Brevet FR2882495A1 — publié le 20060825

Le domaine de l'invention est celui des composants destinés à être implantés sur un support d'interconnexion électronique. Plus précisément, l'invention concerne le montage de composants électroniques de type CMS (composants montés en surface) sur une carte électronique, l'ensemble étant soumis à un environnement mécanique sévère et plus particulièrement à un environnement de vibrations et de chocs répétés. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, aux domaines de l'industrie automobile, de l'électronique et de l'électronique 15 embarquée. En utilisation automobile par exemple, les cartes électroniques comportant un support d'interconnexion et des composants électroniques sont soumises à des environnements mécaniques sévères. Les niveaux vibratoires atteints engendrent des sollicitations mécaniques qui peuvent avoir des conséquences importantes sur leur fonctionnement et sur l'assemblage des composants montés en surface sur le support d'interconnexion. Les composants montés en surface, en particulier, sont directement montés sur la carte électronique par brasure sur leurs contacts conducteurs. Souvent ces joints de brasure qui assurent les connexions électriques sont les seuls moyens mécaniques utilisés pour fixer le composant de type CMS à la carte électronique. L'un des principaux problèmes dans un environnement de vibrations et de chocs répétés concerne alors la tenue de ces joints de 30 brasure. En particulier, une capacité chirnique uniquement assemblée avec une carte électronique par ses deux plages conductrices vibre comme un pendule. Si une résonance sévère est atteinte, les mouvements du composant électronique engendrent la fatigue mécanique de ses pattes ou terminaisons électriques. Elle peut ainsi être mécaniquement détruite ou mal fonctionner si elle n'est pas installée de manière à satisfaire les exigences dues aux environnements dans lesquels les automobiles doivent opérer c'est-à-dire un environnement de vibrations, chocs ou accélération répétés. Ces conditions peu favorables demandent des moyens qui allègent les contraintes auxquelles sont soumis les joints brasés des contacts électriques pour prévenir leur fatigue et leur rupture. On connaît à ce jour plusieurs techniques d'assemblage d'un composant monté en surface sur une carte électronique qui renforcent la tenue de l'ensemble aux environnements mécaniques sévères. Une première technique d'assemblage connue met en oeuvre des moyens mécaniques. Pour diminuer les problèmes liés aux vibrations, elle propose d'assurer la cohésion mécanique des composants de type CMS par des renforts mécaniques (généralement avec un effet ressort) montés sur les cartes électroniques. On peut citer l'utilisation de boîtiers spéciaux pour les composants électroniques dotés de pattes de maintien mécanique ou encore l'utilisation de renforts mécaniques par clipsage ou rivetage. On a représenté sur la figure 1 annexée, un exemple de réalisation d'un assemblage d'un composant de type CMS sur une carte électronique par un clip de maintien mécanique conforme à l'état de la technique. Le clip de maintien mécanique 400 est positionné de préférence à proximité du barycentre du composant électronique monté en surface 500. Ses griffes 401 viennent en contact avec la partie inférieure de la carte électronique 600 afin de maintenir le composant électronique efficacement sur la carte électronique. Les moyens mécaniques, tels qu'illustrés par le clip de maintien de la figure 1 diminuent efficacement les perturbations mécaniques engendrées par les vibrations et les chocs répétés et renforcent la tenue de l'ensemble à ces environnements sévères. Cependant, ils présentent des inconvénients. En effet, leur masse n'est pas négligeable. Or la contrainte de masse est souvent un paramètre dimensionnant pour les applications électroniques. De plus, ces renforts mécaniques ont une forme bien définie et occupent nécessairement une certaine surface sur la carte électronique, ce qui diminue les possibilités d'implantation des composants électroniques et complique la réalisation du circuit. Une seconde technique connue associe l'utilisation de plages spécifiques du support, sans fonction électrique, dédiées uniquement au brasage sur le corps du composant et de boîtiers spéciaux adaptés pour permettre un tel brasage du composant. L'inconvénient principal de cette technique vient du fait que les boîtiers conçus spécialement à cet effet ont un coût non négligeable. Une troisième technique d'assemblage connue repose sur un dépôt d'un ou plusieurs