Brevet FR2638050A1 — publié le 19900420

DISPOSITIF DE REPORT DE COMPOSANT SUR UN CIRCUIT HYBRIDE. La présente invention concerne un dispositif de report de composants sur un substrat de circuit hybride en matériau céramique Les composants qui peuvent être rapportés sur un circuit hybride sont de natures variées puces nues ou encapsulées de semiconducteurs, composants passifs, radiateurs ou boîtiers, mais tous sont lies par une caractéristique commune: ils sont fixés par brasure. L'objet de l'invention réside en une résistance, enterrée dans le substrat céramique, qui permet dans un premier temps une fusion localisée de la préforme de brasure et, le cas échéant, de faire fondre la brasure pour échanger le composant, dans un deuxième temps. Les circuits hybrides sont de plus en plus complexes, de plus en plus intégrés. Cette augmentation de l'intégration impose une densité de composants de surface sans cesse croissante, liée souvent à une réduction de la taille des circuits hybrides. Sur ces circuit hybrides, savoir changer ou réparer un ou plusieurs composants devient impératif, pouvoir le faire sans influer sur la fiabilité du produit est primordial. De plus, l'augmentation du nombre de composants avec une diminuation de la surface du substrat impose de nouvelles contraintes en terme de dissipation thermique. Il devient impératif d'avoir des puissances dissipables de plus en plus grandes. L'invention offre des solutions à toutes ces contraintes en permettant un chauffage localisé sous un composant déterminé. Ce chauffage localisé permet de monter, démonter, déplacer des composants sans imposer plusieurs cycles de chauffage total du substrat. Ce resultat est obtenu en Insérant, sous au moins un composant de surface du circuit hybride, une résistance chauffante qui est entérrée sous une couche superficielle céramique du substrat céramique. Cette resistance préférablement sérigraphiée, est alimentée en courant par deux pistes conductrices, en surface du circuit hybride, qui communiquent avec la résistance par au moins deux trous métallisés, à travers la couche superficielle céramique. De façon plus précise, l'invention consiste en un dispositif de report de composant sur un circuit hybride comportant au moins un composant de surface, fixé par une brasure sur un substrat multicouches céramique formé d'un support mécanique et d'au moins une couche superficielle, cofrittée avec le support . mécanique, ce dispositif étant caractérisé en ce que, sous au moins un composant de surface, il comporte une résistance chauffante, en couche épaisse, située dans le substrat multicouches sous la couche superficielle, cette résistance chauffante ayant une puissance suffisante pour amener la brasure de fixation du composant à sa température de fusion. L'invention sera mieux comprise grâce à la description plus détaillée qui suit maintenant d'un exemple de réalisation, en conjonction avec les figures jointes en annexe qui représentent : - fig 1 : vue en coupe d'un dispositif de fusion localisée selon l'invention, - fig 2 vue de trois-quart dans l'espace, avec arraché partiel, d'un circuit hybride comportant un dispositif de fusion localisée selon l'invention, - fig 3 : vue partielle de trois-quart dans l'espace d'un circuit hybride sur lequel. est rapporté un boitier, selon l'invention. - fig 4 : vue partielle de trois-quart dans l'espace d'un circuit hybride sur lequel est rapporté un composant, selon l'invention. L'invention s'applique de préférence aux circuits hybrides comportant un grand nombre de composants rapportés en surface, et elle facilite le montage progressif de composants qui ne sont pas tous obligatoirement fixés avec une brasure ou eutectique unique. Elle facilite également le démontage éventuel de l'un de ses composants, par exemple pour le remplacer, sans nécessiter le chauffage de tout le circuit hybride. Cependant, afin de rendre la description et les figures plus claires, l'invention sera expliquée en s'appuyant sur le cas où au moins un composant en surface est muni du dispositif de fusion localisée. La figure 1 en donne une vue en coupe. Ce circuit hybride est réalisé sur un substrat qui comporte au moins