Brevet FR2836860A1 — publié le 20030912

DISPOSITIF DE DEMOULAGE SOUS PRESSION DOMAINE D'APPLICATION : La présente invention trouve son application dans le domaine du transfert de produits plus ou moins visqueux à travers un masque. Plus particulièrement, elle est applicable à la sérigraphie de couches épaisses, comme par exemple elle est pratiquée dans le domaine de l'électronique pour déposer des crèmes à braser, des colles ou des encres. Lors de la sérigraphie de dépôts épais de crème à braser, il est rencontré une difficulté majeure qui limite les performances atteignables par ce procédé et qui est aujourd'hui une des causes majeures de défaut en assemblage électronique. Cette difficulté réside dans la limite de démoulage. En effet, il est communément admis que lorsque le ratio d'aspect (dimension minimum d'ouverture du pochoir divisée par l'épaisseur du pochoir) prend une valeur inférieure à 1.5 ou encore lorsque le ratio de surface (surface de l'ouverture du pochoir divisée par la surface des parois de l'ouverture du pochoir) prend une valeur inférieure à 0.66, le démoulage ne peut pas avoir lieu de façon totale et répétitive. Lorsque les ratios d'aspect et/ou de surface sont respectivement inférieurs à 1.5 ou à 0.66, une partie de la crème à braser est reentraînée par le pochoir lors de la séparation de ce dernier avec le substrat sur lequel le dépôt doit être réalisé. Ce problème de démoulage devient de plus en plus critique avec l'utilisation de composants présentant des interconnexions de plus en plus réduites et un niveau d'hétérogénéité dimensionnelle grandissant sur les cartes électroniques. En effet, il n'est pas rare aujourd'hui de voir cohabiter sur une même carte, des composants nécessitant des hauteurs de dépôts de crème à braser de 150 microns au minimum avec des composants présentant des plages d'accueil qui conduisent à des ratios de surface de l'ordre de 0.5. Une autre application pour laquelle le démoulage de la crème à braser est extrêmement critique est l'opération de réalisation de bossages d'entrées/sorties sur des composants matriciels quelquefois directement sur des wafers. Dans ce cas, on cherche généralement à obtenir par coalescence de la crème à braser, une calotte sphérique présentant sensiblement une hauteur correspondant à la moitié du pas d'interconnexion. 2 Or, un dépôt de crème à braser irrégulier entre les différents plots conduit à des variations de co-planéité des bossages. DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR : Des solutions ont été proposées pour repousser les limites du démoulage. HTI ou MPM qui sont deux fabricants d'équipements de sérigraphie préconisent d'appliquer une vibration au pochoir lors du démoulage de manière à faciliter la séparation entre le crème à braser et le pochoir. Leurs concurrents DEK ou PANASONIC quant à eux préconisent d'appliquer une vibration au substrat. Ces tentatives pour repousser les limites du démoulage ne permettent pas d'atteindre le but recherché et au contraire génèrent des défauts. En effet, lorsque la crème à braser est soumise à une vibration, on génère une ségrégation entre les particules métalliques et la partie organique qui la composent, ce qui à pour effet de provoquer un affaissement des plots de crème à braser et de conduire à la génération de court-circuits. Dans les brevets US5713275 et US5389148, des techniques de dépôts sans contact ont été développées. Elles consistent à pulvériser une encre ou un liquide contenu dans les pores d'un écran, à l'aide d'un couteau d'air et de les projeter grâce à l'énergie cinétique de l'air sur le substrat qui est espacé dudit écran. Ces procédés n'ont plus rien à voir avec une opération de sérigraphie pour laquelle il faut que le masque vienne obligatoirement, au moins temporairement, en contact intime avec le substrat de sorte à assurer une étanchéité entre ledit masque et le substrat et permettre ainsi d'obtenir des dépôts parfaitement définis et délimités. Cette contrainte de contact entre le pochoir et le substrat est particulièrement importante lorsque l'on cherche à déposer des plots de crème à braser d'au moins 100 microns de hauteur sur des plages d'accueil qui peuvent être à 100 microns voire moins, les unes des autres et qu'il ne faut pas que les plots ainsi déposés s'affaissent et se touchent. Les dépôts par pulvérisation tels que décrit dans les brevets ci-dessus ne permettent donc pas de réaliser ce type de