Brevet FR2735408A1 — publié le 19961220

La présente invention concerne un fondant de brasage et, en particulier, un fondant à utiliser avec des préformés de brasage, tels qu'une perle de brasage, un joint de brasage et une boulette de brasage. Récemment, les préformés de brasage ont été largement utilisés pour souder des dispositifs électroniques. Les perles de brasage sont utilisées, par exemple, pour former des bosses pour des boîtes à réseau grille/perles (BGA), les joints de brasage sont utilisés pour souder les couvercles des boîtes à semiconducteurs, et les boulettes de brasage sont utilisées pour fixer des dispositifs à circuits intégrés sur des substrats. Lorsqu'un fondant et un préformé de brasage sont utilisés pour réaliser un brasage, le fondant est d'abord appliqué sur une zone prédéterminée d'un substrat, le préformé de brasage est ensuite placé sur ce dernier, et l'assemblage de brasage résultant est envoyé dans un dispositif de chauffage, tel qu'un four à fusion, dans lequel le brasage est achevé. Les fondants classiques pour une telle utilisation comprennent de la colophane et un activateur dissous dans un solvant à bas point de fusion (appelé ci-dessous "solvant à bas point de fusion"), tel que l'alcool isopropylique (IPA) ou le 2-éthoxyéthanol. Lorsque le brasage est réalisé à l'aide de préformés de brasage, le préformé de brasage ne doit jamais glisser de sa position de montage voulue, et il ne doit jamais être déplacé de la position de montage. Dans le cas de la soudure de boîtes de BGA, par exemple, il y a plusieurs centaines de pastilles sur chacune desquelles la perle de brasage doit être placée. Ainsi, si l'une des centaines de perles de brasage se déplace de sa pastille assignée, le dispositif de BGA, après brasage, ne fonctionnera pas, et un dispositif de BGA relativement coûteux sera perdu. Ceci est dû au fait que toutes les pastilles de soudure doivent être reliées à leur propre destination par les perles de brasage respectives. Toutefois, pendant le brasage, les préformés de brasage glissent facilement et quittent leur pastilles respectives, cet inconvénient étant globalement appelé "déplacement". En particulier, lorsque le brasage est réalisé à l'aide d'une perle de brasage dans un four à fusion, le déplacement de la perle de brasage de la pastille assignée se produit fréquemment. Ceci est dû au fait que la perle de brasage est ronde, et peut facilement rouler. De plus, comme le substrat sur lequel la perle de brasage est placée est incliné souvent, et comme le substrat est parfois soumis à des chocs mécaniques, lorsque le substrat est transféré sur un dispositif de transport traversant le four à fusion, un déplacement de la perle de brasage se produit relativement facilement et est pratiquement inévitable dans des conditions habituelles.De même, lorsque le substrat est soumis à une vibration, ce déplacement se produit facilement. En outre, les dispositifs électroniques sur lesquels est réalisé un brasage avec des préformés de brasage doivent être dépourvus de résidu de fondant, parce que le résidu de fondant qui reste après le brasage non seulement réduit la résistance d'isolation de ces dispositifs électroniques, mais entraîne aussi un dysfonctionnement du dispositif en raison de la formation d'un produit de corrosion. Ainsi, il est nécessaire d'éliminer complètement par lavage le résidu de fondant après avoir soudé ces dispositifs électroniques. Dans ce but, on utilise de façon classique des nettoyants, tels que Fron (marque de commerce) et du trichloréthylène, qui peuvent dissoudre efficacement la colophane, pour laver un dispositif électronique ou un substrat après le brasage. Toutefois, ces nettoyants posent de sérieux problèmes de pollution en contribuant à la destruction de la couche d'ozone, ainsi qu'à la pollution de l'eau des nappes. Par conséquent, on a récemment largement utilisé des alcools à la place des nettoyants mentionnés précédemment, puisque l'utilisation d'alcools ne produit pas ces problèmes de pollution. Ainsi, le fondant à utiliser en soudure avec des préformés de brasage doit être éliminé par lavage avec un alcool. On stocke parfois le fondant pendant un temps substantiel avant l'emploi. Pendant le stockage, le poisseux du fondant diminue progressivement. Si l'on pouvait maintenir constant le poisseux, même après une durée de stockage substantielle, il serait relativement facile d'utiliser ces nettoyants. Dans une ligne de production, après l'application d'un fondant sur un substrat, on laisse parfois le substrat durant une nuit sans placer sur ce dernier de préformés de brasage. Par exemple, lorsqu'on réalise l'application du fondant juste avant la fin de la journée de travail, et que l'on doit remettre le placement des préformés de brasage au lendemain, il serait avantageux dans ces situations de maintenir le poisseux du fondant jusqu'au lendemain. Ainsi, le fondant de soudure utilisant