Brevet FR2591810A1 — publié le 19870619

DISPOSITIF DE CENTRAGE POUR LA REALISATION DU BROCHAGE D'UN BOITIER MULTIBROCHES L'invention concerne un dispositif de centrage pour la réalisation du brochage d'un boîtier multibroches, bottier destiné à recevoir une plaquette de circuit integra, et dont les broches présentent la forme d'une tige munie d'une tête plate, la tige traversant une partie plane dite support du bottier dans des trous préalablement métallisés et de- passant d'une des faces du support d'une longueur suffisant à assurer la fixation du bottier, et la tête plate prenant appui sur l'autre face du support par l'intermédiaire d'une forme métallique en un alliage propre à assurer par fusion la fixa- tion des broches. L'invention concerne également le procédé de réa- lisation d'un tel bottier au moyen de ce dispositif. Un bottier multibroches de ce type est décrit dans la demande de brevet français FR - 84 19 660. Mais les dispo- sitifs de centrage des broches utilises jusqu'à ce jour, et d'ailleurs non décrits dans le document cité, présentent de nombreux inconvénients. Ces dispositifs de centrage connus de l'homme du métier sont des matrices en graphite, perches de trous cali- brés au diamètre des tiges des broches, et répartis selon la disposition géom6trique prévue pour ces broches. Ces disposi- tifs de centrage sont assujettis chacun à un bottier pendant l'opération de fixation des broches et sont donc soumis en même temps que les bottiers, aux températures élevées néces- saires à cette fixation. En conséquence, la répétition de ces opérations rend ce genre de dispositif de centrage rapidement hors d'usage. Ces dispositifs de centrage connus ne peuvent être utilisés qu'un très petit nombre de fois. Il est éident que cette caractéristique rend le -2- travail de préparation de la fabrication d'une série de bol- tiers fort long, puisqu'il faut préparer auparavant une série d'un grand nombre de matrices, lesquelles doivent être rdali- sées avec précision, et qu'il faut les renouveler fréquem- ment. Cette préparation est donc de ce fait coûteuse en ma- tière première et en heures de travail. L'utilisation de tels dispositifs de centrage des broches explique en partie le coût extrêmement élevé des boî- tiers multibroches à ce jour. Or les bottiers du type multibroches, on entend par là possédant au moins 300 ou 400 broches, sont appelés à prendre dans un proche avenir un grand développement. C'est pourquoi la présente invention propose un dispositif tel que défini dans le préambule, qui permet de pallier ces inconvénients. Selon la présente invention ce dispositif est ca- ractérisé en ce qu'il est constitué de trois parties, la pre- mière partie étant formée d'une première plaque métallique, la seconde partie étant formée d'une seconde plaque métallique servant de calibre de centrage des broches percée de trous disposés selon un motif géométrique conforme au motif choisi pour la disposition des broches sur le bottier et calibrés de manière à assurer à la fois le maintien et le centrage des tiges dans les trous du boîtier, et la troisième partie étant constituée d'un dispositif de serrage pour réaliser le blocage du support du bottier muni de ses broches sur la première pla- que métallique, et en ce que les matériaux choisis pour réa- liser la première plaque présentent un coefficient de dilata- tion proche de celui du support du bottier dans le domaine de température o se fait la fixation des broches, cette première plaque métallique sur laquelle est bloquée le support du boî- tier durant la fixation des broches, étant seule portée à cette température de fixation. Un tel dispositif fournit entre autres, les avantages suivants: Il est unique pour toute une série de bottiers fabriques, c'est-d-dire réutilisable un grand nombre de fois, du fait que la partie qui est réalisée avec précision et qui sert de ca- libre de centrage des broches, n'est pas portée b des tempé- ratures élevées en même temps que le boîtier pendant l'opéra- tion de fixation des broches. Seule une simple plaque métal- lique sans précision accompagne le bottier pendant cette opé- ration. Ce dispositif rend donc la fabrication des boî- tiers beaucoup moins coOteuse. D'autre part, les broches des bottiers réalisés è l'aide de ce dispositif présentent une particulièrement bonne résistance mécanique à l'arrachement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante illustrée par les figures annexées dont: - la figure la qui représente en coupe simplifiée une partie du bottier multibroches avant la