Brevet FR2642224A1 — publié le 19900727

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de fixation d'un substrat de circuit électronique sur un support et, plus particulièrement, un tel procédé et un tel dispositif conçus pour fixer un substrat plan sur un support plan parallèlement à celui- ci, à l'aide d'un produit adhésif. Les appareils électroniques comportent couramment des circuits constitués de composants actifs et/ou passifs distribués sur un substrat isolant sur lequel sont formées des pistes conductrices qui connectent les divers composants suivant un schéma de connexion prédéterminé. De tels circuits doivent être protégés des agressions de l'environnement et, pour cela, ils sont souvent enfermés dans des boîtiers qui constituent pour eux une protection mécanique. Ces substrats prennent la forme d'une plaquette rigide ou semi-rigide garnie de composants, cette plaquette étant souvent fixée par simple collage à une face interne d'une paroi du boîtier. Pour ce faire on dépose classiquement un film de colle, par sérigraphie ou raclage, sur une face de la plaquette et on place manuellement cette face enduite sur la face de la paroi interne du boîtier sur laquelle elle doit être fixée. On provoque un certain étalement de la colle entre les deux surfaces encollées en regard, en faisant glisser ces deux surfaces l'une par rapport à l'autre. Suivant une autre technique, on dépose une ou plusieurs gouttes de colle au centre des pièces à assembler et on procède à leur assemblage par simple pression de ces pièces l'une contre l'autre. Ces procédés, souvent mis en oeuvre manuellement, présentent divers inconvénients. Il est tout d'abord difficile d'assurer un bon parallélisme des surfaces encollées mises en regard. On ne dispose pas de moyen permettant d'assurer une distribution uniforme de la colle entre ces surfaces, et on observe souvent la présence de bulles d'air dans la couche de colle. Enfin l'assemblage par pression du substrat sur la surface du boîtier implique l'application, par les doigts d'un opérateur par exemple, d'efforts parfois très concentrés sur la face du substrat qui porte les composants, ce qui peut endommager lesdits composants ou même le circuit formé sur le substrat. On a pu observer que ces inconvénients ont pour conséquence (1) la formation de points chauds lors d'un transfert thermique entre le substrat et un dissipateur tel qu'un puits de chaleur ou un boîtier à ailettes, (2) des vibrations parasites lors d'assemblage par procédé ultrasonique, en particulier lors du câblage de fils etc, et (3) des décollements du substrat lorsque les conditions d'environnement sont difficiles et impliquent, par exemple, l'application au substrat de cycles thermiques, comme c'est le cas notamment en électronique automobile. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de fixation d'un substrat sur un support qui ne présente pas ces inconvénients et qui permet notamment de fixer le substrat sur le support par une couche adhésive exempte de bulles d'air, d'épaisseur régulière et reproductible. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé permettant d'éviter l'application d'efforts concentrés sur la face du substrat qui porte un circuit et des composants électroniques. La présente invention a encore pour buts de fournir un tel procédé qui se prête à une automatisation poussée et de réaliser un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec un procédé de fixation d'un substrat plan de circuit électronique sur un support plan parallèlement -à celuici, caractérisé en ce que (a) on dépose un cordon bouclé d'un produit adhésif à l'état visqueux sur l'une des faces du substrat ou du support à fixer l'une sur l'autre, (b) on place ces faces en regard pour définir un espace délimité par le cordon d'adhésif et les plages des faces en regard qui sont intérieures au cordon, (c) on met cet espace en dépression de manière à écraser le cordon d'adhésif entre les deux faces à assembler, pour étaler l'adhésif visqueux suivant une couche d'épaisseur sensiblement constante, et (d) on sèche la couche ainsi formée. La présente invention permet aussi de réaliser un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant des moyens pour recevoir un ensemble constitué