des préformés de brasage doit non seulement présenter un fort poisseux, mais doit aussi conserver ce fort poisseux pendant une durée plus longue, même pendant le stockage ou après l'application du fondant sur le substrat, par exemple. Comme il ressort de ce qui précède, il est difficile d'éviter le déplacement des préformés de brasage pendant le brasage avec des préformés de brasage. La principale cause du déplacement provient du fait que les fondants classiques possèdent un poisseux si faible que les préformés de brasage qui sont placés en des endroits désignés sur un substrat se déplacent facilement lorsque le substrat est un tant soit peu incliné ou lorsque le substrat subit des chocs mécaniques dans un four à fusion, ou lorsque le substrat vibre lors du transport. Le déplacement des préformés de brasage peut aussi se produire dans le four à fusion lorsque des fondants classiques sont utilisés, parce que les fondants classiques s'affaissent rapidement lors d'un chauffage à 100 - 150 C dans la zone de préchauffage du four à fusion, en raison d'une faible teneur en colophane. Un autre problème est que les résidus de fondant, après soudage avec un fondant classique, sont difficiles à éliminer par lavage avec un alcool. En outre, comme le poisseux des fondants classiques se dégrade au cours du temps après leur application sur un substrat, il peut se produire un déplacement d'un grand nombre de préformés de brasage qui ont été placés sur des pastilles du substrat. Le but de la présente invention est de fournir une composition de fondant qui possède un fort poisseux, qui ne s'affaisse pas lors d'un chauffage dans un four à fusion, qui peut être facilement éliminée par lavage avec un alcool, et qui est capable de conserver ce fort poisseux pendant une période prolongée. Les inventeurs de la présente invention ont découvert qu'une 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée possède une excellente solubilité dans la colophane, ainsi qu'une excellente compatibilité avec les alcools. Les inventeurs ont remarqué aussi qu'un fondant peut conserver son poisseux après son application sur un substrat, s'il est maintenu à l'état humide. La présente invention concerne, par conséquent, une composition de fondant à utiliser avec des préformés de brasage, qui comprend de la colophane et une 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée, la teneur en 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée étant de 3 - 50% en poids. Sous un autre aspect, la présente invention concerne une composition de fondant à utiliser avec des préformés de brasage, qui comprend de la colophane, une 2-pyrrolidone N non substituée ou N-substituée et un solvant de type ester à point d'ébullition élevé (appelé "solvant à point d'ébullition élevé" ou "solvant de type ester à point d'ébullition élevé" ci-dessous), la teneur en 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée étant de 3 - 50% en poids et la teneur en solvant de type ester n'étant pas supérieure à 30% en poids. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le solvant de type ester à point d'ébullition élevé est au moins un solvant choisi dans le groupe constitué par un ester sébaçate, un ester phtalate, un ester abiétate et un ester stéarate. On peut ajouter un colorant ou un pigment oléosoluble, à raison de 0,05 à 5,0% en poids, à la composition de fondant de la présente invention, pour colorer l'emplacement où le fondant a été appliqué. Une teneur préférée est de 0,05 à 1,0% en poids. Plus spécifiquement, elle est de 0,1 à 0,5% en poids. Selon la présente invention, comme solvant de la colophane, on ajoute 3 - 50% en poids de 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée au fondant contenant la colophane à utiliser pour un brasage avec des préformés de brasage. On détermine le poisseux d'un fondant par sa teneur en colophane. Plus la teneur en colophane est élevée, plus le poisseux du fondant est élevé. Pour conserver un certain niveau de poisseux qui soit suffisant pour maintenir les préformés de brasage en place, on ajoute au moins 50% en poids de colophane. Toutefois, des solvants classiques, tels que l'alcool isopropylique ou le 2-éthoxydiéthanol, ne peuvent dissoudre que jusqu'à 50% en poids de colophane. En revanche, la 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée peut dissoudre 50% en poids de colophane ou plus. On peut représenter la 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée (appelée simplement "pyrrolidone" ci dessous) par la formule générale suivante: dans laquelle R représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle comportant 1 - 10 atomes de carbone ou un groupe phényle; de préférence R représente un groupe alkyle inférieur comportant 1 - 4 atomes de carbone. Comme la pyrrolidone présente une toxicité relativement faible, qu'elle est compatible avec les alcools, et qu'elle est dépourvue d'affaissement au chauffage en