deux feuilles de-céramique: une feuille 1 qui constitue le support mécanique, sur laquelle est cofrittée une feuille superficielle 2. Cependant, l'invention concerne également le cas très courant pour les circuits hybrides å haute densité, dans lequel le substrat est multicouches cofrittées. Quelques couches sont esquissées sur la figure 1, et les réseaux d'interconnexions dans ce substrat multicouches n'y sont pas représentés parce qu'ils sortent du domaine de l'invention. Sur ce substrat est fixé au moins un composant 3 c'est un composant actif, ou passif, ou un boitier, ou un radiateur, par exemple. Ce composant 3 est fixé par une couche de brasure 4, obtenue à partir soit d'une préforme de brasure, soit d'une couche de pâte à braser sérigraphiée. Selon l'art connu, la fusion de cette préforme de brasure, pour fixer le composant 3, ou sa refusion, pour remplacer le composant par exemple, sont obtenues par un chauffage global de l'ensemble de substrat de circuit hybride et de tous les composants. Ce qui signifie que des composants autres que le composant 3 considéré -peuvent se déplacer pendant que leur brasure est liquide, ceci même si on utilise une gamme d'eutectiques ayant des températures de fusion échelonnées, Selon l'invention, la zône chauffée pour obtenir la fusion ou la refusion de la brasure 4 est localisée à la seule région du composant 3 considéré. Ceci est obtenu en disposant, sous le composant 3, une résistance 5, sérigraphiée sur le substrat céramique 1, ou plus exactement sur la deuxième couche, à partir de la face supérieure d'un substrat multicouches.La couche céramique superficielle 2 sert donc entre autres choses - d'isolant électrique pour la resistance 5, et évite que celle-ci ne soit court-circuitée par contact avec la couche de brasure 4. Cette résistance chauffante 5 est formée par dépôt d'une couche d'oxyde de ruthénium, sous forme de pâte à sérigraphier, sur 12 à 25 microns d'épaisseur. Elle est de dimensions latérales voisines de celles du composant 3 auquel elle est associée et reçoit, sur deux bords opposés, des métallisations de prises de contacts G et 7. L'accès à cette résistance enterrée 5 est obtenu par au moins deux trous 8 et 9 dans la couche céramique superficielle 2 ~ ces trous sont au moins métallisés, mais de préférence bouchés par une matière métallique. Les trous métallisés 8 et 9 sont en contact électrique d'une part avec les métallisations 6 et 7 de prises de contacts sur la résistance 5, et d'autre part avec deux pistes métalliques 10 et 11, en surface du circuit hybride. Ces pistes 10 et 11 sont calculées pour qu'il soit possible d'y faire passer la puissance nécessaire, absorbée par la résistance 5. Les pistes métalliques 10 et 11 comportent chacune au moins une plage de dimensions suffisantes pour qu'il soit possibles d'y appliquer par exemple des pointes de touche par lesquelles arrive le courant de chauffage. La valeur de la résistance 5, son dessin, l'épaisseur de la couche résistive et la nature de la pâte résistive, peuvent être combinées avec la tension appliquée pour contrôler la température obtenue, en tous cas suffisante pour obtenir une fusion ou refuison localisée de la brasure 3. La figure 2 complète la figure 1 en en donnant une vue spatiale, partiellement arrachée pour permettre d'en mieux voir la structure interne. La figure 3 montre l'application du dispositif de l'invention ê la fixation d'un boitier de protection 12. Une partie de la figure est coupée, pour montrer le substrat multicouches. Dans le cas représenté, il s'agit d'un boîtier à cadre métallique, qui abrite par exemple plusieurs puces nues de circuits intégrés. Les plages sur les pistes métalliques 10 et il peuvent alors être à l'intérieur du cadre 12, fixé avant le couvercle de fermeture. Mais si le botier de protection est par exemple un chip-carrier, indémontable, les dites plages doivent se trouver en dehors du périmètre du composant ou bottier. C'est ce qui est représente en figure 4, sur laquelle le composant 3 est par exemple un chlp-carrier, contenant une puce de VLSI : s'il y a quelque doute sur le bon fonctionnement de ce circuit intégré, il suffit d'appliquer deux