 15 et 20 t/mn, en même temps qu'il est avancé dans le bain à une vitesse généralement comprise entre 0 et 2 cm/s. La palette 70 placée en avant du C.C. 72. à une profondeur plus importante, chasse l'oxyde tandis que les palettes 76 renouvellent l'étain-plomb. La rotation lente permet d'éviter toute formation de ponts entre plages adjacentes. Le C.C. est ensuite soulevé, pendant qu'il tourne, au-dessus du niveau du bain. On obtient ainsi, après refroidissement, des plages étamées permettant les opérations de soudage ultérieures. La rotation réduit évidemment l'épaisseur d'étain-plomb et, en conséquence, les C.C. devront être soit reportés immédiatement par soudage sur leur substrat, soit conservés en atmosphère inerte. Dans la variante de réalisation montrée en Figure 3, la broche 42 présente un simple renflement inférieur muni de doigts 78 de centrage du C.C. 72 maintenu par aspiration. Cette solution, plus simple que celle de la Figure 2. a évidemment l'inconvénient de ne s'adapter qu'à une seule dimension de C.C., alors que dans le cas de la Figure 1, il suffit de modifier une bague de retenue pour réaliser l'adaptation. REVENDICATIONS 1. Procédé d'étamage de plage dorée soudable de composant électronique, suivant lequel on trempe le composant dans un bain d'étain-plomb de dissolution de l'or, puis on étame les plages, caractérisé en ce qu'on centrifuge le composant à sa sortie du bain de dissolution pour éjecter l'étain-plomb chargé en or retenu par les plages. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on maintient la teneur en or du bain à une valeur ne dépassant pas 0,2X d'or au cours de la dissolution. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 d-eta- mage de C.C., caractérisé en ce qu'on effectue la centrifugation à une vitesse comprise entre 3000 et 18 000 t/mn, avantageusement entre 5000 et 16 000 t/mn. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on effectue l'étamage par trempe dans un bain d'eutectique étain-plomb puis centrifugation. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au cours de l'étamage on maintient le composant en rotation à vitesse lente autour de son axe de symétrie en même temps qu'on le déplace horizontalement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce -que la vitesse de rotation est comprise entre 15 et 20 t/mn, 7. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on effectue l'étamage par dépôt d'une pâte d'eutectique étain-plomb, refusion puis centrifugation. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on effectue la refusion et la centrifugation dans une enceinte contenant du fréon en phase vapeur à une température supérieure au point de fusion de l'eutectlique étain-plomb. 9. Dispositif d'étamage de plage dorée soudable de composant électronique, permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une broche verticale (42) munie d'un moteur (56) d'entrainement en rotation à vitesse réglable et d'une tête inférieure (66) de retenue d'un composant à la fois, ainsi que de moyens (50) permettant de déplacer la broche tri2) verticalement pour plonger le composant dans un bain d'étain-plomb et l'en sortir et horizontalement pour amener le composant à des postes successifs de traitement avant stockage. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la broche est munie de moyens de retenue de composants (72) par aspiration.