par un support plan et un substrat séparé par un cordon bouclé d'un produit adhésif visqueux, le support plan ou le substrat étant percé d'au moins une ouverture qui traverse son épaisseur pour déboucher dans l'espace délimité par le cordon d'adhésif et les plages en regard du support et du substrat, intérieures au cordon d'adhésif, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'aspiration connectables à cette ouverture pour mettre ledit espace en dépression par rapport à l'environnement de manière à provoquer l'étalement du produit adhésif visqueux suivant une couche uniforme, par écrasement du cordon d'adhésif entre le substrat et le support. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple: la figure i est une vue schématique en coupe d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et la figure 2 est une vue schématique en plan du dispositif de la figure 1. On se réfère aux figures qui illustrent une phase intermédiaire essentielle du procédé de fixation suivant l'invention. Ce procédé a pour but de fixer un substrat 1 sur un support 2 au moyen d'une couche adhésive intermédiaire, uniformément répandue. A titre d'exemple non limitatif, le substrat peut être celui d'un circuit hybride à couche épaisse o il est alors constitué d'alumine, de verre, d'oxyde de béryllium, de tôle émaillée, d'aluminium anodisé, etc. Sur un tel substrat un réseau de conducteurs et de résistances formant partie d'un circuit électronique est déposé par sérigraphie. Le circuit est complété par des composants actifs et passifs rapportés sur le substrat. Un tel circuit hybride est présenté soit nu soit enrobé dans une résine, ou encore encapsulé dans un boîtier céramique, métallique ou plastique. Dans ce dernier cas il peut être alors fixé sur une paroi interne du boîtier par collage, cette paroi du boîtier constituant alors le support 2 qui reçoit le substrat 1. Suivant l'invention, pour fixer ce substrat sur un tel support, on dépose un cordon bouclé 3 d'un produit adhésif à l'état visqueux, soit sur une face du substrat soit sur la face du support qui est destinée à venir en regard de ce substrat, on place ces faces l'une sur l'autre comme représenté à la figure 1 pour définir un espace 4 délimité par le cordon 3 et les plages des faces en regard qui sont intérieures au cordon 3, et on met l'espace 4 en dépression de manière à écraser le cordon 3 entre les deux faces à assembler, pour étaler l'adhésif entre ces faces. On sèche enfin la couche ainsi formée. Pour mettre l'espace 4 en dépression par rapport à la pression atmosphérique environnante, l'invention propose de percer dans le support 2 ou dans le substrat 1 au moins une ouverture qui fait communiquer l'espace 4 avec l'autre face du support 2 ou du substrat 1, celle-ci étant mise en communication, au niveau de cette ouverture, avec des moyens d'aspiration formant partie du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, l'ouverture 5 est percée dans le support 2. Suivant un deuxième mode de réalisation (non représenté) l'ouverture est percée dans le substrat. Les moyens d'aspiration comprennent essentiellement outre une source de vide (non représentée), au moins un conduit 6 comportant des moyens de raccordement tels qu'une ventouse 7. On a représenté au dessin deux conduits, 6, 6' associés à des ventouses 7, 7' respectivement, conçus pour être raccordés à des ouvertures 5, 5' respectivement, percées dans le support 2, (ou à des ouvertures correspondantes percées dans le substrat 1) de manière & assurer une distribution uniforme de la dépression appliquée dans l'espace 4 intérieur au cordon 3. Suivant un mode de réalisation avantageux du dispositif suivant l'invention, les ventouses 7, 7' constituent à la fois des moyens de réception du support 2 en position de collage et des moyens de raccordement des ouvertures 5, 5' aux moyens d'aspiration. Avantageusement encore le dispositif suivant la présente invention peut comprendre des moyens pour mettre en repérage les ouvertures 5, 5' et les ventouses 7, 7', lors de l'installation du support 2 dans le dispositif en vue des opérations de collage. Le cordon d'adhésif 3 nécessaire à l'assemblage peut être formé soit sur le substrat 1 soit sur le support 2. A titre d'exemple