raison de ses propriétés de point d'ébullition élevé, la pyrrolidone est un fondant de soudure intéressant. Le fondant de la présente invention comprend 3 - 50% en poids de pyrrolidone. Lorsque la teneur en pyrrolidone est inférieure à 3% en poids, il est impossible de dissoudre une grande quantité de colophane. D'autre part, lorsque la teneur en pyrrolidone est supérieure à 50% en poids, la teneur en colophane diminue proportionnellement, conduisant à un fondant moins poisseux. Une teneur préférable en pyrrolidone est de 4 - 40% en poids, une teneur particulièrement préférable étant de 5 - 20% en poids. Le fondant de la présente invention peut, en outre, comprendre un solvant de type ester à point d'ébullition élevé, à raison de 30% en poids ou moins. Selon la présente invention, on peut maintenir un niveau de poisseux voulu en n'ajoutant que de la pyrrolidone. Toutefois, lorsqu'on ajoute le solvant en une proportion supérieure à 30% en poids, la présence de cette grande quantité de solvant a en fait un effet préjudiciable sur la dissolution de la colophane dans la pyrrolidone. Une teneur préférable en solvant de type ester à point d'ébullition élevé est de 20% en poids ou moins. Bien qu'il n'y ait pas de limite inférieure spécifique à la teneur en solvant, habituellement l'addition de ce solvant en une proportion de 10% en poids ou plus est efficace pour les besoins de la présente invention. Le solvant de type ester à point d'ébullition élevé utilisé dans la présente invention est un solvant ayant un point d'ébullition supérieur au point de fusion du brasage, à savoir 200C, et n'est pas limité à un solvant spécifique pourvu qu'il possède un tel point d'ébullition. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le solvant de type ester à point d'ébullition élevé est au moins un solvant choisi dans le groupe constitué par les esters sébaçates, les esters phtalates, les esters abiétates et les esters stéarates. Ces esters sont moins toxiques que l'alcool isopropylique, et possèdent une excellente compatibilité avec l'alcool. Dans un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, on peut combiner avec la composition de fondant de la présente invention des colorants, tels que la 1,4-butylamine-anthraquinone (bleu), des isoindolinones (vert), des quinacridones (rouge), le bleu de phtalocyanine (bleu) et des pigments azoïques solubles, pour colorer les emplacements où l'on a appliqué le fondant. Après application du fondant, il est facile de déterminer par une observation visuelle ou un traitement de l'image si l'application du fondant a été bien réussie. Le fondant de la présente invention peut, en outre, comprendre un activateur, du bromhydrate de diéthanolamine, de l'acide adipique, et analogues, comme élément facultatif. Habituellement, la proportion totale de ces additifs est limitée à 3% en poids ou moins. Certains exemples de compositions de fondant préférées de la présente invention sont énumérés ci-dessous, où % signifie % en poids. Composition de fondant I: 2-Pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée: 3 50% Colophane: complément Composition de fondant II: 2-Pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée: 3 50% Activateur (amines) : 1,0% ou moins Colophane: complément Composition de fondant III: 2-Pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée: 3 50% Solvant de type ester à point de fusion élevé: 30% ou moins Colophane: complément Composition de fondant IV: 2-Pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée: 3 50% Solvant de type ester à point de fusion élevé: 30% ou moins Activateur (amines): 1,0% ou moins Colophane: complément Composition de fondant V: 2-Pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée: 3 50% Solvant de type ester à point de fusion élevé: 30% ou moins Activateur (amines): 1,0% ou moins Colorant: 0,1 - 0,5% Colophane: complément La présente invention est décrite plus en détail avec les exemples de travail qui sont uniquement présentés à titre d'illustration, et ne limitent en aucune façon la présente invention. Exemples On prépare les fondants ayant les compositions indiquées dans le tableau 1, et on les soumet à un essai de chute, à un essai de déplacement et à un essai de nettoyage. Les résultats des essais pour les exemples de travail de la présente invention et pour les exemples comparatifs sont résumés dans le tableau 1. Eprouvette On utilise un substrat pour boites à PGA (réseau à grille/broches) ayant une épaisseur de 0,8 mm, des dimensions planes de 50x50 mm et 576 pastilles ayant chacune un diamètre de pastille de 0,6 mm. Essai de chute: (i) On applique le fondant sur un substrat BGA avec un distributeur, et on place des préformés de brasage, à savoir une perle de brasage, sur chacune des pastilles. Immédiatement après avoir placé la pastille de brasage, on retourne le substrat, et on compte le nombre de pastilles d'où la perle de brasage est