Brevet FR2798249A1 — publié le 20010309

THERMODE A CHAUFFAGE RADIATIF A TEMPERATURE VARIABLE La présente invention concerne un dispositif permettant d'appliquer simultanément une pression et une élévation de température pour la réalisation de brasages ou de collages. Il est surtout destiné à la microélectro nique pour la réalisation d'interconnexions multiples entre des circuits flexibles, connecteurs, etc, d'une part, et des substrats rigides tels que des cartes électroniques, substrats verre d'afficheurs à cristaux liquides, circuits hybrides, circuits intégrés, etc., d'autre part. Ces connexions se font soit par brasage, soit par collage au moyen de colles à conductvité anisotrope. Il peut également être utilisé pour de multiples applications d'assemblage de films polymères, tôles fines, etc. par des techniques de soudure, brasage ou collage. Un tel dispositif s'appelle habituellement une thermode. Selon les opérations a effectuer, il en existe une grande diversité de formes, tailles et types de réalisation. On premier lieu, on distingue des thermodes à température constante et des thermodes permettant de travailler à température variable. La première classe est facile à réaliser avec des composants simples, et leur contrôle ne nécessite qu'un simple régulateur de température. Des thermodes à température variable sont par contre plus difficile à réaliser. Leur utilisation s'impose néanmoins dans tous les cas où l'interconnexion est réalisé par un matériau qui est liquéfié par la chaleur dégagée par la thermode, tel qu'une brasure ou un adhésif thermoplastique. Pour que l'interconnexion produite soit stable, la brasure ou l'adhésif thermoplastique utilisé doit avoir retrouvé l'état solide avant que la pression exercée par la thermode soit retirée. Les températures de mise en #uvre sont typiquement de l'ordre de 150* à 300*C. La thermode doit donc exécuter pendant le pressage un cycle thermique composé d'une phase de chauffage, d'une phase à température plus ou moins constante, et d'une phase de refroidissement. Plusieurs types de thermodes à température variable sont actuellement commercialisé. Les plus courants correspondent aux applications américaines US 5,010,227, US 4,871,899 et US 5,229,575 Les deux derniers textes cités décrivent des thermodes où l'élément chauffant résistif est en contact direct avec les pièces à connecter. Or, les forces de pression à exercer nécessitent une certaine robustesse de cette partie de la thermode, qui se traduit par une certaine épaisseur de matière typiquement métallique et donc une résistance électrique très faible. Par conséquent, ses thermodes sont chauffés en y envoyant des courants très importants à très fable tension. L'importance des courants employés présente deux inconvénients majeurs : les alimentations nécessaires pour générer et surtout contrôler ces courants importants sont très cher Les raccordements électriques doivent être de section importante et constituent donc des fuites de chaleur qui tendent à refroidir les extrémités de la thermode, ce qui nuit à l'homogénéité de la température sur la largeur de la thermode Dans les réalisations courantes, ces thermodes emploient souvent des matériaux onéreux comme le titane, et nécessitent des découpes complexes pour assurer une homogénéité suffisante de leur température à travers leur largeur. Le brevet américain US 5,010,227 décrit une thermode monobloc céramique. En utilisant une résistance hybride isolée de la partie de la thermode entrant en contact avec les pièces à joindre, cette approche évite tout risque électrique à ce niveu, et permet de choisir plus librement la résistance de l'élément chauffant. Néanmoins, il s'agit d'une pièce en céramique multicouches et donc peu économique à fabriquer. Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients des thermodes existantes en utilisant un procédé de chauffage différent. Il est constitué d'un corps métallique creux dans lequel est suspendu un émetteur infrarouge tel qu'une lampe halogène. Elle peut être de type éclairage ou du type émetteur infrarouge ondes courtes. La lampe n'a aucun point de contact avec le corps métallique, et le transfert d'énergie entre la lampe et le corps de la thermode se fait uniquement par vole radiative. L'arrêt de la lampe entraine l'arrêt immédiat du transfert de chaleur vers le corps de thermode, ce qui rend le contrôle de la température du corps de thermode très facile. Le refroidissement de la thermode se fait en injectant un fluide gazeux dans le corps de la thermode. Pour éviter toute contamination de la lampe halogène et le refroidissement de la lampe, qui serait nuisible pour sa durée de vie et réduirait l'efficacité du refroidissement de la thermode, l'injection de fluide de refroidissement doit de préférence se faire dans un espace séparé de celui occupé par la lampe. Le fluide de refroidissement sera le plus souvent de l'air comprimé, mais l'azote ou le dioxyde de carbone peuvent également servir à cet usage. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe, le dispositif de l'invention La figure 2 représente le dispositif vu de face En référence à la figure 1, l'ensemble est constitué d'une source infrarouge (1) placée à l'intérieur de la partie centrale du corps de thermode (2) qui est rendu solidaire de la partie extérieure du corps de thermode (3) sur toute la longueur et au voisinage de la surface active (4). Le corps de thermode est monté sur un support isolant thermique (5) qui est typiquement composé de plusieurs pièces à l'intérieur duquel sont ménagé des canalisations (6) pour le fluide de refroidissement. Des buses de refroidissement (7) projettent le fluide de refroidissement entre la partie intérieure (2) et la partie extérieure (3) du corps de thermode. Un thermocouple (8) permet de contrôler la température du dispositif. La partie centrale (2) est fixée à l'intérieur de la partie extérieure par brasage fort ou soudure. Les deux parties peuvent aussi être faits d'une seule pièce, préférentiellement sous forme de profilé extrudé. En référence à la figure 2, la lampe (1) traverse le corps de thermode (3) qui est fixé sur le support central (5). Deux supports latéraux (9) tiennent la lampe et intègrent les contacts pour l'alimentation électrique de la lampe. Le thermocouple (8) est fixé sur le corps de thermode à proximité de la surface active (4). Avantageusement, les deux parties de la thermode sont réalisés dans des matériaux différents optimisés pour le rôle de chacune des parties. La partie centrale est de préférence réalisée dans une matière présentant une excellente conductivité thermique, comme par exemple du cuivre ou de l'aluminium. La partie extérieure a surtout pour rôle d'assurer la stabilité de l'ensemble et ne doit pas être mouillable par les brasures utilisées dans le cas des thermodes destinées à la brasure. Des matériaux tels que l'acier, les aciers inoxydables ou le titane présentent ces caractéristiques, avec le cas échéant des traitements de surface adaptés pour éviter que leur surface extérieure soit mouillée par la brasure mise en oeuvre. Il est évident que la combinaison de matériaux utilisée doit permettre l'assemblage par brasure fort ou soudure. L'aluminium est un cas particulièrement intéressant car il répond aux besoins des deux parties de la thermode de par ces propriétés mécaniques et thermiques et par la facilité de sa mise en #uvre. Il est donc le matériau de choix pour un corps de thermode monobloc. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la réalisation de connexions en microéléctronique par brasage ou collage à conductivité anisotrope. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'appliquer simultanément une pression et une élévation de température pour la réalisation de brasures ou de collages, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps métallique creux divisé en deux parties (2, 3) monté sur un support isolant thermique (5) à l'intérieur duquel sont ménagés des canalisations (6) pour un fluide de refroidissement, qu'il est chauffé par une source de lumière ou d'infrarouge (1) placé à l'intérieur de la partie centrale (2) et refroidi par injection du fluide de refroidissement entre les deux parties du corps métallique par des buses (7), la jonction entre la partie centrale (2) et la partie extérieure (3) se situant à l'endroit (4) où pression et élévation de température sont appliqués aux pièces à joindre, et sur toute la longueur du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source de lumière visible ou infrarouge est une lampe halogène de type éclairage ou infrarouge ondes courtes 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide utilisé pour le refroidissement est de l'air, de l'azote ou du dioxyde de carbone 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie extérieure (3) et la partie centrale (2) du corps métallique sont assemblés par soudure ou par brasage fort 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie extérieure (3) et la partie centrale (2) du corps métallique sont fabriqués en deux matières différentes, la partie centrale étant fabriqué en matière à forte conductivité thermique telle que le cuivre ou l'aluminium, la partie extérieure étant fabrique en matière perrnettant d'assurer une stabilité mécanique suffisante tel que l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable ou le titane 6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie extérieure (3) et la partie centrale (2) du corps métallique sont fabriqués en une seule pièce sous forme de profilé