non limitatif, un produit adhésif convenant à cet usage peut être par exemple la colle DOW CORNING Q 19233. Que ce cordon d'adhésif soit formé sur le substrat ou sur le support, on a observé, lorsque le substrat à coller est de forme rectangulaire, que l'on obtient un étalement plus uniforme de cet adhésif lorsqu'on donne au cordon 3 la forme représentée à la figure 2, o ce cordon suit approximativement un contour en coussinet présentant les mêmes axes de symétrie que le substrat 1 à fixer sur le support 2. Le cordon d'adhésif 3 peut être déposé sur le substrat ou le support, par toute méthode d'enduction connue, par exemple par sérigraphie. Alors que cet adhésif est encore fluide, on superpose en repérage le substrat 1 au support 2, dans la position représentée à la figure 1. La mise en marche de la source de vide met alors en dépression l'espace 4 et la pression atmosphérique de l'environnement applique alors une pression uniforme sur la plage du substrat i qui est intérieure au cordon 3, ce qui a pour effet d'écraser le cordon d'adhésif 3 entre le substrat et le support, en provoquant ainsi un étalement de cet adhésif suivant une couche d'épaisseur uniforme elle aussi, entre le support et le substrat. Avantageusement, l'adhésif s'étale entre le substrat et le support Jusqu'à venir boucher les ouvertures 5 et 5' ce qui provoque automatiquement du même coup l'arrêt de l'application d'une pression sur le substrat 1, l'adhésif étant alors étalé en une couche d'épaisseur uniforme sur toute la surface des plages en regard du substrat et du support. On peut ensuite procéder au séchage de la couche d'adhésif et parfaire ainsi l'assemblage. Le bon fonctionnement du dispositif suivant l'invention est conditionné par l'absence de fuites au niveau du cordon 3, lors de la mise en dépression de l'espace 4. Pour prévenir toute difficulté de ce point de vue, le dispositif suivant l'invention peut être équipé de moyens de mesure du débit de gaz aspire, lorsqu'on applique une dépression dans l'espace 4, et des moyens sensibles au niveau du débit de gaz pour signaler l'existence éventuelle d'une fuite au niveau du cordon d'adhésif 3. Des mesures correctrices, manuelles ou automatiques, sont alors mises en oeuvre pour supprimer cette fuite. On observera à cet égard que si le substrat 1 présente un poids suffisant, l'écrasement du cordon 3 sous l'effet du poids du substrat 1, au moment o celui-ci est superposé au support 2, est normalement suffisant pour empêcher l'existence de telles fuites. Grâce à l'uniformité de la pression atmosphérique appliquée sur le substrat 1 pendant le fonctionnement des moyens d'aspiration, on obtient l'étalement de l'adhésif suivant une couche continue d'une épaisseur très uniforme qui assure le parallélisme du substrat et du support. Grâce à ce parallélisme et à la continuité de la couche sur les plages en regard du substrat et du support, les transferts thermiques nécessaires au refroidissement des composants portés par le substrat s'opèrent sans points chauds susceptibles de détériorer le circuit porté par le substrat. L'uniformité de ce transfert thermique est en outre améliorée par le fait que l'aspiration permet d'éliminer toutes bulles d'air dans la couche d'adhésif étalée par le procédé suivant l'invention, ces bulles étant aspirées par les conduits 6 et 6' lors du fonctionnement des moyens d'aspiration. Le procédé suivant l'invention permet ainsi d'assembler un substrat et un support à l'aide d'une couche d'adhésif d'épaisseur uniforme, par exemple de l'ordre du dixième de millimètre. Si l'on souhaite fixer précisément l'épaisseur de cette couche, on peut associer, soit au support soit au substrat, des moyens de butée tels que des cales d'espacement, d'épaisseurs prédéterminées. Le bon parallélisme substrat/support, la continuité et l'uniformité de la couche d'adhésif distribuée entre ceux-ci, obtenus par le procédé et le dispositif suivant la présente invention, procurent les avantages suivants: 1) absence de points chauds lors de transferts thermiques entre le substrat et le support, comme on l'a vu plus haut, cette absence de points chauds ayant été confirmée par des prises de vues thermographiques, 2) suppression de l'apparition de. vibrations parasites lors d'opérations de soudage par ultrasons sur le circuit porté par le substrat, 3) meilleure résistance au décollement du substrat en environnement difficile, comme celui de l'électronique automobile, 4) maintien de l'intégrité du circuit porté par le substrat, du fait de l'absence d'efforts concentrés sur celui-ci, lors de la mise en pression du substrat contre le support. Outre la qualité et la fiabilité de l'assemblage obtenu par le procédé suivant la présente invention, on notera que celui-ci se prête à une automatisation poussée. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier l'invention n'est pas limitée à la fixation dans un boîtier d'un substrat portant un circuit hybride à couche épaisse. L'invention s'étend au contraire à la fixation sur un support de tout circuit électronique, tels que circuit hybride à couche mince ou même circuit imprimé. REVENDICATIONS 1. Procédé de fixation d'un substrat plan de circuit électronique sur un support plan parallèlement à celui-ci, caractérisé en ce que (a) on dépose un cordon bouclé (3) d'un produit adhésif à l'état visqueux sur l'une des faces du substrat ou du support à fixer l'une sur l'autre, (b) on place ces faces en regard pour définir un espace (4) délimité par le cordon d'adhésif et les plages des faces en regard qui sont intérieures au cordon, (c) on met cet espace (4) en dépression de manière à écraser le cordon d'adhésif (3) entre les deux faces à assembler, pour étaler l'adhésif visqueux suivant une couche d'épaisseur sensiblement constante, et (d) on sèche la couche ainsi formée. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure le débit du gaz aspiré pour contrôler l'étanchéité du cordon d'adhésif et on corrige le placement des faces en regard pour annuler éventuellement ce débit de manière à assurer la mise en dépression de l'espace (4) par rapport à l'environnement. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, pour substrat de forme rectangulaire, caractérisé en ce qu'on dépose le cordon d'adhésif suivant un contour en coussinet présentant les mêmes axes de symétrie que le substrat. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, comprenant des moyens pour recevoir un ensemble constitué par un support plan (2) et un substrat (1) séparés par un cordon bouclé (3) d'un produit adhésif visqueux, le support plan ou le substrat étant percé d'au moins une ouverture (5, 5') qui traverse son épaisseur pour déboucher dans l'espace (4) délimité par le cordon d'adhésif (3) et les plages 'en regard du support et du substrat intérieures au cordon d'adhésif, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'aspiration (6, 6'; 7, 7') connectables aà cette ouverture pour mettre ledit espace (4) en dépression par rapport à l'environnement de manière à provoquer l'étalement du produit adhésif visqueux suivant une couche uniforme, par écrasement du cordon d'adhésif (3) entre le substrat et le support. 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sensibles au débit du gaz aspiré pour signaler l'existence d'une fuite au niveau du cordon d'adhésif. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que des moyens de butée sont interposés entre le substrat et le support pour régler l'épaisseur finale de la couche d'adhésif étalée. 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour enduire l'une des faces à assembler avec un cordon bouclé (3) de produit adhésif, des moyens pour superposer en repérage le substrat et le support de part et d'autre du cordon, et des moyens (7, 7') pour connecter l'ensemble ainsi constitué aux moyens d'aspiration. 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 & 7, caractérisé en ce que les moyens de connection (7, 7') constituent aussi des moyens pour recevoir le support (2) en position d'assemblage. 9. Support ou substrat pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est percé d'au moins une ouverture (5, 5') agencée pour mettre en communication l'espace délimité par le cordon d'adhésif et les plages en regard du support et du substrat, avec des moyens d'aspiration extérieurs. 10. Support ou substrat conforme à la revendication , caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de butée pour définir l'épaisseur finale de la couche d'adhésif.