Brevet FR2693077A1 — publié le 19931231

OUTIL DE MONTAGE DE PUCE ENTRE DEUX DISSIPATEURS THERMIQUES La présente invention concerne les composants électro- niques de puissance, notamment des puces semiconductrices brasées entre deux dissipateurs thermiques plats, généralement des disques en cuivre. La figure 1 illustre une vue en coupe partielle sim- plifiée d'un outil de montage de puce entre deux dissipateurs thermiques en forme de disque L'outil 10 comprend des alvéoles cylindriques 12 (une seule est représentée) dans lesquelles sont successivement introduits un premier disque en cuivre 14, une10 puce 15, généralement carrée, et un deuxième disque 16 Le diamètre des disques 14 et 16 est supérieur à une diagonale de la puce 15 La puce 15 est représentée en vue de côté selon une diagonale. Les éléments 14 à 16 sont solidarisés les uns aux autres par de la brasure 18 disposée initialement sur les deux faces de la puce 15 et/ou sur une face des disques ou apportée sous forme de préformes. Le diamètre de l'alvéole 12 est légèrement supérieur au diamètre des disques 14 et 16 afin de permettre une insertion et un retrait aisé de l'empilement constitué par les éléments 14 à 16 Ainsi, dans la plupart des cas, comme cela est représenté, les éléments 14 à 16 sont décalés les uns par rapport aux autres et un coin de la puce 15 (le coin droit dans la figure 1) peut déborder de l'un des dissipateurs, ce qui expose ce coin dans la suite du traitement de l'empilement à des chocs pouvant entraîner sa rupture En outre, pour faire fondre la brasure 18, l'outil 10 muni de ses empilements est introduit dans un four sur un tapis de transport Si les éléments 14 à 16 sont par hasard initialement bien alignés, les vibrations du tapis peu- vent tendre à les décaler, cet effet de décalage étant par ailleurs facilité par la brasure 18 en fusion. Un objet de la présente invention est de prévoir un outil permettant de positionner deux dissipateurs thermiques par rapport à une puce afin d'éviter qu'un coin de la puce déborde d'un dissipateur. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel outil sur lequel les puces et les dissipateurs peuvent être disposés de façon aisée. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel outil permettant d'utiliser des dissipateurs de forme carrée. Ces objets sont atteints grâce à l'emploi, à la place des alvéoles susmentionnées, de vés dans lesquels les éléments des empilements viennent se positionner par gravité, une portion de vé de dimension adéquate étant associée à chaque élément de l'empilement. 30 Dans le cas classique d'un outil à alvéoles, il n'était pas envisageable de positionner les éléments par gra- vité, par exemple en inclinant l'outil 10, car deux des coins des puces seraient alors positionnés juste au niveau du bord des dissipateurs, ce qui expose également ces coins à des chocs. Selon l'invention, en disposant convenablement les portions de vé associées respectivement aux éléments des empilements, les coins de la puce seront toujours en retrait par rapport aux bords des dissipateurs. La présente invention vise plus particulièrement un outil de montage de puces entre deux dissipateurs thermiques plats, comprenant: un socle muni d'un ensemble de rampes disposées en dent de scie; une pluralité de vés principaux disposés en alignement au fond des rampes et ouverts vers le sommet des rampes; et pour chaque vé principal, un vé médian faisant saillie du vé principal et séparant celui-ci en deux sous-vés destinés à recevoir chacun un dissipateur thermique parallèlement à la rampe associée, le vé médian étant destiné à recevoir une puce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les vés sont réalisés dans des réglettes parallèles aux rampes, ces réglettes comprenant chacune une extension de guidage disposée dans une rainure du fond d'une rampe associée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les réglettes sont fixées au socle par des vis traversant le socle et se vissant dans les réglettes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les fonds des vés sont munis d'un dégagement en forme de perçage. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, précédemment décrite, représente une vue partielle en coupe d'un outil classique de montage de puce entre deux dissipateurs thermiques; les figures 2 A et 2 B représentent respectivement des vues partielles en coupe et de dessus d'un mode de réalisation d'outil de montage selon la présente invention; et la figure 2 C représente une vue en perspective de l'outil des figures 2 A et 2 B. Les figures 2 A à 2 C seront décrites simultanément, ès diverses vues considérées ensemble permettant de mieux aperce- voir la constitution de l'outil selon l'invention. L'outil selon le mode de réalisation de l'invention représenté comprend un socle horizontal 20 de forme générale rectangulaire muni sur sa face supérieure d'un ensemble de rampes inclinées 22 disposées en dent de scie, c'est-à-dire que les rampes sont parallèles les unes aux autres et que la fin, ou sommet d'une rampe est raccordée au début, au fond d'une rampe suivante par un échelon descendant Dans le fond de chaque rampe est disposée une réglette 24 parallèle à la rampe Chaque réglette 24 est munie d'un ensemble de vés 26 juxtaposés paral- lèlement au fond de la rampe associée Les parois formant chaque vé sont perpendiculaires entre elles et à la rampe Les vés sont ouverts vers le sommet de la rampe, c'est-à-dire que l'intersec- tion des parois des vés est du côté du fond de la rampe. Chaque vé 26 est séparé en deux sous-vés par un vé médian 28 faisant saillie environ au centre du vé 26 L'épais- seur du sous-vé 26 inférieur est sensiblement égale à l'épais- seur des dissipateurs, et l'épaisseur du vé médian 28 est légè- rement inférieure à l'épaisseur de la puce L'épaisseur du sous-vé supérieur est quelconque. Dans les figures 2 A et 2 B, on a représenté deux empi- lements formés chacun d'une puce 15 prise entre deux dissipa- teurs 14 et 16 Un premier des dissipateurs, 14, de chaque empi- lement est en appui sur une rampe 22 et dans un vé 26, en dessous du vé médian 28 correspondant La puce 15 est en appui sur le dissipateur 14 et dans le vé médian 28 Finalement, le deuxième dissipateur 16 est en appui sur la puce 15 et dans le vé 26 au-dessus du vé médian 28 Ainsi, en choisissant convena- blement les positions relatives des parois des vés 26 et 28 en fonction des dimensions des éléments 14 à 16, la puce 15 est toujours bien positionnée par rapport aux dissipateurs 14, 16 de sorte que ses coins soient toujours en retrait par rapport aux bords des dissipateurs Bien entendu, deux vés 26 adjacents sont situés suffisamment loin l'un de l'autre pour que deux dissipa- teurs adjacents placés dans ces vés ne se touchent pas. Un outil de montage selon l'invention, comme les outils de montage classiques (figure 1), est prévu pour effectuer un traitement par lots Il comprend, par exemple, 12 réglettes 24 de 22 vés chacune Le placement des éléments 14 à 16 dans les vés est réalisé à l'aide d'un outillage classique, tel que celui utilisé pour placer les éléments dans les alvéoles 12 de la figure 1 Il est courant d'utiliser des outillages qui fonctionnent par aspiration et qui maintiennent de manière pré- positionnée tous les éléments ( 14, 15 ou 16) à placer en une passe sur un outil de montage De préférence, les premiers dissipateurs thermiques 14 sont posés sur les rampes 22 en face des vés correspondants 26, légèrement distants de ceux-ci, de manière que leur placement ne soit pas gêné par les vés 28 Les dissipateurs 14 glissent alors sur les rampes 22 par gravité et viennent dans leurs sous-vés 26 correspondants Ce glissement pourra être facilité en appliquant des vibrations au montage. Les puces 15 sont ensuite posées sur les dissipateurs 14, égale- ment légèrement à distance des vés 28 correspondants afin que les puces, carrées, puissent être posées sur les dissipateurs 14 avec une certaine incertitude d'orientation En effet, il se peut qu'une puce 15 soit orientée de telle sorte qu'un de ses coins vienne buter contre une face d'appui du vé médian 28 Si cela se produit, la puce 15 viendra se positionner correctement, c'est-à-dire de manière qu'un de ses coins soit dans le fond du vé 28, grâce à des vibrations que l'on fera subir au montage. Les deuxièmes dissipateurs 16 sont ensuite posés sur les puces , également légèrement à distance par rapport aux sous-vés 26 correspondants. Le fait d'utiliser des vés pour positionner