Brevet FR2704114A1 — publié le 19941021

La présente invention concerne un dispositif électronique du type à montage en surface et, plus particulièrement, une structure de boîtier pour celui-ci. Le dispositif électronique possède une borne conductrice ayant une plus grande aire de contact que celles de bornes conductrices classiques. Le dispositif électronique de l'invention peut être appliqué à des dispositifs à semiconducteur, à des filtres, à des oscillateurs à cristal, etc. L'invention concerne également un procédé de montage du dispositif électrique ci-dessus présenté sur une plaquette à câblage imprimé. Les plaquettes à câblage imprimé sont largement utilisées dans les équipements électroniques tels que les équipements de télécommunications, les ordinateurs, et les appareils électroménagers. Ces dernières années, la technique du montage des dispositifs électroniques sur les plaquettes à câblage imprimé a fait de remarquables progrès, et la technique de montage en surface est devenue d'un usage courant. Dans la technique de montage en surface, on soude directement les dispositifs électroniques aux motifs de circuit présents sur la plaquette à câblage imprimé sans utiliser de trous passants ménagés dans celle-ci. 1l n'est pas nécessaire d'insérer les fils de sortie des dispositifs électroniques dans des trous passants, car les dispositifs électroniques du type à montage en surface sont directement disposés sur la plaquette à câblage imprimé et sont chauffés de manière à former des connexions soudées. Les dispositifs électroniques auxquels l'invention s'applique comprennent des bornes externes de différentes configurations, l'une étant de type classique, qui consiste en plusieurs bornes régulièrement espacées et ayant chacune une petite aire de contact, et l'autre ayant une grande aire de contact nécessaire à la conduction de la chaleur ou à la mise à la terre de la borne. De façon générale, dans la technique de montage en surface, on revêt d'abord de matériau de soudure les bornes de contact des dispositifs électroniques, et, ou bien, on imprime des motifs de pâte de soudure sur des plaquettes à câblage imprimé par une technique d'impression sérigraphique. Pour utiliser les dispositifs électroniques et les plaquettes à câblage imprimé ainsi préparés, on dispose les dispositifs électroniques de manière précise sur les motifs des plaquettes à câblage imprimé, et on soumet l'ensemble à un traitement thermique jusqu'à une température de refusion du matériau de soudure. Pour ce procédé de chauffage, on peut utiliser un four chauffant électrique, un four à infrarouges, ou encore une irradiation par faisceau laser. De cette manière, on fixe les dispositifs électroniques sur les plaquettes à câblage imprimé. Un dispositif électronique classique tel qu'un boîtier de circuit intégré semiconducteur possède plusieurs bornes conductrices régulièrement disposées et ayant la même aire de contact. Les bornes conductrices du dispositif électronique sont formées de manière à présenter de mêmes intervalles entre bornes adjacentes, l'intervalle représentant une distance de séparation suffisante pour qu'on obtienne des contacts fiables entre la borne et le motif de câblage. On peut ignorer les difficultés qui découleraient de la possibilité que le matériau de soudure s'étende hors de la zone de contact et établisse un court-circuit entre bornes adjacentes. Lorsqu'un dispositif électronique comporte des bornes de contact qui présentent des aires de contact différentes, par exemple lorsqu'un dispositif électronique comporte une borne de mise à la terre qui demande une aire de contact beaucoup plus grande que celles des bornes de signaux, il faut que la distance entre la grande borne de mise à la terre et les autres bornes représente un intervalle beaucoup plus grand. Ceci augmente beaucoup les dimensions du dispositif électronique. Par conséquent, pour réduire le plus possible les dimensions du dispositif électronique, il est inévitable qu'on fixe l'intervalle entre la borne à grande aire de contact et les autres bornes à petite aire de contact à une grandeur plus petite que la distance voulue. Ceci amène le matériau de soudure présent sur la borne de contact plus grande à s'écouler hors de l'aire de contact et à établir un court-circuit