pointes de touche sur les pistes 10 et Il pour refondre la brasure 4, retirer le boitier de VLSI et le tester séparement. La résistance enterrée 5 peut également être chargêe de fonctions actives pendant l'utilisation du circuit hybride, et non plus seulement d'un usage limité à la fixation d'un composant. Puisque c'est une résistance chauffante, on peut l'associer à une régulation thermique du composant 3,ou, si la nature de la pâte sérigraphiée est å coefficient de température négatif ou positif, on peut l'utiliser pour mesurer la température de fonctionnement du composant 3. Enfin, Si la résistance 5 est sous forme d'une couche carrée ou rectangulaire, on peut l'associer à une autre surface métallique de dimensions analogues, voire même au fond métallique d'un boîtier, pour l'utiliser comme capacité de découplage: dans ce cas, l'une des pistes 10 ou 11 est réunie à l'interconnexion du circuit hybride. En figure 4, une métallisation 13, associée à la surface conductrice 5 de la résistance, constitue avec elle une capacité intégrée. Le dispositif de report de composants selon l'invention présente plusieurs avantages. Il permet un équipement progressif d'un substrat de circuit hybride. Selon l'art connu le processus de montage implique une montée en température de l'ensemble du substrat. Ceci oblige à monter tous les composants simultanément. L'invention permet d'effectuer un montage progressif des composants et de réaliser un test électrique in-situ des composants. On peut ainsi contrôler le module au fur et à mesure de son montage. Il permet de réparer un circuit hybride dans lequel un composant présente un défaut. Tandis que, dans l'art connu, pour démonter un ou plusieurs composants, il est nécessaire de chauffer tout le substrat -les cycles de montée et descente en température (autant de cycles que de réparations) influent sur le fonctionnement électrique du produit- au contraire l'invention permet, par chauffage localisé, de changer un seul composant sans influer sur la fiabilité du produit. Enfin, il permet de modifier les modes de fixation des composants sur un substrat, grâce à la localisation du chauffage. Quand la puissance dissipée par un composant est importante, une des solutions est de fixer par eutectique celui-ci plutôt que de le coller. Les procédés utilisés aujourd'hui permettent l'eutectique de 3 à 4 composants au maximum sur un même substrat. Grâce à cette invention, le nombre de composants rapportés sur un même substrat est illimité. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de report de composant sur un circuit hybride comportant au moins un composant (3) de surface, fixé par une brasure (4) sur un substrat multicouches céramique formé d'un support mécanique (1) et d'au moins une couche (2) superficielle, cofrittée avec le support mécanique (1). ce dispositif étant caractérisé en ce que, sous au moins un composant (3) de surface, il comporte une résistance chauffante (5), en couche épaisse, située dans le substrat multicouches sous la couche (2) superficielle, cette résistance chauffante (5) ayant une puissance suffisante pour amener la brasure (4) de fixation du composant (3) à sa température de fusion. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance chauffante (5) est alimentée en courant au moyen de deux métallisations (6,7) de prises de contacts, en communication avec deux pistes conductrices (10,11) en surface du circuit hybride au moyen d'au moins deux trous métallisés (8, 9) qui traversent la couche (2) céramique superficielle. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance chauffante (5) et ses deux metallisations de prises de contacts (6,7) sont sérigraphiées en couche épaisse sur le support mécanique (1), et cofrittées avec la couche (2) superficielle du circuit hybride. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ffien vue de mesurer et contrôler la température d'utilisation du composant (3) de surface, la résistance chauffante (5) est constituée d'un matériau à coefficient de température négatif ou positif. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance chauffante t5) constitue l'une des deux armatures d'une capacité de découplage.