mise en place des broches; - la figure lb qui représente, vue en coupe sim- plifiée, une partie d'un bottier multibroches munie de ses broches; - la figure 2a qui représente, en position éloi- gnée du boîtier, le dispositif de centrage selon l'invention; - la figure 2b qui représente, en position de centrage des broches, le dispositif de centrage selon l'inven- tion; - la figure 2c qui représente en position de fixa- tion des broches, le dispositif de centrage selon l'invention. - les figures 3 qui montrent en détail, le dispo- sitif de serrage du bottier sur la premiere plaque du dispo- sitif selon l'invention, la figure 3a Rtant une vue de coté, la figure 3b étant une vue en coupe perpendiculairement à la vue de la figure 3a, et la figure 3c étant une vue du dessus qui montre les positions relatives d'un dispositif de blocage et des deux plaques formant le dispositif de centage. Tel que représenté sur la figure la, en coupe -4- simplifiée, le boîtier multibroches est principalement cons- titué d'un support 120 plan, dont les deux faces portent les références 121 et 122. Ce support est percé de trous 3 desti- nés à recevoir les broches. Chaque trou est métallisé préala- blement à la mise en place des broches, par la métallisation 12 complétée par une métallisation annulaire 11 sur la face 121 et 12 sur la face 122. Par le moyen des métallisations annulaires 11, les métallisations des trous, et donc ultérieu- rement les broches, sont connectées à un circuit 110 éventuel- lement multicouches. La zone 31 est destinée à recevoir la plaquette de circuit intégré. La figure lb représente, en coupe simplifiée, une partie du bottier, muni de ses broches, tel qu'obtenu au moyen du procédé de réalisation mettant en oeuvre le dispositif de centrage selon l'invention. Ce bottier terminé comporte une plaquette de cir- cuit intégré 130 dont les plots de sortie sont reliés au cir- cuit 110 par exemple par des fils souples 6, et qui est pro- tëgée par exemple par le capot 141. Ce bottier comporte en outre des broches 5 formées d'une tige 2 et d'une tête plate i. Ces broches sont rendues inarrachables du fait que la tête plate 1 des broches prend appui sur la face 122 du support 120, et du fait que les bro- ches sont fixées par un composé métallique emplissant l'inter- valle 23 entre les broches et les parois des trous métalli- sées, jusqu'à former les congés 21 et 22. Il est donc indispensable de maintenir par un dis- positif de centrage les broches du bottier, lors de leur fixa- tion dans les trous, afin d'obtenir une bonne répartition du composé métallique de fixation dans l'intervalle 23. Pour un bottier dont le support 120 est en céra- mique, le dispositif de centrage connu à ce jour de l'homme du métier est formé généralement d'une plaque en graphite percée de trous calibrés. Le graphite possède la propriété d'être facilement usinable et d'un prix modéré. Mais ce matériau -5- un coefficient de dilatation qui n'est pas des mieux adaptés à celui de la céramique dans le domaine des températures o se fait la fixation des broches. Or, il est porté à la tempéra- ture élevée du composé métallique servant à la fixation des broches, en même temps que le boîtier. Dans ces conditions il est rendu rapidement inutilisable par dégradation thermique et mécanique: il s'effrite après un très petit nombre d'utili- sation. La présente invention propose au contraire un dis- positif de centrage rdutilisable un grand nombre de fois, et qui peut donc être employé à la fabrication d'un grand nombre de boîtiers. Tel que représenté sur la figure 2a, en position éloignée du bottier, ce dispositif de centrage comprend trois parties. La première partie est formée d'une première plaque métallique 100. La seconde partie est formée d'une seconde plaque métallique 101 servant de calibre de centrage des broches, percée de trous 103 disposes selon un motif géomé- trique conforme au motif choisi pour la disposition des bro- ches sur le boîtier. Ces trous 103 sont calibres de manière à assurer à la fois le maintien et le centrage des tiges 2 dans les trous 3 du boîtier. La troisième partie est destinée à réaliser le blocage du boîtier 120 sur la première plaque métallique 100, une fois que le centrage des broches a été ef- fectué au moyen du calibre 101. Ce dispositif de blocage est représenté en détail sur les figures 3a et 3b. Il comprend d'une part au moins deux lamelles 51 d'épaisseur inférieure à la distance entre deux broches. Ces lamelles sont solidaires d'un dosseret 52 qui maintient leur écartement. Cet écartement