points de colle sur le circuit imprimé pour coller les composants de type CMS sur leurs futurs emplacements, en général du côté "brasures", et un dépôt de pâte à braser sur les plages d'accueil de liaison électrique du circuit imprimé. Les composants électroniques sont attachés par la portion d'adhésif sur le circuit et l'ensemble passe dans un four à haute température pour polymériser complètement l'adhésif. L'ensemble est ensuite passé dans un moyen de brasage définitif des composants de type CMS par fusion de la pâte à braser qui lie les plages conductrices du circuit imprimé aux terminaisons électriques du composant électronique. Une autre technique connue met en oeuvre un simple collage sans brasure. Le collage consiste à réaliser un contact intime chimique entre deux solides à l'aide d'un troisième corps. Le gap entre le composant et le support est ainsi complété par un adhésif structural. L'adhésif est généralement une résine époxy thermodurcissable. Il forme un joint continu entre les deux éléments au travers duquel se transmettent parfaitement les efforts mécaniques. Le gain de poids par rapport aux techniques mécaniques énumérées précédemment est également un atout important, particulièrement pour les applications destinées à l'industrie automobile ou aérospatiale. Pourtant, dans un marché qui demande toujours plus de performance pour un minimum de coûts, ces deux techniques de l'art antérieur apparaissent comme complexes, peu économiques et peu productives. En effet, leurs inconvénients résultent en partie du fait que les opérations d'assemblage impliquent la résolution de nombreux problèmes. On peut citer la préparation de la surface des éléments à coller, autrement dit, l'application aux surfaces du circuit imprimé et du composant électronique de traitements physico-chimiques adéquats, opérations coûteuses mais indispensables pour éliminer les impuretés, augmenter l'énergie de la surface, accroître l'accrochage mécanique en créant des rugosités, et favoriser le mouillage afin de faciliter l'étalement de la colle. On peut également citer le choix judicieux du produit adhésif en fonction de nombreux critères liés à la nature même des composants à assembler, aux conditions auxquelles sera soumis l'assemblage, aux caractéristiques de mouillabilité de l'adhésif, aux conditions et à la durée de la solidification, du séchage (durée de prise de la colle) ou de la polymérisation. D'autre part, dans la technique d'assemblage par un ou plusieurs points de colle, la polymérisation est une étape relativement lente à mettre en oeuvre qui expose l'assemblage à de hautes températures pendant un temps non négligeable. Il est bien connu de l'art antérieur que cela favorise la croissance d'intermétalliques, particulièrement de l'intermétallique étain plomb, qui fragilisent les joints de brasure. Des composants montés en surface tels que les capacités chimiques, sensibles aux environnements thermiques sévères peuvent être détériorés ou détruits. Quant au joint adhésif réalisé par la technique de collage grâce aux thermodurcissables, le démontage pour réparation des éléments électroniques est une opération bien évidemment impossible à envisager sans détérioration des composants. On note que des problèmes similaires à ceux identifiés ci dessus se posent lors de l'assemblage du composant monté en surface sur la carte électronique par une dernière technique connue d'un dépôt de mastic, de colle ou de vernis de maintien, après brasage des composants électroniques. D'autre part, l'encapsulation de ces composants peut également donner lieu à des problèmes de durabilité. En effet, à la longue, les résines qui servent à l'encapsulation par exemple, ont tendance à présenter des microfissures qui laissent passer les fluides extérieurs, notamment l'eau et elles sont à l'origine de la corrosion des composants métalliques encapsulés et de l'apparition de courts-circuits. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Un objectif de l'invention est de proposer une technique de montage d'un composant de type CMS sur une carte électronique qui minimise les effets des sources de vibrations externes sur l'assemblage du composant monté en surface avec le support d'interconnexion de la carte électronique. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une implantation d'un composant monté en surface sur une carte électronique qui augmente la résistance de l'ensemble aux vibrations et chocs répétés. Il est également désirable d'offrir une technique de montage d'un composant de type CMS sur le support d'interconnexion d'une carte électronique qui permet de réaliser d'une part, une implantation facile, rapide, automatisée des composants électroniques tout en utilisant les composants standards disponibles en technologie CMS et les procédés de fabrication électronique aujourd'hui maîtrisés par la technologie du montage en surface et d'autre part, une économie évidente en termes de coûts, de poids, de construction et de conception sans compromettre de quelque façon que ce soit la tenue de l'ensemble aux vibrations et chocs répétés. Un autre objet de la présente invention est de proposer une implantation de composants électroniques sur le support d'interconnexion d'une carte électronique très résistante aux vibrations et chocs répétés qui offre la possibilité de séparer les éléments d'assemblage pour des étapes de réparation de joints brasés et de composants défectueux. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un procédé d'implantation d'au moins un composant électronique sur un support d'interconnexion d'une carte électronique doté de plages d'accueil de liaison électrique caractérisée en ce qu' il met en oeuvre une étape de maintien mécanique dudit composant électronique sur ledit support d'interconnexion, ladite étape de maintien mécanique étant réalisée par au moins un dépôt de brasure sur au moins une plage brasable de maintien, distincte des plages d'accueil de liaison électrique et de brasure sur le composant électronique et, par la disposition dudit composant électronique sur ledit support de façon à ce que ladite plage brasable de maintien additionnelle vienne au moins en partie au contact d'une zone non brasable dudit composant électronique en vue d'une part d'assurer la cohésion mécanique de l'assemblage dans un environnement mécanique sévère et d'autre part d'obtenir une forte résistance de l'assemblage aux vibrations et /ou chocs répétés. Avantageusement, les plages brasables de maintien d'une telle implantation sont disposées en dehors de l'axe médian passant par les plages d'accueil de liaison électrique. Après assemblage, selon l'invention, le composant électronique est maintenu mécaniquement d'une part, par des joints de brasure ou de colle conductrice sur les plages d'accueil de liaison électrique et, d'autre part, dans une zone non brasable de sa semelle par des ménisques de brasures situés sur les plages brasables, de maintien. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va su!vre donnée à titre d'exemple non limitatif et grâce aux dessins annexés parmi lesquels: - La figure 1 déjà décrite en relation avec l'art antérieur représente l'assemblage d'un composant monté en surface sur une carte électronique à l'aide d'un clip de maintien mécanique. - Les figures 2a et 2b représentent des vues de la surface supérieure de la carte électronique selon l'invention avant assemblage de deux composants montés en surface respectivement dotés de terminaisons électriques et de pattes électriques. - La figure 3 représente schématiquement l'emplacement d'un composant monté en surface sur les différentes plages brasables de la surface supérieure de la carte électronique. - La figure 4 représente une vue latérale de l'assemblage d'un composant monté en surface sur la carte électronique selon l'invention. - La figure 5 représente une vue d'un ménisque de brasure de l'assemblage d'un composant monté en surface sur la carte électronique selon l'invention. En se référant aux figures 2a et 2b, on peut observer que le support d'interconnexion 101 de la carte électronique 100 est pourvu de plages d'accueil 102 qui assurent la liaison électrique avec le composant monté en surface 200. Ces plages sont souvent, selon l'art antérieur, les seuls supports de fixation mécanique du composant monté en surface sur la carte électronique 100. Les contraintes mécaniques qui se présentent dans les circonstances de service mentionnées auparavant sont concentrées, comme précédemment cité, dans les zones de ces plages d'accueil de liaison électrique 102, et plus précisément dans les joints de brasure ou de colle conductrice qui maintiennent les deux éléments 100 et 200 assemblés électriquement. Selon la présente invention, une implantation originale de composants montés en surface sur le support d'une carte électronique est proposée. D'une part, elle diminue la concentrat,on des contraintes mécaniques sur les plages d'accueil de liaison électrique et d'autre part elle renforce le maintien mécanique du composant en boîtier CMS sur la carte électronique. En se référant maintenant à la figure 2a, une vue de dessus du 5 support d'interconnexion 101 de la