Brevet FR2925255A1 — publié le 20090619

PROCEDE DE FABRICATION D'UN DRAIN THERMIQUE POUR DES COMPOSANTS DE PUISSANCE A MONTAGE EN SURFACE L'invention concerne un procédé permettant de fabriquer un drain thermique 5 pour des composants à Montage de Surface plus connus sous l'abréviation CMS de puissance. De manière générale, les circuits radio fréquences (RF) ou hyperfréquences et les circuits d'alimentation de puissance sont de plus en plus puissants 10 pour des encombrements de moins en moins volumineux. Par ailleurs, l'industrialisation et l'intégration des cartes électroniques (montage des composants de puissance) doivent être simplifiées afin de baisser les coûts de fabrication et éventuellement de réutilisation ou de remise à niveau en changeant certains composants. 15 La dissipation thermique des transistors de puissance 1 au travers d'une carte électronique 2 est généralement effectuée à l'aide de trous métallisés 3i uniiformément répartis sous le composant. Un exemple de montage pour un transistor de puissance RF est illustré à la figure 1. Pour une carte électronique classique, la dissipation peut aussi se faire par 20 des trous métallisés en périphérie de la plage d'accueil. Un transistor de puissance d'alimentation 4 est alors monté sur une embase thermique 5 au travers d'un matériau d'interface 6 présentant un bonne conductivité thermique et permettant l'isolation électrique de la carte comme il est représenté à la figure 2. Ce type de montage, très largement utilisé, présente 25 un inconvénient : les trous métallisés de la carte, creux, présentent une résistance thermique non négligeable. Cela limite la puissance maximale pouvant être dissipée au travers de la carte. Afin de contourner ce problème, certaines solutions plus performantes ont déjà été proposées, comme celle illustrée à la figure 3. Ainsi, des fabricants 30 de cartes proposent de remplacer la plage de trous métallisés par un insert en cuivre rapporté dans le substrat lors de la fabrication du circuit, moyennant un surcoût non négligeable. Une autre solution consiste à reporter une embase thermique 7 métallique (� PowerViaTM �) directement sous le composant 1 après fabrication de la carte. Ces solutions ont pour avantage d'être très performantes, mais présentent l'inconvénient d'être coûteuses. En effet, elles nécessitent des opérations de fabrication supplémentaires soit au niveau de la fabrication du circuit (insert en cuivre), soit après fabrication de la carte : assemblage du via proprement dit, puis montage a priori rnanuel sous la carte. D'autres solutions proposées consistent généralement à remplir les trous métallisés d'un élément conducteur afin d'améliorer le transfert thermique sous le composant. II est ainsi possible de remplir les trous métallisés avec des matériaux époxy conducteurs thermiques. Mais cette opération de remplissage présente un coût de fabrication non négligeable. La figure 4 représente un procédé mis au point par la société DuPontTM permettant de garantir un bon remplissage des trous pratiqués dans des substrats d'alumine 8, le principe de l'outillage développé permettant de faire le vide 15 sous le substrat 8 est représenté sur cette figure. Un masque 10 permet de déterminer l'emplacement des futurs composants de puissance sur la carte. De la pâte époxy conductrice thermique 14 est introduite au travers des trous métallisés. Ce vide 15 sert au maintien du substrat et aide le passage de la pâte de remplissage au travers des trous métallisés 17. Malgré l'automatisation apportée par ce procédé, ce dernier impose une étape supplémentaire dans le procédé de fabrication d'où un surcoût dans la fabrication. Le procédé selon l'invention utilise l'étape de brasage pour former en même temps la ou les drains de puissance thermique. L'invention concerne un procédé pour fabriquer un drain thermique permettant la dissipation de chaleur pour des composants de puissance à montage en surface sur une carte électronique comportant au moins les étapes suivantes : • élaborer un pochoir contenant un ou plusieurs évidements correspondant à la disposition des différents composants à monter sur un substrat, incluant les composants de puissance, • appliquer ledit pochoir sur le substrat à braser, • déposer la pâte à braser à travers le masque de façon à ce qu'elle s'écoule à travers les évidements du masque et qu'elle se dépose sur la face supérieure de la carte destinée à recevoir des composants, caractérisé en ce que : • la carte présente des trous métallisés ayant un diamètre Di calibré en fonction de la pâte à braser utilisée et de l'épaisseur ep du substrat afin d'optimiser leur remplissage, • l'ensemble constitué de la carte et des trous métallisés remplis par la pâte à braser est ensuite soumis à une température suffisante pour braser ledit ensemble, • la fabrication du drain thermique correspondant aux composants de puissance est effectuée lors des étapes d'étalement de la pâte puis de brasage. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : ^ La figure 1, un exemple de trous utilisés pour dissiper la chaleur selon l'art antérieur, • La figure 2, un deuxième exemple utilisant un matériau intermédiaire positionné entre le composant de puissance et l'embase thermique, • La figure 3 un exemple selon l'art antérieur, • La figure 4, un procédé automatique de remplissage des trous pratiqués dans un circuit imprimé, et • Les figures, 5A et 5B, une carte vue de dessus et de profil, et • La figure 6, une façon pour déposer la pâte à braser et remplir les trous métallisés. Le procédé selon l'invention consiste, notamment, à remplir les trous métallisés réalisés dans la carte à l'aide de pâte à braser avant brasage des composants sur la carte, donc sans étape supplémentaire par rapport à un procédé de fabrication des cartes connu de l'art antérieur. Une embase thermique peut éventuellement être brasée sous la carte en même temps que les autres composants. La carte 20 qui peut être une carte multicouche présente des trous métallisés 20i disposés en quinconce, de préférence, afin