doit correspondre à un intervalle entre un certain nombre de broches. Les lamelles 51 sont montées sur le dosseret 52, parallèles entre elles et perpendiculaires au dosseret. Elle peuvent glisser dans les rainures 61 d'une borne fixe 60 (figure 3a). Le dispositif de blocage comprend en outre, -6- solidaire de la première plaque métallique 100, un étrier 53 fixé par les pattes 48, réalisé dans un matériau qui est è la fois réfractaire aux températures de fixation des broches et capable de posséder à ces températures des propriétés élasti- ques aptes à ce que la partie supérieure 54 de cet étrier constitue, à ces mêmes températures, un ressort. Ce matériau peut être par exemple du bronze-béryllium. Dans la partie su- périeure 54 de cet étrier, tourne une vis 55 qui entraîne une plaquette 56 (figure 3b) parallèle à la partie supérieure 54 de l'étrier. L'étrier et la plaquette 56 forme un système con- nu sous le nom de "pince de Mohr". Le matériau destiné à réa- liser les lamelles 51, le dosseret 52 et la plaquette 56 est choisi parmi des matériaux quelconques dont la seule pro- priété est d'être réfractaire aux températures de fixation des broches. La position de la plaquette 56 et les dimensions de l'étrier 53 sont telles que les lamelles 51 peuvent être faci- lement glissées sous la plaquette 56 perpendiculairement au plan de la première plaque 100 sur laquelle est fixé l'étrier. Au moins deux, de ces dispositif de blocage, se- ront nécessaires pour bloquer le support 120 sur la première plaque 100, durant l'opération de fixation des broches. A cet effet, ces deux dispositifs de blocage seront disposés sur deux côtés parallèles opposés du support 120. Si le support 120 du bottier multibroches est en céramique le matériau métallique dont est fait la première plaque 100 du dispositif de centrage, doit présenter un coef- ficient de dilatation compatible avec la céramique dans le do- maine de température o est porté le support pour assurer la fusion du composé métallique de fixation dans l'intervalle 23 entre les broches et les parois des trous métallisés du sup- port 120. En effet c'est cette seule plaque 100 qui sera por- tée aux températures de fixation des broches en même temps que le bottier 120. Dans le cas d'un support 120 en céramique il peut être choisi de façon avantageuse de réaliser la métallisation -7- des trous è l'aide d'un composé conducteur au cuivre sêrigra- phiable sous atmosphère non oxydante comme par exemple le com- posé connu de la demande de brevet français FR-75 09 288 ou bien FR-78 25 860. Ces composés admettent une température de cuisson sous azote comprise entre 850 C et 950 C et une trbs bonne conductivité électrique de l'ordre de 1,5 miliiohms par carré pour des couches d'épaisseur 20/um (20 microns). L'encre sdrigraphiable destinée à la métallisation des trous 3 est diffusée dans le trou par exemple par aspira- tion de manière à enduire les parois du trou, puis elle subit une cuisson. Des couronnes Il et 12 sont réalisées au cours de la même opération, autour des trous 3, sur chacune des faces 121 et 122 du substrat 120, respectivement. Cette technique est décrite par exemple dans la demande de brevet français FR - 85 05 262. D'autre part, pour cette application, un métal avanta- geux pour former les broches est par exemple le fer-nickel- cobalt. Enfin l'étude des coefficients de-dilatation de la céramique dans le domaine des températures comprises entre 750 et 850C montre que les matériaux tels que le molybdène, le Dilver P (marque déposée) ou le VACON 70 (marque déposde) présentent des coefficients de dilatation parfaitement adaptés h celui de la céramique dans ce domaine de températures. Ces matériaux seront donc parfaitement appropriés à constituer la première plaque 100 du dispositif de centrage selon l'invention. Il pourra alors être choisi, pour r6aliser la fi- xation des broches et emplir l'intervalle 23, par exemple un alliage d'argent (= 71 %), cuivre ( 28 %), nickel ( 1 % en poids) qui présente un intervalle de temperature entre solidus et liquidus compris entre 780 C et 795'C permettant un cycle de fusion peu critique. A cet effet une préforme annulaire 14 de ce Z591810 -8- composé ternaire (ou tout autre composé choisi pour la fixa- tion des broches) peut être faite, et disposée sur la face 122 du support 120 entre la tête plate 1 de la broche à fixer et la métallisation annulaire 12. Les broches 5 et les préformes annulaire 14 étant mises en place, la plaque 101 est enfilée sur les tiges 2 tan- dis que la plaque 100 maintient les