carte électronique 100 est représentée. Le type de support n'est pas limité et inclut tout type de circuit imprimé connu. Il peut être flexible, rigide simple, double ou multicouche, tout dépend de l'application. On observe sur la figure que la carte électronique 100 se compose d'un support d'interconnexion 101 doté sur sa face supérieure de deux plages d'accueil 102 pour réaliser, de préférence par brasure, les liaisons électriques avec les terminaisons électriques brasables 202 correspondantes, présentes sur la face inférieure de la semelle d'interposition 203 du composant monté en surface 200. De préférence, le support d'interconnexion est constitué de cuivre déposé sur un substrat isolant où sont gravées des plages d'accueil de liaison électrique en cuivre sur sa face supérieure ou sur ses faces supérieure et inférieure. L'invention n'est pas limitée à l'assemblage d'un composant monté en surface sur une plage d'accueil de liaison électrique conventionnelle d'une carte électronique. Le terme utilisé peut se référer à tout type de support apte à recevoir et établir une connexion électrique avec un composant de type CMS. Sur la figure 3, on a référencé un axe médian B sur les plages d'accueil de liaison électrique du support d'interconnexion. Les deux plages d'accueil de liaison électrique 102 s'étendent longitudalement suivant l'axe B jusqu'à la limite de deux bords opposés de la semelle d'interposition 203 du composant de type CMS. Comme cela a été mentionné auparavant, le renforcement du maintien mécanique du composant monté en surface sur le support d'interconnexion 101 de la carte électronique est assuré par la présence d'au moins une plage brasable de maintien 104 supplémentaire (104a, 104b ou 104c) disposée de manière sélective sur la surface supérieure du support d'interconnexion 101. En effet, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les plages brasables de maintien 104 sont: réalisées en dehors de l'axe B. Selon le principe de l'invention, les plages brasables de maintien 104 sont situées dans des zones non brasables de la surface inférieure de la semelle 203 du composant monté en surface. De préférence, elles sont gravées en cuivre sur la face supérieure du support d'interconnexion 101 de la carte électronique 100. Une large variété de configurations de plages de brasage de maintien peut être dessinée sur les surfaces libres pour optimiser le rôle de renforcement mécanique mais également celui des conditions de fabrication. D'autre part, le nombre, la surface, la forme, la nature des plages peuvent faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Elles ne sont pas limitées aux illustrations données sur les figures annexées. En particulier, on peut prévoir que les plages brasables de maintien 104 soient partiellement ou entièrement recouvertes par la semelle d'interposition 203 du composant monté en surface. En se référant maintenant à la figure 4, on considère le composant monté en surface destiné à être implanté sur la carte électronique. Il comprend un boîtier simple 201 contenant par exemple non limitatif une capacité chimique. Celui ci est fixé sur la face supérieure d'une semelle d'interposition 203 sensiblement parallèle et de surface identique à la face inférieure de la semelle destinée, quant à elle, à être assemblée à la face supérieure du support d'interconnexion 101 de la carte électronique. De préférence, les dimensions sont des dimensions normalisées pour composants de carte électronique à montage en surface bien connues de 30 l'homme de l'art. Les terminaisons électriques 202 du composant sont disposées sur la face inférieure de la semelle d'interposition 203. D'autre part, on a représenté sur la figure 2b annexée une variante de réalisation de l'invention qui se distingue de celle illustrée sur la figure 2a par le fait que le composant monté en surface est doté de pattes de raccordements 204 destinées à établir une liaison électrique avec les plages d'accueil 102 du support d'interconnexion de la carte électronique. Les structures des composants montées en surface sont bien connues de l'homme de l'art et ne seront pas décrites plus en détail. La localisation particulière des plages brasables de maintien va permettre d'une part de diminuer les oscillations des composants en boîtier CMS par rapport à la carte électronique dans un environnement sévère de vibrations et de chocs répétés et d'autre part d'améliorer la fiabilité du système en améliorant les connections support d'interconnexion/ composants électroniques. En effet, la figure 4 illustre, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'assemblage du composant de type CMS 200 avec la carte électronique 100. Selon l'invention, un dépôt de brasure est prévu sur l'ensemble des plages pour fixer efficacement le composant monté en surface au 20 support d'interconnexion de la carte électronique. Plus précisément, utilisant un masque de brasage, des volumes de crème à braser sont déposés automatiquement par une machine de dépôt sur les plages d'accueil de liaison électrique 102 et sur les plages brasables de maintien 104 du support d'interconnexion 101 de la carte électronique 100. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'ensemble des plages est recouvert d'alliage de brasure. Le composant monté en surface 200 est assemblé avec la carte électronique 100 par une machine de placement. Selon l'invention, le composant de type CMS 200 repose par ses terminaisons électriques 202 sur les plages d'accueil de liaison électrique 102 du support d'interconnexion 101 et, dans une zone non brasable de sa semelle d'interposition 203 sur les plages brasables de maintien 104 comme illustré et discuté sur la figure 3. L'assemblage est brasé par refusion. Le composant de type CMS 200 est alors maintenu par des joints de brasure 300 sur les plages d'accueil conductrices 102 et par des brasures mécaniques 301 sur les plages brasables de maintien 104. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les dépôts de brasures sur les plages brasables de maintien 104 forment, après refusion, des ménisques. On rappelle que ces ménisques de brasure 301 n'ont pas d'effet de connexion électrique, ils viennent au contact de la semelle d'interposition 203 du composant monté en surface 200 dans une zone non brasable de celle-ci. Sur la figure 5 illustrant un exemple de ménisque de brasure, deux angles a et R sont définis. L'angle a est l'angle direct de la tangente du ménisque de brasure au point de contact C avec la semelle d'interposition 203 du composant 200 et l'angle R est: l'angle indirect de la tangente du ménisque de brasure au point de contact D avec la semelle d'interposition 203 du composant 200. Selon l'invention, les angles a et R sont compris entre 0 et 90 . On montre ainsi qu'il n'y a pas mouillabilité de l'alliage sur le composant. Par conséquent, le composant 200 n'est pas brasé au niveau des plages 104. Après assemblage, selon le mode de réalisation préférée de l'invention, le composant monté en surface est maintenu mécaniquement par les joints de brasure 300 formés sur ses terminaisons électriques brasables 202 et par les ménisques de brasure 301 formés sur la ou les plages brasables de maintien 104 du support d'interconnexion 101. Les plages brasables de maintien 104 de cette implantation originale se situant de préférence en dehors de l'axe médian B passant par les plages d'accueil de liaison électrique 102 et partiellement ou complètement sous la semelle d'interposition 203 du composant électronique, les oscillations du composant électronique par rapport au support d'interconnexion sont bloquées et la tenue de l'ensemble composant monté en surface / carte électronique aux vibrations et chocs répétés est augmentée. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. En particulier la présente invention n'est pas limitée aux dessins annexés. Les références spécifiques illustrées dans les paragraphes précédents sont des exemples non limitatifs de l'invention. La description s'est concentrée sur les composants de type CMS (résistances, capacités (chimiques ou non), selfs, transistors, circuits intégrés, leds, interrupteurs, connecteurs,...) qui bénéficieraient le plus des avantages de la présente invention. Cependant, tout composant électronique peut bénéficier du procédé d'implantation selon l'invention. 13 REVENDICATIONS 1. Procédé d'implantation d'au moins un composant électronique sur un support doté de plages d'accueil de liaison électrique caractérisé en ce que il met en oeuvre une étape de maintien mécanique dudit composant électronique sur ledit support, ladite étape de maintien mécanique étant au moins réalisée par un dépôt de brasure sur au moins une plage brasable de maintien, distincte des plages d'accueil de liaison électrique et de brasure sur le composant électronique, et par la disposition dudit composant électronique sur ledit support de façon à ce que ladite plage brasable de maintien additionnelle vienne au moins en partie au contact d'une zone non brasable dudit composant électronique en vue d'obtenir une forte résistance aux vibrations et/ou chocs répétés. 