des dissipateurs thermiques permet d'utiliser des dissipateurs ther- miques de forme carrée 14 ', comme cela est représenté à la figure 2 B. L'utilisation de dissipateurs thermiques carrés présente l'avantage que, lors de la réalisation de ceux-ci, on perd moins de matière (en l'occurence du cuivre) que pour la réalisation de dissipateurs en forme de disque. Un autre avantage de l'utilisation de dissipateurs carrés est que l'on obtient une orientation angulaire relative des dissipateurs et de la puce et que l'on peut prévoir une localisation des surfaces de contact entre la puce et les dissipateurs Il suffit que la face du dissipateur en contact avec la puce présente des régions en surépaisseur qui seront les seules à être brasées sur la puce Par contre, avec des dissipa- teurs en forme de disque, le positionnement entre eux et par rapport à la puce est assuré seulement pour le contour des dissipateurs, mais ne l'est pas pour le positionnement angulaire des dissipateurs par rapport à la puce. L'utilisation de dissipateurs carrés n'était pas envi- sageable classiquement car les alvéoles 12 (figure 1) sont cylindriques (une forme carrée étant très difficile à obtenir en creux) ce qui ne permet pas d'orienter des dissipateurs carrés entre eux et par rapport à la puce Même si 1 'on réalisait des alvéoles carrées, on s'exposerait au risque d'avoir au moins un coin de puce situé à la hauteur d'un bord de dissipateur, ce qui exposerait ce coin à des chocs. Afin de prévoir un bon positionnement d'une pièce carrée dans un vé (c'est-à-dire que deux faces de la pièce carrée viennent en appui contre les parois du vé), on prévoit un dégagement au fond du vé pour les coins de la pièoe Comme cela est représenté à la figure 2 B, les vés secondaires 28 de la réglette 24 de gauche comprennent chacun en leur fond une rainure de dégagement 30 Si l'on prévoit d'utiliser des dissipateurs carrés, les vés 26 sont également munis de déga- gements Selon un autre mode de réalisation, comme cela est représenté pour la réglette 24 de droite dans la figure 2 B, la réglette comprend des perçages 32 dans lesquels débouchent les parois des vés 26 et 28. Par ailleurs, chaque réglette 24 comprend une exten- sion perpendiculaire 24-1 ajustée dans une rainure 20-1 du socle Cette rainure 20-1 est perpendiculaire aux rampes 22 et située au fond de celles-ci Ce montage a pour but d'assurer la rigidité de l'ensemble et d'éviter la déformation de la réglette dans le temps Chaque réglette 24 comprend un nombre suffisant (par exemple 3 pour des réglettes de 22 vés) de taraudages 24-2 traversant les extensions 24-1 Ces taraudages 24-2 permettent de fixer les réglettes sur le socle 20 par l'intermédiaire de vis traversant des trous 20-2 du socle 20 Les têtes des vis sont noyées et prennent appui dans des alésages 20-3 du fond du socle 20 Les taraudages 24-2, les trous 20-2 et les alésages -3 sont parallèles à l'axe des rainures 20-1. De nombreuses variantes et modifications de la pré- sente invention apparaîtront à l'homme du métier, notamment en ce qui concerne les modes de fixation des réglettes sur le socle 20. REVENDICATIONS 1 Outil de montage de puces ( 15) entre deux dissipa- teurs thermiques plats ( 14, 16), caractérisé en ce qu'il comprend: un socle ( 20) muni d'un ensemble de rampes ( 22) disposées en dent de scie; une pluralité de vés principaux ( 26) disposés en alignement au fond des rampes et ouverts vers le sommet des rampes; et pour chaque vé principal, un vé médian ( 28) faisant saillie du vé principal et séparant celui-ci en deux sous-vés destinés à recevoir chacun un dissipateur thermique parallèle- ment à la rampe associée, le vé médian étant destiné à recevoir une puce. 2 Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vés sont réalisés dans des réglettes ( 24) parallèles aux rampes, ces réglettes comprenant chacune une extension de gui- dage ( 24-1) disposée dans une rainure ( 20-1) du fond d'une rampe associée. 3 Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les réglettes ( 24) sont fixées au socle ( 20) par des vis ( 34) traversant le socle et se vissant dans les réglettes. 4 Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fonds des vés sont munis d'un dégagement en forme de perçage ( 32).