têtes plates 1 appliquées contre les préformes 14 et la surface 122 du support 120. Le dispositif de centrage est alors bloqué dans cette position par les dispositifs de serrage de la façon sui- vante illustrée par les figures 3a, 3b et 3c. Pour chacun des au moins deux dispositifs de blo- cage, les lamelle 51 sont d'abrod glissées, perpendiculaire- ment au plan de la première plaque 100, dans les fentes de guidage 61, de la borne 60 fixée à la plaque 100 (Figure 3a). Puis, les lamelles 51 sont ensuite glissées, per- pendiculairement au plan de la première plaque 100, sous la plaquette 56 de la pince de Mohr, la vis 55 ayant été déblo- quée pour permettre leur passage (Figure 3b). Les lamelles 51 sont enfin glissées entre deux broches dans des fentes 12 prévues dans la seconde plaque 101. Ces fentes présentent d'une part une ouverture suffisant à laisser pénétrer les lamelles 51 et d'autre part sont dis- tantes entre elles de la même distance que la distance de fi- xation des lamelles sur les dosserets 52 (Figure 3c). La vis 55 est alors serrée. La plaque 100 bloque donc les broches, en appuyant sur leur tête plate 1, exacte- ment dans la position o elles ont été centrées par la seconde plaque 101 dite de calibrage (Figure 2b). Ladite plaque 101 peut alors être retirée. Et seul l'ensemble formé par la plaque 100, le support 120 muni des broches et des préformes 14, bloqués ensemble par le disposi- tif de serrage réfractaire, est porté à la température de fu- sion de l'alliage de fixation qui compose les préformes 14 (Figure 2c). ZSr G'^ 259 lu lu -9- Pour obtenir une bonne répartition du composé de fixation des broches, dans les intervalles 23, l'ensemble for- mé du dispositif de centrage-support de boîtier doit être tel que la plaque 100, les préformes 14 et les têtes plates 1 sont dans une position inférieure par rapport aux intervalles 23, au support 120 et aux tiges 2. En effet, lorsque le composé de fixation des bro- ches est porté à sa température de fusion, les préformes 14 fondent et le composé de fixation "monte" dans les intervalles 23, par capillarité. Le procédé mettant en oeuvre le dispositif de cen- trage selon l'invention comprend donc les étapes de: a) enfilage des broches 5 dans les trous mé- tallisés 3 du support 120, la tête plate 1 des broches s'ap- puyant sur la surface 122 de ce support munie des métallisa- tions annulaires 12 et des préformes annulaires 14 du composé de fixation; b) maintien des têtes plates 1 à l'aide de la plaque 100 du dispositif; c) enfilage des tiges 2 dans les trous 103 de la plaque 101 du dispositif afin d'assurer leur centrage; d) fixation du bottier 120 centré sur la pla- que 100 au moyen du dispositif de serrage; e) enlèvement de la plaque 101 qui est mise de côté; f) passage de l'ensemble boîtier-plaque 100 bloqué, h la température propre à assurer la fusion des pré- formes 14; - g) refroidissement, démontage et récupération de la plaque 100 pour une utilisation ultérieure. Dans le dispositif de centrage selon l'invention, il est clair que seule la plaque 101 est fragile du fait qu'elle est réalisée avec la précision nécessaire au centrage des broches. Or cette plaque fera un long usage car elle est utilisée exclusivement pour la mise en place et le centrage - 10des broches, et n'est jamais portée aux températures de fusion de l'alliage de fixation. Elle n'a donc aucune occasion d'être détériorée. Par contre la plaque 101 qui subit les montées en températures est peu fragile. Elle ne sera donc pas non plus facilement détériorée et fera également un long usage. Les bottiers réalisés conformément à l'invention sont donc d'un coût réduit puisque le dispositif de centrage est récupérable et que le procédé de brochage est simplifié. D'autre part ces bottiers sont d'une grande solidité puisque les broches sont inarrachables. REVENDICATIONS: 1. Dispositif de centrage pour-la réalisation du bro- chage d'un boîtier multibroches, boîtier destine à recevoir une plaquette de circuit intégré, et dont les broches pr6sen- tent la forme d'une tige munie d'une tête plate, la tige tra- versant une partie plane dite support du boîtier dans des trous préalablement m6tallisds et dépassant d'une des faces du support d'une longueur suffisant à assurer la fixation du boî- tier, et la tête plate prenant appui sur l'autre face du sup- port par l'intermédiaire d'une préforme métallique en un al- liage propre à assurer par fusion la fixation des broches, ce dispositif de centrage étant caractérisé en ce qu'il est cons- titud de trois parties, la