Brevet FR2828372A1 — publié le 20030207

La présente invention concerne un procédé de pose de boîtier à billes dans le domaine du montage de composants sur un circuit imprimé ou tout autre substrat. Il existe différentes techniques pour poser et souder (par brasure) des composants électroniques sur un substrat. Les techniques dépendent généralement de la forme des composants et des moyens prévus pour souder ceux-ci sur un substrat. Des composants CMS (Composant de Montage en Surface) comportent ainsi par exemple des pattes montées en surface qui sont fixées par brasage sur un circuit imprimé. Il existe également des boîtiers à billes contenant par exemple une puce électronique. Un tel boîtier comporte, à la place des pattes d'un composant CMS, des billes réalisées dans un matériau habituellement utilisé comme matériau d'apport dans une opération de brasage. On entend ici par substrat tout support d'interconnexion. A titre d'exemple non limitatif de substrat, on cite un circuit imprimé rigide, un circuit imprimé flexible, mais aussi un substrat hybride céramique (couche épaisse, couche mince, HTCC pour High Temperature Co-fired Circuit ou circuit cuit à haute température, LTCC pour Low Temperature Co-fired Circuit ou circuit cuit à basse température,...) ou similaire. Pour monter un boîtier à billes sur un circuit imprimé, il est connu de venir placer le boîtier à billes sur le circuit imprimé dans sa position finale et de venir faire fondre les billes, par exemple par apport de chaleur par convection, qui viennent ainsi, après refroidissement, solidariser le boîtier du circuit imprimé en assurant également un bon contact électrique entre ces éléments. Le montage des boîtiers à billes est effectué comme pour les CMS par un positionnement exact du boîtier à billes avant refusion des billes. Il présente en outre comme inconvénient de ne permettre que difficilement un contrôle de la bonne qualité des soudures réalisées. Un contrôle visuel de la qualité est éventuellement envisageable pour évaluer la hauteur du boîtier sur la carte après refusion. Si le boîtier semble plus aplati qu'auparavant, alors la refusion est a priori bonne. Le problème lié à ce contrôle visuel est l'appréciation aléatoire de la hauteur du boîtier sur la carte. Cette hauteur est d'autant plus difficile à appréhender que le boîtier est petit. Cette opération de contrôle est longue et fastidieuse. Elle est donc de ce fait coûteuse. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé de pose de boîtier à billes qui facilite le contrôle de la qualité des soudures réalisées. Avantageusement, ce procédé ne nécessitera pas la même précision au niveau de la pose du boîtier à billes sur le circuit imprimé que les procédés connus antérieurement. A cet effet, elle propose un procédé de pose d'un boîtier à billes dans lequel le boîtier à billes est placé sur un circuit imprimé ou similaire comportant des plots ou similaires destinés à recevoir chacun une bille, puis les billes sont fondues par apport de chaleur et réalisent la connexion électrique et mécanique après refroidissement. Selon l'invention, le boîtier à billes est positionné légèrement décalé par rapport à sa position centrée sur les plots avant fusion des billes, le décalage étant tel qu'aucune bille n'est décalée de plus de la moitié de la distance minimale la séparant de ses billes voisines. Il a été constaté qu'après fusion des billes du boîtier à billes, le boîtier vient alors se centrer automatiquement, sous l'effet des forces de tension de surface des billes en fusion, sur les plots du circuit imprimé. Il suffit alors de constater le déplacement du boîtier à billes après fusion des billes et de contrôler le bon positionnement du boîtier pour en déduire la qualité des soudures réalisées. Dans le procédé de pose ci-dessus, lorsque les billes du boîtier sont alignées en lignes et colonnes avec un pas régulier, le boîtier est par exemple positionné, par rapport à sa position centrée, décalé dans la direction d'une ligne ou d'une colonne d'une valeur strictement inférieure à la moitié du pas correspondant. Toujours dans le cas où les billes du boîtier sont alignées en lignes et colonnes avec un même pas régulier, le boîtier peut aussi par exemple être positionné, par rapport à sa position centrée, décalé en rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan du circuit imprimé et passant par le centre du boîtier d'un angle tel que pour les billes proches des coins du boîtier le décalage par rapport aux plots correspondants reste inférieur à la moitié du pas des billes. D'autres axes de rotation sont envisageables mais alors l'angle de rotation possible est plus faible et le déplacement du boîtier à billes est plus difficilement détectable. Le procédé de pose selon l'invention comporte aussi avantageusement une étape finale de contrôle au cours de laquelle un contrôle visuel est effectué pour contrôler que le boîtier à billes est bien positionné par rapport à des repères portés sur le circuit imprimé ou similaire. La présente invention concerne également un support destiné à recevoir un boîtier à billes, notamment un circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il comporte à proximité de l'emplacement prévu pour accueillir le boîtier à billes des repères d'alignement des bords du boîtier, ces repères correspondant à la position centrée du boîtier. Un tel support comporte en outre avantageusement au moins un repère correspondant à la position décalée du boîtier sur le support avant fusion des billes. Les détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : Figure 1 représente schématiquement en vue de dessus un composant à billes placé sur un circuit imprimé avant refusion des billes, Figure 2 est une vue de côté correspondant à la figure 1, Figure 3 est une vue correspondant à la figure 1 pour une variante de réalisation du procédé selon l'invention, Figure 4 correspond aux figures 1 et 3 et montre le boîtier à billes après refusion des billes, et Figure 5 est une vue de côté correspondant à la figure 4. Sur les figures 1 à 5 on a représenté un boîtier à billes 2 comportant neuf billes 4 régulièrement disposées sur trois rangées et trois colonnes. Bien entendu, la présente invention s'applique à tous types de boîtier à billes, quel que soit le nombre de billes et leur disposition. Le choix de n'avoir que neuf billes au dessin correspond à un souci de clarté notamment au niveau du dessin. Sur les figures 1,3 et 4, le boîtier à billes 2 est représenté en transparence et on ne voit apparaître que son contour. Ceci permet de mieux appréhender la position des billes 4. Le boîtier à billes 2 est destiné à être soudé, par brasage, sur un circuit imprimé 6 appelé aussi parfois PCB (Printed Circuit Board ou circuit imprimé). Des plots 8 sont prévus sur le circuit imprimé 6 aux endroits destinés à recevoir une bille 4 du boîtier à billes 2. Ces plots 8 sont également disposés en trois rangées et trois colonnes avec le même pas p que celui séparant les billes 4. On suppose ici que les colonnes et les lignes sont espacées les unes des autres du même pas p. Un pas différent entre les lignes et les colonnes est envisageable. Alors que dans les procédés connus de l'art antérieur on vient centrer les billes 4 sur les plots 8 pour venir souder le boîtier à billes 2 sur le circuit imprimé 6, le procédé selon la présente invention propose de décaler le boîtier à billes par rapport à cette position centrée. Les figures 1 à 3 illustrent un tel décalage. Les figures 1 et 2 montrent un boîtier à billes décalé par translation par rapport à la position centrée (que l'on aperçoit sur la figure 4). Le décalage est réalisé ici dans la direction d'une colonne de billes 4. On remarque ainsi sur la figure 1 qu'une ligne 10 de plots 8 est décalée d'une distance e par rapport à une ligne 12 de billes 4. Une fois le boîtier à billes 2 posé et positionné comme souhaité sur le circuit imprimé 6, de la chaleur est apportée au niveau des billes 4, par exemple, par convection. La température alors atteinte est suffisante pour faire fondre les billes 4. Celles-ci se retrouvent donc sous forme liquide. Le métal en fusion correspondant à chaque bille 4 a alors tendance à s'étaler sur le plot 8 correspondant. Les forces de tension de surface de la bille 4 en fusion modifient la forme de la goutte de métal en fusion correspondant à chaque bille 4 de telle sorte à minimiser le potentiel associé à ces forces. Ceci conduit alors la bille à venir prendre une forme sensiblement centrée sur le plot 8 correspondant. Ces forces de tension de surface sont assez importantes dans le cas présent pour entraîner tout le boîtier à billes. Ce dernier vient alors prendre la position centrée représentée sur les figures 4 et 5. On comprend aisément qu'un décalage du boîtier à billes autre que celui représenté schématiquement sur les figures 1 et 2 peut conduire également à un repositionnement"automatique"après fusion des billes 4 du boîtier à billes 2. La figure 3 montre une variante par rapport au procédé décrit cidessus. Dans cette variante, le boîtier à billes est non plus décalé en translation mais est légèrement pivoté par rapport à la position centrée visible sur la figure 4. Ici, par rapport à la position de la figure 4, le boîtier à billes a subi une rotation d'un angle a autour d'un axe perpendiculaire au plan du circuit imprimé 6 et passant par le centre du boîtier à billes 2, c'est-à-dire aussi par la bille centrale 4 de ce boîtier à billes 2. De même que pour un décalage en translation, une fois les billes en fusion, le boîtier à billes 2 se recentre pour prendre la position représentée sur les figures 4 et 5. D'autres décalages par rapport à la position centrée finale sont possibles pour le boîtier à billes avant fusion des billes. On peut envisager une translation de ce boîtier à billes dans une direction quelconque ou bien encore une combinaison d'une translation et d'une rotation. Toutefois, il apparaît que le décalage doit être limité pour éviter qu'une bille ne risque de venir se centrer sur un plot voisin et non pas sur le plot auquel elle correspond. Lorsque les billes sont réparties avec un pas régulier p dans les deux directions du plan dans lequel elles se trouvent, lors