Brevet FR2762714A1 — publié le 19981030

PROCEDE DE REALISATION ET DE BRASAGE DE BILLES DE CONNEXION ELECTRIQUE SUR DES COMPOSANTS ELECTRONIQUES ET MATERIEL A CET EFFET. La présente invention concerne un procédé de réalisation et de brasage de billes de connexion électrique sur des composants électroniques et le matériel à cet effet. Il est connu de réaliser la connexion électrique des composants électroniques au moyen de billes métalliques. Une des techniques connues consiste à fabriquer les billes puis à les poser sur les composants. Ces billes sont fabriquées séparément au diamètre voulu en un alliage d'étain et de plomb. Elles sont prélevées par un dispositif mécanique puis trempées dans du flux et enfin, elles sont déposées sur les plages d'accueil du composant. Le passage dans un four assure le brasage. Ce procédé a l'avantage d'obtenir des billes parfaitement calibrées. Cependant, la réalisation de ces billes est coûteuse. Le prix est de l'ordre de un centime la bille. En outre, l'opération s'effectue en deux temps un temps de fabrication des billes et un temps de pose, ce qui accroit le coût du composant. La deuxième technique connue consiste à réaliser directement les billes à partir de refusion de crême à braser déposée par sérigraphie sur les plages d'accueil du composant. Cette méthode est très productive quant à la mise en oeuvre et très intéressante quant au prix puisque de telles billes coûtent deux fois et demi moins cher que celles de la technique précédente. Mais cette technique ne peut être utilisée que pour des billes de faible dimension. La crême à braser est constituée d'environ 50% en volume de partie métallique et le reste de partie organique nécessaire pour transférer convenablement la crême par sérigraphie en lui donnant la rhéologie adaptée. Après refusion, seule la partie métallique du volume déposé dans chaque ouverture du pochoir a participé à la constitution de la bille par coalescence. Les exigences dimensionnelles souhaitées des billes et le PAS entre les billes conduisent à définir une ouverture maximum du pochoir et l'épaisseur de celui-ci. A un diamètre d'ouverture déterminé, il ne sera pas possible de dépasser une certaine valeur d'épaisseur de pochoir faute de quoi, le plot de crême à braser ne sera pas complètement démoulé du pochoir, une partie de la crème étant réentrainée par le pochoir. Après refusion, la bille sera plus petite. Avec cette technique qui sera expliquée dans la description et qui est illustrée aux dessins, il ne sera pas possible d'atteindre des tailles convenables de billes et surtout une parfaite régularité entre les billes car il y aura toujours entrainement de crème à braser sur le pochoir même si celui-ci a des dimensions adaptées. La présente invention vise à obvier à ces inconvénients en réalisant un procédé de réalisation et brasage des billes utilisant la sérigraphie qui permet d'obtenir des billes réalisées avec la totalité de la partie métallique contenue dans les ouvertures du pochoir ; de ce fait, les billes obtenues sont très régulières. A cet effet, le procédé de réalisation et de brasage de billes de connexion électrique sur des composants électroniques est caractérisé en ce que - il est fait usage d'une crême de rhéologie adaptée comprenant des microbilles métalliques susceptibles de s'agglomérer en une bille par coalescence et de se braser sur la plage d'accueil et un liant - ladite crême est déposée sur le composant par sérigraphie, - le pochoir utilisé présente une épaisseur et des dimensions d'ouverture déterminées en fonction du pas des billes â réaliser et de leur diamètre - après remplissage des ouvertures au moyen d'une racle, une refusion à chaud est réalisée avec le pochoir en place - le pochoir est enlevé après refusion - un nettoyage du liant dénaturé est effectué. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le procédé est caractérisé en ce que - il est fait usage d'une crème - la crême est déposée sur la plage d'accueil du composant par sérigraphie - sont utilisés un premier pochoir dit d'épaisseur et un deuxième pochoir très fin dit de transfert - l'épaisseur et les dimensions des ouvertures du premier pochoir sont déterminées en fonction du pas des billes à réaliser et de leur diamètre ; - les ouvertures du deuxième p ocho i r sont de forme identiques à celles du premier pochoir - après remplissage des ouvertures au moyen d'une racle, le deuxième pochoir est enlevé - une refusion à chaud est réalisée - le premier pochoir est enlevé après refusion - un nettoyage du liant dénaturé est effectué. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description ciaprès de formes de réalisation de l'invention données à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins joints dans lesquels - la figure 1 (planche 1) concerne un des modes de réalisation de l'art antérieur - les figures 2 à 5 représentent un autre procédé de réalisation (de l'art antérieur) par sérigraphie - les figures 6 et 7 représentent la technique du dosage par sérigraphie - les figures 8-9 illustrent la difficulté du dosage par sérigraphie ; - la figure 10 illustre la solution imparfaite aux problèmes du dosage par sérigraphie - les figures llA, llB et lic illustrent une première forme de réalisation de l'invention ; - les figures 12A à 12D illustrent une autre forme de réalisation de l'invention. En figure 1 est représenté un procédé de l'art antérieur de soudure de billes de connexion électrique sur un circuit imprimé. En 1, les billes 1 sont représentées en vrac. Ces billes sont préfabriquées et calibrées. En 2 est représenté le circuit imprimé 2 avec ses plages d'accueil 3, chacune des plages d'accueil 3 doit recevoir une bille par soudage. En 4 est représenté le dispositif de préhension des billes 1. Ce dispositif peut être par exemple pneumatique. Il est conçu pour prendre les billes suivant le pas de leur répartition sur le composant. Les billes subissent un trempage dans du flux (non représenté) puis elles sont déposées sur le composant et soudées par passage dans un four, ce qui donne le produit représenté en 5. Ce procédé présente les inconvénients mentionnés au préambule du brevet. Aux figures 2, 3, 4, 5, sont représentés schématiquement une réalisation et un soudage, par brasage, de billes par sérigraphie selon l'art antérieur. En figure 2 est représenté le composant 2 avec les plages d'accueil des billes. En figure 3 est représenté le pochoir de sérigraphie 6 dont les ouvertures ont été remplies de manière connue au moyen d'une racle de type connue par une crême 7 comprenant des microbilles métalliques susceptibles de s'agglomérer en une bille par coalescence et de se braser sur la plage d'accueil et un liant organique. En théorie, l'enlèvement du pochoir laisse sur le composant 2 des dépôts 8 qui correspondent aux dimensions des ouvertures du dit pochoir. Après refusion par passage dans un four, les dépôts 8 donnent les billes 1 comme schématisé en figure 5, ces billes étant brasées sur les plages d'accueil. Cette vision du problème est très théorique et ne correspond pas à la réalité. Comme représenté en figure 6, lors du dosage par sérigraphie, les ouvertures du pochoir sont remplies selon leurs dimensions et l'épaisseur du pochoir. Dans la figure 7, on a représenté le démoulage. L'ouverture 9 de petite dimension va laisser un petit dépôt, une grande quantité de crême 10 étant retenue par l'ouverture du pochoir. L'ouverture 11 de plus grande dimension et plus en rapport avec l'épaisseur du pochoir, va laisser un dépôt plus important sur le substrat, en l'espèce le composant. Cependant, une quantité 12 de creme est retenue dans le pochoir. C'est le problème de la sérigraphie qui est accentué par le caractère spécifique de la crème utilisée, en l'espèce de la crême à braser qui comprend pour cinquante pour cent en volume des microbilles métalliques qui donneront par coalescence la bille 1 et cinquante pour cent de liant organique ou flux qui sera délité. De ce fait, les billes après refusion seront plus petites que le dépôt réalisé. En figure 8 est représenté un exemple du problème posé dans la réalisation de billes sur un composant par sérigraphie de crême à braser. Pour un pas entre billes 1 déterminé et une hauteur de billes Hl, il