de maximiser localement sa perméabilité thermique. Le diamètre Di de ces trous métallisés 20i est calibré en fonction de la pâte à braser utilisée et de l'épaisseur du substrat 23 afin d'optimiser leur remplissage. En effet, un diamètre trop important provoque le fluage de la pâte à braser et donc un mauvais remplissage des trous. En revanche, un diamètre trop faible peut rendre le remplissage des trous difficile et impose le perçage d'un nombre de trous plus important afin de garantir une bonne perméabilité thermique. Un bon compromis semble être un diamètre de l'ordre de 0,6 mm. Cette valeur de diamètre peut varier en fonction de la pâte utilisée, de l'épaisseur du substrat et éventuellement des paramètres rentrant en ligne de compte lors de la fabrication. Parmi ces paramètres, le concepteur tiendra compte de l'épaisseur du masque utilisé habituellement qui peut éventuellement varier en fonction du composant déposé à un emplacement donné. Un autre paramètre peut être la pression exercée lors du dépôt de la pâte à braser 26 sur le circuit ou encore la vitesse d'avancement du réservoir de pâte à braser. Le diamètre des trous Di est par exemple compris entre 0,2 et 0, 6 mm. Lors de la fabrication de la carte, les trous métallisés 20i prévus au niveau de l'emplacement des composants 23 de puissance à braser sur la carte, sont remplis par une quantité de pâte à braser . Le procédé commence par la face supérieure de la carte 25, c'est-à-dire la face qui va recevoir les composants 23 de puissance. La pâte à braser est alors déposée comme pour n'importe quelle fabrication de carte connue de l'Homme du métier en utilisant un racloir 28 ou tout autre dispositif habituellement employé dans les procédés industriels. La pâte à braser est par exemple distribuée au moyen d'un distributeur dont la vitesse est contrôlée. Cette vitesse sera conservée constante dans certains cas. Le pochoir 21 (ou écran) utilisé comportera des ouvertures 22i adaptées aux quantités et surfaces de pâte à déposer pour chacun des composants. L'épaisseur e21 du pochoir 21 (� stencil � en anglais) les dimensions des ouvertures 22i, les paramètres de sérigraphie sont fonction des épaisseurs de substrat ep et des quantités Qp de pâte à déposer. Chaque cas fait l'objet d'une étude particulière. Il faudra simplement veiller à ce que la quantité de pâte à braser fournie soit en quantité suffisante au niveau des plages de trous métallisés afin d'assurer un bon remplissage de ceux-ci. L'ensemble des composants de cette face supérieure 24 de la carte est ensuite brasé normalement par un passage au four selon une technique connue de l'Homme du métier et qui ne sera donc pas détaillée. Lors du traitement de la face inférieure 25 de la carte, les plages de trous métallisés 20i précédemment bouchés par les composants de puissance finissent d'être remplis par de la pâte à braser déposée pour les composants de cette face (si circuit double face). À ce stade, il est possible de braser une embase métallique 27, simple bloc de métal traité, considérée alors comme un composant au même titre que les autres composants de la face inférieure de la carte. Lors du procédé de fabrication de la carte, l'approvisionnement de la 30 machine permettant de déposer la pâte à braser sur la carte électronique est régulé. Le procédé selon l'invention s'applique, par exemple, dans tous circuits qui utilisent de plus en plus de composants de puissance montés en surface afin de diminuer les coûts de montage et de favoriser l'intégration. Ces composants de puissance peuvent concerner des fonctions d'alimentation ou d'amplification, mais d'autres fonctions de puissance sont envisageables (éclairage, par exemple...). Le procédé selon l'invention permet une amélioration sensible de la dissipation thermique des CMS de forte puissance, ceci sans étape supplémentaire de fabrication par rapport au procédé de fabrication de carte actuel. II permet aussi la remise à niveau de cartes électroniques plus facilement.15 REVENDICATIONS 1 ù Procédé pour fabriquer un drain thermique permettant la dissipation de chaleur pour des composants de puissance à montage en surface sur une carte électronique (20) comportant au moins les étapes suivantes : • élaborer un pochoir (21) contenant un ou plusieurs évidements (22i) correspondant à la disposition des différents composants (23) à monter sur un substrat, incluant les composants de puissance, • appliquer ledit pochoir (21) sur le substrat à braser, • déposer la pâte à braser à travers le masque (21) de façon à ce qu'elle s'écoule à travers les évidements (22i) du masque et qu'elle se dépose sur la face supérieure (24) de la carte destinée à recevoir des composants, caractérisé en ce que : • la carte (20) présente des trous métallisés (20i) ayant un diamètre Di calibré en fonction de la pâte à braser utilisée et de l'épaisseur ep du substrat afin d'optimiser leur remplissage, • l'ensemble constitué de la carte (20) et des trous métallisés (20i) remplis par la pâte à braser est ensuite soumis à une température suffisante pour braser ledit ensemble, • la fabrication du drain thermique correspondant aux composants de puissance est effectuée lors des étapes d'étalement de la pâte puis de brasage. 2 ù Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diamètre Di des trous métallisés (20i) et calibrés est choisi dans un intervalle compris entre environ 0.2mm et de préférence est sensiblement égal à 0.6 mm.3 û Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le dépôt de pâte à braser est aussi déposée sur la face inférieure (25) de la carte afin de parfaire le remplissage des trous métallisés. 4 û Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une embase thermique, prise comme un CMS, est brasée sur la face inférieure de la carte en même temps que les autres composants de cette face afin de réaliser le transfert thermique de la carte sur un châssis. - Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes pour la fabrication de drain thermique pour un transistor de puissance monté sur une carte.