d'un décalage en translation, le déplacement restera inférieur à p/2 pour éviter tout problème. Dans le cas d'une rotation, autour d'un axe passant par le centre du boîtier à billes 2 ou tout autre axe perpendiculaire au circuit imprimé 6, on veillera à ce qu'aucune bille 4 ne soit déplacée de sa position centrée finale de plus que p/2. Dans le cas où le pas entre les billes n'est pas régulier, par exemple si l'espacement entre les lignes est différent de l'espacement entre les colonnes, on veillera lorsque le boîtier à billes est décalé que pour chaque bille le déplacement reste inférieur à la moitié de la plus petite distance séparant cette bille de ses billes voisines. Comme on l'a vu plus haut, le fait de décaler le boîtier à billes 2 sur le circuit imprimé 6 par rapport à la position dans laquelle on souhaite souder le boîtier à billes 2, entraîne un déplacement de ce boîtier à billes 2 suite à la fusion des billes 4. Ce déplacement n'est pas négligeable et est visible à 'oeil nu. Il peut donc être utilisé pour un contrôle visuel de la qualité des soudures réalisées. Si le déplacement du boîtier à billes 2 après la fusion des billes 4 n'est pas le déplacement attendu, on en déduit que la fusion des billes 4 n'a pas été réalisée correctement. La soudure du boîtier à billes 2 est alors considérée comme mauvaise. Pour faciliter le contrôle visuel de la qualité de la soudure du boîtier à billes 2 sur le circuit imprimé 6, il est proposé sur la figure 4 de prévoir des repères sur le circuit imprimé 6. En bas à droite sur cette figure 4, on remarque trois traits. On utilise par exemple ces traits lorsque le boîtier à billes 2 est positionné sur le circuit imprimé 6 avant fusion des billes 4 tel que représenté sur les figures 1 et 2. Dans cette position, le trait inférieur portant la référence 14 est sensiblement aligné avec un bord du boîtier à billes 2. Après fusion des billes 4, le bord qui se trouvait aligné avec le repère 14 doit se trouver entre les deux autres traits portant la référence 16. Un opérateur constate alors rapidement et sans effort important si le boîtier à billes est bien aligné entre les repères 16 ou s'il se trouve encore à proximité du repère 14. Le fait de prévoir ces repères 14 et 16 sur le circuit imprimé a un coût tout à fait négligeable mais facilite grandement le travail de l'opérateur chargé de contrôler la qualité de la soudure du boîtier à billes sur le circuit imprimé. Par rapport aux procédés de l'art antérieur, où le boîtier à billes est placé précisément à sa position finale avant de réaliser la soudure, le procédé décrit ci-dessus présente l'avantage d'une plus grande tolérance dans le positionnement du boîtier à billes 2. La présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Procédé de pose d'un boîtier à billes (2) dans lequel le boîtier à billes est placé sur un circuit imprimé (6) ou similaire comportant des plots (8) ou similaires destinés à recevoir chacun une bille (4), puis les billes sont fondues par apport de chaleur et réalisent la connexion électrique et mécanique après refroidissement, caractérisé en ce que le boîtier à billes (2) est positionné légèrement décalé par rapport à sa position centrée sur les plots (8) avant fusion des billes (4), le décalage étant tel qu'aucune bille n'est décalée de plus de la moitié de la distance minimale la séparant de ses billes voisines. 2. Procédé de pose selon la revendication 1 dans lequel les billes (4) du boîtier sont alignées en lignes et colonnes avec un pas régulier, caractérisé en ce que le boîtier (2) est positionné, par rapport à sa position centrée, décalé dans la direction d'une ligne ou d'une colonne d'une valeur strictement inférieure à la moitié du pas (p) correspondant. 3. Procédé de pose selon la revendication 1 dans lequel les billes (4) du boîtier sont alignées en lignes et colonnes avec un même pas régulier (p), caractérisé en ce que le boîtier (2) est positionné par rapport à sa position centrée décalé en rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan du circuit imprimé (6) et passant par le centre du boîtier d'un angle (a) tel que pour les billes proches des coins du boîtier le décalage par rapport aux plots correspondants reste inférieur à la moitié du pas (p/2) des billes. 4. Procédé de pose selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte aussi une étape finale de contrôle au cours de laquelle un contrôle visuel est effectué pour contrôler que le boîtier à billes (2) est bien positionné par rapport à des repères (14,16) portés sur le circuit imprimé (6) ou similaire. 5. Support, notamment circuit imprimé (6), destiné à recevoir un boîtier à billes posé en mettant en oeuvre un procédé de pose selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte à proximité de l'emplacement prévu pour accueillir le boîtier à billes (2) des repères (16) d'alignement des bords du boîtier, ces repères correspondant à la position centrée du boîtier. 6. Support selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un repère (14) correspondant à la position décalée du boîtier (2) sur le support avant fusion des billes (4).