2. Procédé selon la revendication 1 précédente, caractérisé en ce que il met en oeuvre une étape de maintien mécanique dudit composant électronique sur ledit support, ladite étape de maintien mécanique étant au moins réalisée par un dépôt de brasure sur une unique plage brasable de maintien, distincte des plages d'accueil de liaison électrique et de brasure sur le composant électronique, et par la disposition dudit composant électronique sur ledit support de façon à ce que ladite plage brasable de maintien additionnelle vienne au moins en partie au contact d'une zone non brasable dudit composant électronique en vue d'obtenir une forte résistance aux vibrations et/ou chocs répétés. 3. Procédé selon la revendication 1 précédente, caractérisé en ce que il met en oeuvre une étape de maintien mécanique dudit composant électronique sur ledit support, ladite étape de maintien mécanique étant au moins réalisée par un dépôt de brasure sur plusieurs plages brasables de maintien, distinctes des plages d'accueil de liaison électrique et de brasure sur le composant électronique, et par la disposition dudit composant électronique sur ledit support de façon à ce que lesdites plages brasables de maintien additionnelles viennent au moins en partie au contact d'une zone non brasable dudit composant électronique en vue d'obtenir une forte résistance aux vibrations et/ou chocs répétés. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites plages brasables de maintien sont situées en dehors de l'axe médian passant par les plages d'accueil de liaison électrique. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit composant électronique est un composant monté en surface. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit composant électronique est une capacité chimique montée en surface. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit support est une carte électronique. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 25 en ce que ledit dépôt de brasure, une fois refondu, a la forme d'un ménisque. 9. Système comprenant au moins un composant électronique et un support doté de plages d'accueil de liaison électrique caractérisé en ce que ledit composant électronique est au moins maintenu sur ledit support par un dépôt de brasure au niveau d'au moins une plage brasable de maintien, distincte desdites plages d'accueil de liaison électrique et de brasure sur le composant électronique, et disposé sur ledit support de façon à ce que ladite plage brasable de maintien additionnelle vienne au moins en partie au contact d'une zone non brasable dudit composant électronique en vue d'obtenir une forte résistance aux vibrations et/ou chocs répétés. 10. Système selon la revendication 9 précédente, caractérisé en ce que ledit composant électronique est au moins maintenu sur ledit support par un dépôt de brasure au niveau d'une unique plage brasable de maintien, distincte desdites plages d'accueil de liaison électrique et de brasure sur le composant électronique, et disposé sur ledit support de façon à ce que ladite plage brasable de maintien additionnelle vienne au moins en partie au contact d'une zone non brasable dudit composant électronique en vue d'obtenir une forte résistance aux vibrations et/ou chocs répétés. 11. Système selon la revendication 9 précédente, caractérisé en ce que ledit composant électronique est au moins maintenu sur ledit support par un dépôt de brasure au niveau de plusieurs plages brasables de maintien, distinctes desdites plages d'accueil de liaison électrique et de brasure sur le composant électronique, et disposé sur ledit support de façon à ce que lesdites plages brasables de maintien additionnelles viennent au moins en partie au contact d'une zone non brasable dudit composant électronique en vue d'obtenir une forte résistance aux vibrations et/ou chocs répétés. 12. Système selon l'une des revendications 9 à 11 précédentes, caractérisé en ce que lesdites plages brasables de maintien sont situées en dehors de l'axe médian passant par les plages d'accueil de liaison électrique. 13. Système selon l'une des revendications 9 à 12 précédentes, caractérisé en ce que ledit composant électronique est un composant monté en surface. 14. Système selon l'une des revendications 9 à 13 précédentes, caractérisé en ce que ledit composant électronique est une capacité chimique montée en surface. 15. Système selon l'une des revendications 9 à 14 précédentes, caractérisé en ce que ledit support est une carte électronique. 16. Système selon l'une des revendications 9 à 15 précédentes, caractérisé en ce que ledit dépôt de brasure une fois refondu a la forme d'un ménisque.