faut déposer un plot 13 de crème à braser dont le volume est un cylindre de diamètre d2 et de hauteur H2. Lorsque comme représenté en figure 9, la valeur du rapport H2 sur d2 augmente, c'est le cas des grandes ouvertures pour avoir des billes de bonne dimension, il y a risque au démoulage d'affaissement des plots de crème à braser, et plus le rapport d2 sur pas est grand (celui-ci tendant vers 1), il se réalise un risque de jonction des plots de crème à braser déposée. Lors de la refusion réalisant les billes, celles-ci formeront un pont comme schématisé en 14. Pour éviter des ponts, il suffit théoriquement de diminuer la valeur du rapport d2 sur pas jusqu'à la bonne valeur et d'en déduire la hauteur H2 du plot nécessaire sachant que la hauteur de la bille constituée doit être H1. Hors, à la hauteur nécessaire H2 du pochoir, le plot de crème à braser ne pourra plus être démoulé ; seul un plot 15 sera réalisé et une partie 16 de la crême à braser sera ré-entrainée dans le pochoir avec pour conséquence des billes plus petites que désirées. Face à ce problème, l'invention apporte une solution dont les exemples de réalisation sont représentés aux figures llA à llC et aux figures 12A à 12D. Selon le procédé objet de l'invention de réalisation et de brasage de billes de connexion électrique sur des composants électroniques 2, il est fait usage d'une crême à rhéologie adaptée comprenant des microbilles métalliques, susceptibles de s'agglomérer en une bille par coalescence et de se braser sur la plage d'accueil 3 ; et un liant organique ou flux. Au moyen d'un pochoir 6 dont la hauteur H2 et les dimensions d'ouverture sont déterminées, la fonction du PAS des billes à réaliser et de leur diamètre, la crême à braser est déposée par sérigraphie ou moyen d'une racle 17. Après remplissage des ouvertures, une refusion schématisée en figure llB est réalisée par passage dans un four ou par chauffage par tout moyen. Cette refusion donne les billes 1, le pochoir servant de moule pendant la refusion. I1 y a ainsi passage de la forme cylindrique à la forme sphérique à l'intérieur d'un moule posé sur le composant. Après refusion (llC), le pochoir est enlevé et un nettoyage du liant dénaturé est effectué par tous moyens connus. Aux figures 12A à 12D est représentee une autre forme de réalisation de l'invention selon ce nouveau procédé, il est fait usage d'une crème à braser comllle mentionné précédemment qui est déposée sur les plages d'accueil du composant par sérigraphie. Sont utilisés pour cela un premier et un deuxième pochoir superposés et dont les ouvertures sont superposées. Le premier pochoir 6 dit d'épaisseur est celui utilisé dans le cas précédent. Le deuxième pochoir 18 dit de transfert est un pochoir très fin. L'épaisseur H1 du premier pochoir et les dimensions de ses ouvertures sont déterminées en fonction du PAS des billes à réaliser et de leur diamètre. Les ouvertures du deuxième pochoir 18 sont de forme identique à celles du premier pochoir 6 avec lesquelles elles se superposent. Après remplissage des ouvertures par la crême au moyen d'une racle, le deuxième pochoir 18 est enlevé. Une refusion à chaud est réalisé le premier pochoir 6 restant en place sur le composant. Puis les billes étant formées par coalescence des particules métalliques de la crême, le premier pochoir est enlevé et un nettoyage du liant dénaturé est réalisé. Le premier pochoir 6 selon l'invention est de nature à résister à la température de refusion. I1 doit être réalisé en un matériau non brasable par la crème. Avantageusement, le premier pochoir est en métal inoxydable par exemple en titane ou en un matériau synthétique. Le deuxième pochoir 18 peut être en tous matériaux traditionnellement utilisés pour la réalisation de pochoirs par exemple en métal ou polyester. Le deuxième pochoir a pour fonction de permettre un transfert remplissant complètement les ouvertures du premier pochoir. Le deuxième pochoir peut avoir une épaisseur de tordre de 100 microns. L'épaisseur de ce pochoir peut être comprise entre 0,05 millimètre et 0,15 millimètre. Le pochoir d'épaisseur ou premier pochoir 6 peut avoir