avec les autres bornes. De plus, la borne conductrice possédant la grande aire de contact demande, lors de l'opération de soudage, une plus grande quantité de matériau de soudure que les autres bornes conductrices ayant des aires de contact plus petites. Alors, le matériau de soudure fondu s'écoule facilement en grande quantité dans d'autres aires, ce qui provoque des court-circuits. Même si l'on prévoit un plus grand intervalle entre la grande borne de contact et les autres plus petites bornes de contact, la grande quantité de matériau de soudure provoque souvent des courtcircuits, en fonction de la forme des bornes, des conditions de chauffage, etc. Un but de l'invention est de produire des dispositifs électroniques du type à montage en surface, comprenant une borne conductrice qui possède une grande aire de contact, le matériau de soudure destiné à la borne conductrice étant empêché de s'écouler hors de l'aire de contact pendant l'opération de montage en surface. Un autre but de l'invention est de produire des dispositifs électroniques du type à montage en surface, qui comprennent les deux types de bornes conductrices, à savoir une borne ayant une grande aire de contact et d'autres ayant une petite aire de contact, le matériau de soudure destiné à la grande borne conductrice étant empêché de s'écouler hors de l'aire de contact pendant le processus de montage en surface, ce qui évite la formation d'un court-circuit avec d'autres bornes conductrices plus petites. Un autre but de l'invention est de produire des dispositifs électroniques du type à montage en surface qui comprennent une borne conductrice ayant une grande aire de contact, où le matériau de soudure destiné à l'aire de contact peut être fourni depuis un bord périphérique de la borne conductrice pendant l'opération de montage en surface et est maintenu à l'intérieur de l'aire de contact pendant cette opération Un autre but de l'invention est de produire un procédé de montage en surface des dispositifs électroniques ci-dessus indiqués sur une plaquette à câblage imprimé. Les buts ci-dessus énoncés ainsi que d'autres buts, sont réalisés au moyen d'un dispositif électronique du type à montage en surface selon l'invention, le dispositif comprenant un boîtier qui enferme ses éléments fonctionnels, ainsi que plusieurs premières bornes conductrices et une deuxième borne conductrice, toutes ces bornes conductrices connectant électriquement les éléments fonctionnels à un circuit externe, et la deuxième borne conductrice ayant une surface de contact plus grande que celles des premières bornes conductrices, le dispositif électronique étant caractérisé en ce que la surface de contact de la deuxième borne conductrice comprend des rainures recevant l'excès de matériau de soudure lors du soudage du dispositif électronique à une plaquette à câblage imprimé. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s' appuie sur les dessins annexés, où des mêmes numéros de référence désignent et identifient des parties identiques ou analogues, et dans lesquels: la figure 1(a) représente une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'un dispositif électronique selon l'invention; les figures 1(b) et 1(c) représentent respectivement des vues de côté du premier mode de réalisation; la figure 1(d) représente une vue de dessous du premier mode de réalisation; la figure 2(a) représente une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif électronique selon l'invention; les figures 2(b) et 2(c) représentent respectivement des vues de côté du deuxième mode de réalisation; la figure 2(d) représente une vue de dessous du deuxième mode de réalisation; la figure 3 est une vue simplifiée en section droite du premier mode de réalisation; la figure 4 représente une vue de dessous d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif électronique selon l'invention; et la figure 5 est une vue en plan d'un exemple de grille de connexion utilisée pour fabriquer un dispositif électrique selon l'invention. Un premier mode de réalisation d'un dispositif électronique selon l'invention est présenté sur la figure 1(a) sous forme d'une vue de dessus, tandis que les figures 1(b) et 1(c) en montrent respectivement des vues de côté. La figure 1(d) est une vue de dessous du mode de