tombée. Lorsque le nombre est égal à zéro, le résultat d'essai est noté "excellent". Lorsque le nombre vaut 1 - 10, le résultat d'essai est noté "bon". Lorsque le nombre est supérieur à 10, il est noté "mauvais". Ces résultats d'essai sont présentés dans la colonne intitulée "immédiat". (ii) On applique le fondant sur un substrat BGA avec un distributeur, et on place des préformés de brasage, à savoir une perle de brasage, sur chacune des pastilles 12 heures après l'application du fondant sur le substrat. Après avoir placé la pastille de brasage, on retourne le substrat, et on compte le nombre de pastilles d'où la perle de brasage est tombée. L'évaluation des résultats est la même que celle décrite dans le paragraphe (i) ci-dessus. Ces résultats d'essai sont présentés dans la colonne intitulée "après 12 heures". Essai de déPlacement On applique le fondant sur un substrat BGA avec un distributeur, et on place des préformés de brasage, à savoir une perle de brasage, sur chacune des pastilles, immédiatement après l'application du fondant sur le substrat. On chauffe ensuite le substrat dans un four à fusion. On détermine le nombre de perles de brasage qui ont bougé de leurs positions initiales pendant le chauffage dans le four à fusion. Lorsque le nombre de perles de brasage déplacées est égal à zéro, le résultat d'essai est noté "excellent". Lorsque le nombre vaut 1 - 10, il est noté "bon". Lorsque le nombre est supérieur à 10, il est noté mauvais Essai de nettoyage On immerge une éprouvette, que l'on a soumise à l'essai de déplacement, dans une solution alcoolique pendant 5 minutes. Après immersion, on observe l'état des résidus de fondant. Lorsque le résidu de fondant est entièrement éliminé par le lavage, le résultat d'essai est noté "excellent". Lorsqu'il reste une très faible quantité de résidu de fondant, il est noté "bon". Lorsqu'il reste une grande quantité de résidu de fondant, il est noté "mauvais". Ainsi, le fondant selon la présente invention présente un niveau amélioré de poisseux, de sorte qu'il ne se produit pas de déplacement d'une perle de brasage après son placement sur un substrat, même lorsque le substrat est incliné, soumis à des chocs ou à des vibrations à un degré habituellement rencontré dans une ligne de production, et même lorsque le substrat est chauffé dans un four à fusion. Le fondant de la présente invention peut assurer que chaque perle de brasage reste sur sa pastille désignée. De plus, le fondant de la présente invention présente une excellente compatibilité avec l'alcool, conduisant à un haut niveau de fiabilité du substrat après nettoyage. En outre, le fondant de la présente invention peut conserver son poisseux pendant une durée prolongée, de sorte qu'une grande flexibilité en termes d'opérations de fabrication peut être obtenue. Les avantages de la présente invention n'étaient pas encore connus dans l'art antérieur. Tableau I (Composition % en poids) Solvant à point Solvant à bas Activateur Colo- Essai de Essai de Essai de chute N-methyl-2- d'ébullition élevé point d'ébulli- phane nettoyage pyrrolidone tion dépla Sébaçate Phtalate IPA 2 - éthoxy- Diéthanol- Immédiat cement Après Alcool de de éthanol amine, HBr 12 dibutyle diéthyle heures Exemple 1 20 - - 0,1 Excellent bon bon bon comp. " 2 20 - - - 0,1 comp. bon bon bon bon " 3 20 20 - 0,1 Excellent Excellent Excellent Excellent comp. " 4 20 - 20 - 0,1 comp. Excellent Excellent Excellent Excellent Compara- - - - 50 - 0,1 comp. mauvais mauvais mauvais mauvais tif 1 " 2 - - - 50 0,1 comp. mauvais mauvais mauvais bon REVENDICATIONS 1. Composition de fondant à utiliser avec des préformés de brasage, qui comprend de la colophane et une 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée, la teneur en 2-pyrrolidone N-non substituée ou N-substituée étant de 3 - 50% en poids. 2. Fondant selon la revendication 1, qui comprend en outre un colorant de couleur à raison de 0,05 - 5,0% en poids. 3. Fondant selon la revendication 1, dans lequel le solvant de type ester à point d'ébullition élevé est un ou plusieurs solvants choisis dans le groupe constitué par les esters sébaçates, les esters phtalates, les esters abiétates et les esters stéarates. 4. Composition de fondant à utiliser avec des préformés de brasage, qui comprend de la colophane, une 2-pyrrolidone Nnon substituée ou N-substituée, et un solvant de type ester à point d'ébullition élevée, la teneur en 2-pyrrolidone Nnon substituée ou N-substituée étant de 3 - 50% en poids, et la teneur en solvant de type ester n'étant pas supérieure à 30% en poids. 5. Fondant selon la revendication 4, qui comprend en outre un colorant de couleur à raison de 0,05 - 5,0% en poids. 6. Fondant selon la revendication 4, dans lequel le solvant de type ester à point d'ébullition élevé est un ou plusieurs solvants choisis dans le groupe constitué par les esters sébaçates, les esters phtalates, les esters abiétates et les esters stéarates.