une épaisseur entre 0,25 à 0,8 millimètre. Les essais ont été effectués avec un pochoir 6 d'épaisseur de 0,6 millimètres. Pour un composant avec un PAS entre billes de 1,5 millimètre et un diamètre de plage d'accueil de 0,8 millimètre en utilisant un diamètre d'ouverture de 1,2 millilllètre, on obtient une hauteur de billes de 0, 65 millimètre et un diamètre de billes de 0,92 millimètre. Pour un composant avec un PAS entre billes de 1,27 millimètre et un diamètre de plage d'accueil de 0,635 millimètre avec un pochoir 6 de 0,6 millimètre d'épaisseur et un diamètre d'ouverture de 1 millimètre, on obtient des billes de hauteur 0,55 millimètre et de diamètre 0,8 mm. Avec à la fois un premier pochoir d'épaisseur 0,6 millimètre et un deuxième pochoir 18 d'épaisseur 0,1 millimètre en prenant les mêmes PAS entre billes, les mêmes diamètres de plage d' accueil et les mêmes diamètres d'ouvertures de pochoir, on obtient des billes de respectivement 0,75 millimètre de hauteur et 1 millimètre de diamètre et de 0,67 millimètre de hauteur et 0,8 millimètre de diamètre. L'avantage de l'invention est évident puisque avec l'ancien procédé sérigraphique, une limite de réalisation a été atteinte avec un pochoir d'épaisseur 0,33 millimètre de diamètre et une ouverture de 1 millimètre, un PAS de 1,27 millimètre et un diamètre de plage de 0,635 millimètre ; la hauteur de bille obtenue a été de 0,39 millimètre avec des variations de hauteur pouvant varier de + 0,08 millimètre. Dans un tel cas, cette irrégularité entre billes est inacceptable et la hauteur maximuni est insuffisante. REVENDICATIONS = 1. Procédé de réalisation et de brasage de billes de connexion électrique sur des composants électroniques est caractérisé en ce que - il est fait usage d'une crème de rhéologie adaptée comprenant des microbilles métalliques susceptibles de s'agglomérer en une bille par coalescence et de se braser sur la plage d'accueil et un liant ; - ladite crême est déposée sur le composant par sérigraphie, - le pochoir (6) utilisé présente une épaisseur et des dimensions d'ouverture déterminées en fonction du pas des billes à réaliser et de leur diamètre - après remplissage des ouvertures au moyen d'une racle, une refusion à chaud est réalisée avec le pochoir en place - le pochoir est enlevé après refusion - un nettoyage du liant dénaturé est effectué. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que - il est fait usage d'une crême ; - la crême est déposée sur la plage d'accueil du composant par sérigraphie - sont utilisés un premier pochoir (6) dit d'épaisseur et un deuxième pochoir (18) très fin dit de transfert - l'épaisseur et les dimensions des ouvertures du premier pochoir sont déterminées en fonction du pas des billes à réaliser et de leur diamètre - les ouvertures du deuxième pochoir sont de forme identiques à celles du premier pochoir - après remplissage des ouvertures au moyen d'une racle, le deuxième pochoir est enlevé - une refusion à chaud est réalisée - le premier pochoir est enlevé après refusion - un nettoyage du liant dénaturé est effectué. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que par coalescence de la crème, il y a passage de la forme tubulaire à la forme sphérique à l'intérieur d'un moule posé sur le composant. 4. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce qu'il est fait usage de deux pochoirs, un premier pochoir (6) d'épaisseur et un deuxième pochoir (18), le premier pochoir (6) étant résistant à la température de refusion. 5. Pochoir (6) pour la mise en oeuvre de l'invention selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu il est résistant à la température de refusion et non brasable. 6. Pochoir (6) selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il est réalisé en métal. 7. Pochoir (6) selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il est réalisé en un matériau synthétique. 8. Pochoir (6) selon les revendications 5, 6 et 7 caractérisé en ce que son épaisseur est comprise entre 0,25 à 0,8 millimètre. 9. Pochoir (18) seloii la revendication 4 caractérisé en ce que son épaisseur est comprise entre 0,05 et 0,15 millimètre.