dépôts. DESCRIPTION DE L'INVENTION : La présente invention vise à proposer une autre solution pour repousser les limites de démoulage. Elle se caractérise essentiellement en ce qu'elle consiste à appliquer une différence de pression positive entre la face de remplissage du masque par rapport à la face du masque en contact avec le substrat pendant la phase de séparation du pochoir et du substrat. De cette façon, le produit présent dans les ouvertures du pochoir ou du masque est poussé et cette force de poussée est additionnée à la force d'entraînement générée par l'adhésion du produit sur le substrat ce qui favorise le démoulage du plot de produit. Contrairement aux brevets de l'art antérieur, la force appliquée par la surpression doit être statique c'est à dire que la vitesse, perpendiculaire au masque, du fluide qui peut être de l'air ou tout autre gaz est limitée. A titre d'exemple non limitatif, des vitesses de l'ordre de 600 m/mn, voire inférieures, donnent de bons résultats. Dans tous les cas, on ne cherche pas à projeter le produit présent dans le masque sur le substrat car d'une part, les vitesses de gaz nécessaires à la projection conduisent à déformer les plots et à une non maîtrise de la surface de contact des plots sur le substrat et d'autre part, l'énergie cinétique du gaz injecté entre le masque et le substrat, détériore la forme des dépôts. Pour éviter ces phénomènes néfastes et selon une autre caractéristique de la présente invention, la surpression statique est obtenue par la création d'un coussin d'air, lors du mouvement de séparation du masque et du substrat, sur la surface de remplissage du pochoir. Le coussin d'air offre le double avantage de créer un surpression contrôlée dans une zone délimitée et de limiter le flux gazeux en débit et en vitesse à travers le masque. Généralement la sérigraphie de crème à braser à l'aide de pochoir métallique est réalisée en plaquant le pochoir sur toute la surface du substrat et il est procédé à une séparation à vitesse contrôlée du substrat et de l'ensemble du pochoir. Dans ce cas la surpression selon la présente invention doit être appliquée sur toute la surface de l'image à imprimer durant la phase de démoulage. Cette disposition est envisageable et est couverte par le champ de la présente invention, mais elle entraîne une difficulté liée à la force d'appui de la surpression sur le masque. En effet si l'on considère une image à imprimer de l'ordre de 600 cm2 et une surpression de 1000 Pa. cela conduit à une force d'appui sur le masque de 6 daN, ce qui entraîne une déformation en forme de cuvette du masque. Une autre disposition consiste à générer un coussin d'air à l'arrière de la racle de sérigraphie et à démouler la zone couverte par le coussin d'air au fur et à mesure de l'avancement de la racle grâce à un hors contact entre le pochoir et le substrat. La présente invention permet donc de repousser les limites actuelles de démoulage. Ainsi, elle donne la possibilité d'augmenter le volume de produit déposé sur des petites plages d'accueil, elle donne accès à de nouvelles applications comme par exemple la réalisation de bossages par refusion avec des niveaux de qualité et de répétabilité inatteignables à ce jour. Enfin, l'invention offre la possibilité d'utiliser des granulométries de crème à braser plus importantes. En effet, à ce jour pour des applications présentant des ratios d'aspect ou de surface critique, une alternative consiste à utiliser une crème à braser contenant des particules métalliques de dimensions plus faibles. Ceci permet d'améliorer légèrement le démoulage, par contre la durée de vie de ces crèmes à braser à faible granulométrie 20-30 microns voire moins, est considérablement réduite car la surface métallique exposée au phénomène d'oxydation augmente lorsque l'on diminue la granulométrie. De plus, les crèmes à braser à faible granulométrie coûtent plus cher que les crèmes du type standard 25-45 microns. Il est donc extrêmement intéressant de pouvoir continuer à utiliser des crèmes à braser standard malgré la réduction des ouvertures dans les pochoirs. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la description des figures jointes données à titre d'exemples non limitatifs. En figure 1 est montré en coupe, un plot de crème à braser lors de la séparation du pochoir et du substrat. En figure 2 est montré en coupe, un exemple de réalisation de la présente invention. En figure 3 est montrée en coupe, une alternative de réalisation de la présente invention. En figure 1 est représenté en cours de démoulage un plot de crème à braser (4) composé de billes métalliques (11) et de flux (12). Le plot de crème à braser doit être déposé à la surface d'une plage d'accueil (2) d'un substrat (1). Afin de pouvoir réaliser une interconnexion ultérieure de qualité acceptable, on cherche à vider l'orifice (7) du masque (3) de façon complète avec le moins de déformation possible du plot. Or, comme cela a été expliqué précédemment, lorsque les ouvertures du masque atteignent certaines limites critiques, le démoulage devient extrêmement difficile et dans certains cas il est soit partiel, soit inexistant. Ces limites peuvent être déterminées par le biais d'un ratio d'aspect et d'un ratio de surface précédemment définis. Comme on peut le voir sur la figure 1, en cours de démoulage, le plot est soumis à une force d'adhérence sur la plage d'accueil qui s'oppose à une force de ré-entraînement par le pochoir. On considère généralement que le poids du plot est négligeable par rapport aux autres forces et nous n'en tiendrons pas compte ici. Lorsque les ratios d'aspect et/ou de surface atteignent les valeurs critiques, respectivement 1. 5 et 0. 66, voire inférieures, la force de ré-entraînement par le pochoir devient supérieure ou égale à la force d'adhérence sur la plage d'accueil, ce qui conduit à un mauvais démoulage. La présente invention vise à déplacer les limites de démoulage en appliquant une surpression statique ou quasistatique, sur le dessus du pochoir lors de la phase de démoulage. Cette surpression pourra être appliquée de différentes façons sans sortir du champ de la présente invention. Toutefois la réalisation d'un coussin gazeux (5) permet d'obtenir une pression statique parfaitement contrôlée et constitue donc un mode préférentiel de réalisation de la présente invention. La pression du gaz qui peut être de l'air ou tout autre gaz comme par exemple l'azote pour limiter les phénomènes d'oxydation, génère une force d'appui sur le plot de crème à braser, qui s'additionne à la force d'adhérence sur la plage d'accueil et permet donc ainsi de favoriser le démoulage. Des essais ont permis d'obtenir des démoulages complets et répétitifs avec des pochoirs d'épaisseur 125 microns ayant des ouvertures présentant un ratio de surface de 0. 45. En figure 2 est représenté un mode de réalisation particulièrement intéressant de la présente invention. Comme on peut le voir un dispositif de transfert (9) de produit (10) qui peut être une racle ou un dispositif d'injection directe est déplacé dans le sens A en appui contre un substrat (1). Entre le dispositif (9) et le substrat (1) est intercalé un pochoir de sérigraphie (3), tendu sur un cadre (8). En position repos, le pochoir est espacé du substrat (1) par un hors contact qui peut être réglé sur l'équipement de sérigraphie non représenté. En position de travail, le pochoir est poussé en contact intime avec le substrat par le dispositif de transfert (9) et au fur et à mesure de l'avancement de ce dernier, le pochoir se sépare du substrat et provoque donc le démoulage des plots (4). C'est donc dans la zone de démoulage à l'arrière du dispositif de transfert par rapport au sens d'avance qu'il est judicieux de placer le dispositif objet de la présente invention. Dans l'exemple de réalisation montré en figure 2, le dispositif est constitué d'une arrivée d'air (14) répartie sur toute la longueur de l'image à imprimer et grâce à la paroi (6) et de la lèvre (13), il est formé un coussin d'air entre le pochoir et la paroi (6) dans la zone de démoulage. La lèvre (13), située en amont de l'organe de transfert dans le sens de déplacement dudit organe, joue simultanément à la fois un rôle de déflecteur pour diriger l'air ou le gaz entre la paroi (6) et le pochoir (3), et un rôle de maintien du pochoir en contact avec le substrat afin d'éviter que le démoulage démarre avant la zone de surpression. Il est évident que le système décrit en figure 2 peut fonctionner dans le sens A, mais également en sens opposé et dans ce cas, il est prévu un deuxième dispositif selon la présente invention non représenté et situé de l'autre côté du dispositif de transfert. Lors du déplacement du dispositif de transfert, il peut être judicieux d'escamoter le dispositif selon la présente invention qui se situe à l'avant du dispositif de transfert grâce à la liaison pivot (15). Des essais en utilisant un hors contact de 2 mm et un coussin d'air qui agit sur 5 cm ont donnés d'excellents résultats avec un pochoir en Nickel électroformé de 125 microns. De façon préférentielle, le coussin d'air est appliqué sur toute la largeur de l'image à imprimer, par contre il est envisageable de le provoquer uniquement localement si l'on souhaite favoriser le démoulage à un endroit précis du pochoir. En figure 3 est représenté un autre dispositif (18) de réalisation d'un coussin d'air. Dans ce cas, la paroi (6) est poreuse ou percée d'une multitude de petits orifices (17) répartis sur toute la surface. Sur l'arrière de la paroi (6), une cavité (16) permet d'alimenter tous les orifices (17) en air comprimé, le tout étant connecté à une arrivée d'air (14) dont le débit et la pression sont contrôlés par un moyen non représenté. Lorsque l'air est envoyé à travers les orifices (17), cela a pour effet de mettre le dispositif (18) en sustentation à une distance du masque (3) qui dépend du débit d'air dans le dispositif et de la force d'appui P qui tend à pousser l'ensemble contre le masque (3). Ainsi il est obtenu une pression répartie sur toute la surface (6) qui est ajustable grâce au réglage de la force d'appui P. Cette disposition est particulièrement avantageuse car elle fonctionne avec des débits d'air réduits ce qui permet de maintenir l'énergie cinétique de l'air à des niveaux faibles. Les fuites F assurent une homogénéité de la pression régnant entre le dispositif (18) et le masque (3), celle-ci est régulée automatiquement car dès que la pression varie, la fuite est modifiée et permet un auto- réajustement de la pression. Ce dispositif tel que montré en figure 3 peut être utilisé soit : - en sérigraphie en contact et dans ce cas la surface (6) recouvre toute l'image à sérigraphier et est mis en action lors de la phase de démoulage qui intervient après la phase de remplissage de la totalité du masque, - en sérigraphie hors contact et dans ce cas, la surface (6) est au moins de la largeur de l'image à sérigraphier et s'étend sur une distance de quelques centimètres parallèlement au sens de raclage et agit au fur et à mesure de l'avance à l'arrière du dispositif de transfert dans le sens du déplacement. Dans ce type de configuration, il est possible que la surface (6) puisse être polluée par un contact intempestif avec du produit à transférer, en particulier lorsque le débit d'air est stoppé en fin ou en début de raclage. Pour parer à cette difficulté, il est envisageable de rapporter un papier ou un tissu poreux (19) sur la surface (6). Ce papier pourra être remplacé en cas de pollution, sans avoir à nettoyer le dispositif complet. Des essais avec un dispositif de ce type ont permis d'obtenir de bons résultats avec une pression de 1000 Pa. Revendications 1) Procédé visant à repousser les limites de démoulage lors d'une e opération de sérigraphie d'un produit visqueux (10) sur un substrat (1) à travers un masque (3), caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une différence de pression positive entre la face de remplissage du masque par rapport à la face du masque en contact avec le substrat durant la phase de séparation dudit masque avec ledit substrat. 2) Procédé visant à repousser les limites de démoulage lors d'une opération de sérigraphie d'un produit visqueux (1 0) sur un substrat (11) à travers un masque (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression positive est obtenue par la réalisation d'un coussin de gaz (5) sur la face de remplissage dudit masque lors du mouvement de séparation dudit masque avec ledit substrat. 3) Dispositif permettant de repousser les limites de démoulage d'un produit visqueux (10) sur un substrat (1) à travers un masque (3) occupant une position hors contact par rapport au substrat lors d'une phase de repos et permettant un démoulage au fur et à mesure de l'avancement d'un organe de transfert (9) caractérisé en ce qu'il est constitué d'une lèvre (13) située en amont de l'organe de transfert dans le sens de déplacement dudit organe, ladite lèvre agissant simultanément sur le masque (3) en le maintenant en contact avec le substrat (1) tout en jouant un rôle de déflecteur pour diriger de l'air ou du gaz entre une paroi (6) d'un dispositif de réalisation d'un coussin d'air ou de gaz et le masque (3), ladite paroi (6) permettant de constituer un coussin d'air sur toute la largeur de l'image à imprimer.