réalisation. La structure de boîtier 100 du premier mode de réalisation comprend des premières bornes conductrices 1 à 8 symétriquement disposées de part et d'autre d'une deuxième borne conductrice 9, comme on peut le voir sur les figures 1(a) et 1(d). Les bornes conductrices 1 à 8 sont utilisées par exemple comme bornes d'entrée et de sortie, comme bornes d'alimentation en tension de polarisation, et comme bornes de mise à la terre pour les éléments fonctionnels contenus dans le boîtier 100. La deuxième borne conductrice 9 (que l'on appelle une plaque de base 9 dans la présente invention) forme la surface de fond du boîtier, et les parois latérales du boîtier 100 sont formées par un pourtour 12 de céramique. Un capuchon 13 est placé sur le pourtour latéral 12 de façon à couvrir les éléments fonctionnels placés dans le dispositif électronique. La plaque de base 9 possède une aire de contact plate et de grande taille et sert à fixer le dispositif électronique sur la plaquette à câblage imprimé. La plaque de base 9 est efficacement utilisée comme borne de mise à la terre. Comme on peut le voir sur la figure 1(d), la plaque de base 9 possède une forme périphérique rectangulaire, et, dans l'aire plate, sont formées des rainures 10 qui comprennent un ensemble de rainures parallèles verticales 10a et un autre ensemble de rainures parallèles horizontales 10b, les deux ensembles de rainures étant placés verticalement et horizontalement à intervalles réguliers. Les rainures horizontales lOb s'étendent suivant une direction parallèle aux alignements, suivant des rangées, des premières bornes conductrices 1 à 4 et 5 à 8. Les extrémités des rainures verticales 10a et des rainures horizontales 10b se terminent toutes deux en une rainure périphérique 10c qui court parallèlement à la bordure de la plaque de base 9. Le pourtour latéral 12 de céramique est constitué par une partie inférieure de céramique 12a et une partie supérieure de céramique 12b, toutes deux ayant la forme d'un cadre carré ou rectangulaire. La structure apparaît clairement sur la figure 3, qui est une vue en coupe prise suivant la ligne X-X de la figure 1(a). La plaque de base 9 est soudée à une couche métallisée 15 se trouvant sur la surface de fond de la partie inférieure de céramique 12a. La partie inférieure de céramique 12a possède également plusieurs motifs en couche métallisés 14 auxquels les premières bornes conductrices 1 à 8 sont respectivement soudées. Les surfaces de contact des premières bornes conductrices 1 à 8 et de la deuxième borne conductrice 9 sont toutes formées sur le même niveau, et peuvent donc être utilisées pour réaliser la connexion électrique du boîtier 100 du dispositif électronique avec la plaquette à câblage imprimé, dans la technique de montage en surface. Les rainures 10 sont formées dans la surface de fond de la plaque de base 9 par gravure ou par rayage mécanique de la surface de fond, ces procédés étant bien connus. A titre d'exemple, les dimensions des bornes conductrices 1 à 8 et de la plaque de base 9 sont respectivement: 0,4 mm (largeur) x 1 mm (longueur)x 0,2 mm (épaisseur) et 8 mm x 5 mm x 0,2 mm. Les rainures 10 ont une largeur de 0,2 mm et une profondeur d'environ 50,ut, l'intervalle entre rainures verticales adjacentes 10a étant d'environ 1,5 mm et l'intervalle entre rainures horizontales adjacentes 10b étant d'environ 1,0 mm. Le boîtier 100 du dispositif électronique, tel que représenté sur les figures 1(a) à 1(d) et 3, est fabriqué de la manière suivante. Comme représenté sur la figure 5, plusieurs grilles de connexion 110 sont formées dans une bande métallique continue dont la matière est choisie parmi les éléments suivants : Kovar, alliage 42 (Ni:42 %, Fe: 58 to), cuivre exempt d'oxygène, et alliage de cuivre et de tungstène. Chacune des grilles de connexion 110 de la figure 5 comprend les premières bornes conductrices 1 à 8, la deuxième borne conductrice 9 et des parties de grille restantes 20 et 22, ces motifs étant formés par poinçonnage de la bande métallique. Les premières bornes conductrices et la deuxième borne conductrice sont respectivement connectées aux parties de grille 20 et 22. On soumet la bande de grilles de connexion ainsi formée à une opération de gravure pour former les rainures 10 sur la surface