première partie étant formée d'une première plaque métallique, la seconde partie étant formée d'une seconde plaque métallique servant de calibre de centrage des broches percée de trous disposés selon un motif géomê- trique conforme au motif choisi pour la disposition des bro- ches sur le bottier et calibres de manière à assurer à la fois le maintien et le centrage des tiges dans les trous du bol- tier, et la troisième partie dtant constitute d'un dispositif de serrage pour réaliser le blocage du support du bottier muni de ses broches sur la première plaque métallique, et en ce que les matériaux choisis pour réaliser la première plaque prOsen- tent un coefficient de dilatation proche de celui du support du bottier dans le domaine de tempérsture o se Fait la fixa- tion des broches, cette première plaque métallique sur la- quelle est bloquée le support du bottier durant la fixation des broches, étant seule portée ê cette température de fixa- tion. 2. Dispositif de centrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de serrage pour réaliser le blocage du support du boîtier sur la première plaque métal- lique est constitue: a) d'au moins deux lamelles parallèles d'épaisseur inférieure à la distance entre deux broches, -12- solidaires d'un dosseret maintenant leur écartement à un in- tervalle correspondant à la distance entre plusieurs broches et pouvant glisser, perpendiculairement à la première plaque métallique, dans des rainures pratiquées dans une borne fixe assujettie à cette première plaque métallique; b) d'un étrier solidaire de cette première plaque métallique, placé entre la borne fixe et la plage de la première plaque occupée par le support de bottier, et réalisé dans un matériau réfractaire possédant des propriétés élasti- ques à la température de fixation des broches; c) d'une vis, tournant dans la partie supé- rieure de l'étrier, qui entraîne une plaquette parallèle à la partie supérieure de l'étrier; la position de la plaquette et les dimensions de l'étrier étant telles que l'extrémité des lamelles peut glisser sous la plaquette pour pouvoir être amenée en position au-dessus du support de bottier entre des broches, grâce à des fentes dont la distance est la même que celle des lamelles et qui sont pratiquées dans la seconde plaque, et caractérisé en ce que le blocage est obtenu par serrage de la vis. 3. Dispositif de centrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étrier du dispositif de serrage est en bronze-béryllium. 4. Dispositif de centrage selon les revendications i à 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux disposi- tifs de serrage placés de part et d'autre du support de bol- tier sur des côtés parallèles. 5. Dispositif de centrage selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est prévu pour réaliser le brochage d'un bottier présentant un support en céramique, en ce que les matériaux destines à réaliser la première plaque sont choisis parmi le molybdène, le DIVER P (marque déposée) ou le VACON 70 (marque déposée), la fixation des broches étant faite à l'aide d'un composé métallique dont la température de fusion est de l'ordre de 800 C. a5 I1 O -13- 6. Procédé de réalisation mettant en oeuvre un dispo- sitif de centrage conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: a) enfilage des broches dans les trous métal- lisés du support, la tête plate des broches s'appuyant sur la surface dite inférieure de ce support munie de métallisations annulaires et de préformes annulaires du composé métallique.de fixation; b) maintien des têtes plates à l'aide de la première plaque du dispositif; c) enfilage des tiges dans les trous de la se- conde plaque du dispositif afin d'assurer leur centrage; d) fixation du bottier centré sur la première plaque au moyen des dispositifs de serrage; e) enlèvement de la seconde plaque qui est mise de côté; f) passage de l'ensemble boîtier-première pla- que bloqué, à la température propre à assurer la fusion de la préforme métallique de fixation; g) refroidissement, démontage et récupération de la première plaque pour une utilisation ultérieure. 7. Proc&dé de réalisation selon la revendication 6 dans la mesure o cette dernière dépend de la revendication 5, caractérisé en ce que les broches sont formées en un alliage fer-nickel-cobalt, et en ce que les préformes annulaires for- mant le composé métallique de fixation sont en un alliage ter- naire d'argent-cuivre-nickel dans les proportions en poids d'environ 71 %, 28 X et 1 % respectivement, dont la tempéra- ture de fusion est de l'ordre de 800 C.