de métal 9 de la grille de connexion 110. Le processus de gravure étant bien connu, on omettra donc les détails. On prépare séparément le pourtour principal 12 formant la partie inférieure de céramique 12a et la partie supérieure de céramique 12b en utilisant des feuilles crues de céramique. On donne à chaque feuille crue une forme de cadre rectangulaire et on forme sur les surfaces des feuilles crues respectives des motifs en couche fats de pâte de tungstène, comme représenté par les numéros 14, 15 et 16 de la figure 3. On empile deux feuilles crues l'une sur l'autre et leur applique un traitement thermique à environ I 0000C, ce qui produit une liaison solide des deux feuilles de céramique. On applique ensuite un plaquage de nickel ou d'or aux couches métallisées présentes sur la céramique. On dispose sur les gnlles de connexion 110 des pourtours latéraux 12 ainsi préparés. La position relative de la partie inférieure de céramique 12a par rapport à la grille de connexion 110 est schématiquement indiquée sur la figure 5 par des lignes en trait interrompu. On fixe le pourtour latéral 12 à la grille de connexion 110 par traitement thermique dans un four, en utilisant comme matériau de brasure un alliage argent-cuivre (Ag-Cu). Comme on peut le voir sur la figure 3, on fixe également sur la face interne de la plaque base 9, au cours du traitement thermique ci-dessus indiqué, un élément métallique intermédiaire 24 fait d'alliage molybdène-manganèse (Mo-Mn). Après cela, on sépare les unes des autres les gnlles de connexion 110 par poinçonnage. La raison de l'utilisation de l'élément métallique intermédiaire 24 est de soulager les contraintes provoquées par les dilatations différentes de la plaque de base 9, et, dans ce cas, d'une puce semiconductrice 26. Enfin, on effectue un plaquage d'or sur toutes les surfaces métalliques. Dans certains cas, on plaque les premières bornes conductrices I à 8 et une surface externe de la plaque de base 9 au moyen d'un matériau de soudure, au lieu d'or. On installe ensuite la puce semiconductrice 26 sur l'élément métallique intermédiaire 24, on connecte sélectivement des plots de liaison de celle-ci aux motifs en couche métallisés 14 de la partie inférieure de céramique 12a à l'aide de fils de liaison 28, et on soude le capuchon 13 de métal ou de céramique sur la partie supérieure de céramique 12b, de sorte que la fabrication du dispositif électronique est alors achevée. Dans le cas d'un montage en surface du dispositif électronique ainsi fabriqué sur une plaquette à câblage imprimé, on imprime des motifs en pâte de soudure sur les motifs de circuit de la plaquette à câblage imprimé. On place le dispositif électronique sur la plaquette à câblage imprimé de façon que les premières bornes conductrices 1 à 8 et la deuxième borne conductrice 9 coïncident avec les motifs en pâte de soudure, et on chauffe l'ensemble jusqu'à une température de refusion de la pâte de soudure, si bien qu'on fixe le dispositif électronique aux motifs de circuit de la plaquette à câblage imprimé. Un matériau typique de pâte de soudure que l'on peut utiliser pour souder le boîtier 100 à la plaquette à câblage imprimé possède un point de fusion de 183-C, et on utilise, dans le processus de soudage, une température de refusion de 230'C. La figure 2(a) représente une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif électronique selon l'invention, et les figures 2(b) et 2(c) en montrent respectivement des vues latérales. La figure 2(d) est une vue de dessous du mode de réalisation. Des numéros de référence identiques à ceux employés dans les figures 1(a) à 1(d) désignent des parties identiques ou analogues. Le boîtier 100 du deuxième mode de réalisation est sensiblement identique à celui du premier mode de réalisation, à l'exception de la plaque de base 9 qui comporte une configuration de rainures différente. Le boîtier 100 du deuxième mode de réalisation selon l'invention convient tout particulièrement aux applications dans lesquelles le dispositif électronique doit être monté en surface sur une plaquette à câblage imprimé sur laquelle d'autres dispositifs électroniques ont déjà été montés. Le deuxième mode de réalisation possède une structure de boîtier telle que le matériau de soudage peut être fourni, au cours d'une opération de soudage, dans l'aire de contact se trouvant entre la plaque de base 9, c'est-à-dire la deuxième borne conductrice, et la plaquette à câblage imprimé. La plaque de base 9 représentée sur la figure 2(d) comporte des rainures 10 constituées de rainures verticales 10(a) et de rainures horizontales 10(b). il n'y a pas de rainure périphérique 10(c) comme sur la figure 1(d). Les rainures horizontales 10(b) de la figure 2(d) sont orientées suivant une direction parallèle aux alignements des premières bornes conductrices 1 à 4 et 5 à 8, et elles se terminent au niveau des deux extrémités périphériques définies par la forme de la plaque de base 9, tandis que les rainures verticales 10(a) se terminent dans les deux rainures horizontales 10(b) situées le plus à l'extérieur. Lorsqu'on monte en surface le dispositif électronique isolément sur une plaquette à câblage imprimé, on soude chacune des premières bornes conductrices 1 à 8 à une position correspondante de la plaquette à câblage imprimé par chauffage de la borne conductrice et on lui fournit du matériau de soudure, de manière classique. On soude la deuxième borne conductrice, c'est-à-dire la plaque de base 9, à la plaquette à câblage imprimé en chauffant la plaque de base, en fournissant du matériau de soudure depuis les extrémités périphériques des rainures horizontales 10b, et en faisant entrer celui-ci abondemment et profondément dans la zone de contact le long des rainures horizontales 10b et, au-delà, des rainures verticales 10a. Comme décrit ci-dessus, les rainures verticales 10a ne se prolongent pas au-delà des rainures horizontales 10b situées le plus à I'extérieur. Cette structure de rainures permet efficacement d'empêcher le matériau de soudure de déborder en direction des alignements formés par les rangées des premières bornes conductrices 1 à 4 et 5 à 8 pendant l'opération de soudure. La figure 4 est une vue de dessous d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif électronique selon l'invention. La différence que présente le boîtier 100 du troisième mode de réalisation avec ceux des premier et deuxième modes de réalisation réside seulement dans la plaque de base 9. Les autres parties sont sensiblement identiques à celles des premier et deuxième modes de réalisation, de sorte qu'on omettra d'en détailler la structure. La plaque de base 9 est orientée extérieurement suivant une direction horizontale parallèle aux alignements des rangées des premières bornes conductrices I à 8. Des fentes 30 sont formées, suivant la direction horizontale, depuis les deux côtés de la plaque de base 9. Les deux extrémités internes 32 de chaque fente 30, des deux côtés de la plaque de base 9, se raccordent à une rainure horizontale 10b. Les rainures verticales 10a se terminent dans les rainures horizontales 10b situées le plus à l'extérieur, comme celles de la figure 2(d). Les zones "ombrées" que l'on peut voir dans les fentes de la figure 4 représentent la couche métallisée 15 située sur une surface de fond de la partie inférieure de céramique 12a. Le troisième mode de réalisation fait apparaître une particularité spéciale de façon plus distinctive que le deuxième mode de réalisation lorsque le dispositif électronique doit être monté en surface sur une plaquette à câblage imprimé sur laquelle d'autres dispositifs électroniques ont déjà été montés. Le matériau de soudure utilisé lors de l'opération de soudage à une plaquette à câblage imprimé peut être facilement envoyé dans les petits intervalles ménagés dans les fentes 30. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICA TIONS 1. Dispositif électronique caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de boîtier (100) destiné à loger un dispositif électronique, et possédant une surface supérieure et une surface inférieure, une ou plusieurs premières bornes conductrices (1 à 8) placées sur le corps de boîtier, une deuxième borne conductrice (9) placée sur ladite surface inférieure du corps de boîtier et ayant une aire plane, et une partie rainure (10) réalisée dans l'aire plane de la deuxième borne conductrice. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite rainure traverse une partie notable de l'aire plane de la deuxième borne conductrice, I'aire plane formant une surface de contact de ladite deuxième borne conductrice. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs parties rainures qui comportent un premier ensemble de rainures parallèles et un deuxième ensemble de rainures parallèles, le premier ensemble de rainures coupant le deuxième ensemble de rainures. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier ensemble de rainures coupe perpendiculairement le deuxième ensemble de rainures. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface de contact comprend en outre une rainure périphérique courant à proximité du bord circonférentiel de ladite surface de contact et parallèlement à celui-ci, et en ce que les premier et deuxième ensembles de rainures se terminent dans la rainure périphérique. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier ensemble de rainures traverse toute l'aire plane de la surface de contact de la deuxième borne conductrice, et le deuxième ensemble de rainures se termine dans les deux rainures du premier ensemble qui sont situées le plus à l'extérieur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite surface de contact de la deuxième borne conductrice comprend plusieurs fentes formées des deux côtés de la surface de contact, et chaque rainure dudit premier ensemble de rainures se raccorde aux extrémités internes de deux dites fentes placées sur les côtés opposés de la surface de contact. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit boîtier comprend un pourtour latéral de céramique et en ce que lesdites première(s) et deuxième bornes conductrices sont fixées à une surface de fond du pourtour latéral de céramique, les surfaces de contact des première(s) et deuxième bornes conductrices étant formées sur un même niveau. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une pluralité desdites premières bornes conductrices sont disposées suivant deux rangées qui sont placées de part et d'autre de la surface de contact de la deuxième borne conductrice. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit premier ensemble de rainures est orienté parallèlement auxdites deux rangées et traverse toute la surface de contact de la deuxième borne conductrice, les rainures dudit deuxième ensemble se terminant dans les deux rainures du premier ensemble qui sont situées le plus à l'extérieur. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite surface de contact de la deuxième borne conductrice comprend plusieurs fentes formées des deux côtés de la surface de contact, les fentes étant découpées parallèlement à ladite direction des rangées, et chaque rainure dudit premier ensemble se raccorde aux extrémités internes de deux dites fentes placées sur les côtés opposés de la surface de contact. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième borne conductrice est une borne de mise à la terre du dispositif électronique. 13. Procédé de montage en surface du dispositif électronique défini dans la revendication 1 ou la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: imprimer un motif de pâte de soudure sur une plaquette à câblage imprimé en vue de la connexion de la deuxième borne conductrice, disposer ledit dispositif électronique sur la plaquette à câblage imprimé afin d'amener la surface de contact de la deuxième borne conductrice à se positionner sur le motif de pâte de soudure, et chauffer à une température de refusion de la pâte de soudure à la fois la plaquette à câblage imprimé et le dispositif électronique. 14. Procédé de montage en surface du dispositif électronique défini dans la revendication 8 ou la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: disposer ledit dispositif électronique sur une plaquette à câblage imprimé de manière à amener les surfaces de contact des premières bornes conductrices et de la deuxième borne conductrice à être positionnées sur des motifs de circuit de la plaquette à câblage imprimé, chauffer chacune des premières bomes conductrices à une température de refusion du matériau de soudure et lui fournir le matériau de soudure, et chauffer la deuxième borne conductrice à une température de refusion du matériau de soudure et fournir le matériau de soudure depuis les extrémités du premier ensemble de rainures se trouvant à la périphérie de la surface de contact de la deuxième borne conductrice.