Brevet FR2938724A1 — publié le 20100521

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SOUDAGE SELECTIF PAR THERMODES POUR PUCES ELECTRONIQUES La présente invention se rapporte de manière générale au domaine du soudage de puces électroniques sur un support formant conducteur électrique. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à la soudure de puces électroniques de puissance, telles que des transistors MOS-FET, sur un support conducteur assurant des connexions électriques entre différents composants électroniques d'un circuit. io Dans le domaine du soudage sélectif des puces, le soudage laser est une solution connue qui donne des résultats satisfaisants. Cependant, c'est une technologie qui demande des investissements importants pour rendre son intégration possible sur une ligne de production, notamment vis-à-vis de certaines contraintes sécuritaires. De 15 plus, l'obtention d'une bonne fiabilité du processus de soudage est liée aux aspects de surface des pièces (rugosité, brillance, etc.) du fait des possibles réflexions du rayon laser. Il est donc souhaitable de proposer en variante à l'homme du métier une solution de soudage qui puisse contribuer à une certaine 20 flexibilité au niveau du choix des technologies disponibles. Selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de soudage de puce électronique au moyen d'au moins deux thermodes. Conformément à l'invention, une première thermode en contact avec la puce électronique est portée à une température inférieure à la 25 température d'au moins une autre thermode. Il est ainsi possible de respecter des contraintes thermiques au niveau de la puce et d'éviter une détérioration de celle-ci du fait d'un sur-échauffement. Ce résultat est obtenu grâce à cette différence de température entre les thermodes qui permet, tout en chauffant moins la 30 puce, d'obtenir une soudure de bonne qualité en chauffant davantage l'autre thermode qui elle n'est pas en contact avec la puce. Par ailleurs, le procédé de l'invention autorise un temps de cycle relativement court, typiquement inférieur à 10 secondes, qui est bien adapté notamment à des lignes de production d'alternateurs (soudage des composants de redressement électrique notamment). Selon une autre caractéristique, au moins pendant une opération de soudage, la puce électronique est maintenue en place dans une cavité de la première thermode par un effet de vide créé dans cette cavité. Selon encore une autre caractéristique, en fin d'opération de soudage de la puce électronique sur un élément support, le procédé io comporte une étape de refroidissement de la puce électronique au moyen d'un fluide à température basse. De préférence, le fluide à température basse est de l'air sous pression. Selon une autre aspect, l'invention concerne aussi un dispositif de soudage par thermodes apte à la mise en oeuvre du procédé décrit 15 brièvement ci-dessus. Conformément à l'invention, le dispositif comprend au moins deux thermodes et des moyens pour porter une première thermode en contact avec la puce électronique à une température inférieure à la température d'au moins une autre thermode. 20 Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte des moyens pour maintenir en place la puce électronique dans une cavité de la première thermode au moins pendant une opération de soudage de la puce électronique sur un élément support. Selon encore une autre caractéristique, le dispositif comporte des 25 moyens de refroidissement de la puce électronique, ce refroidissement étant obtenu au moyen d'un fluide à température basse. De préférence, le fluide à température basse est de l'air sous pression. Selon une forme de réalisation particulière, l'une au moins des thermodes est faite en tungstène. Selon une autre forme de réalisation particulière, l'une au moins des thermodes est faite dans un alliage de chrome-nickel-tungstène. L'invention est maintenant plus précisément décrite, en référence à la Fig.1, au travers d'un exemple préféré de réalisation. La Fig.1 présente schématiquement une forme de réalisation particulière du dispositif de soudage par thermodes ST selon l'invention. Comme montré à la Fig.1, le dispositif ST comporte des io première et seconde thermodes 1 et 2 et un dispositif électrique 7 prévu pour un chauffage régulé des thermodes 1 et 2. Conformément à cet exemple de réalisation, la thermode 1 est mobile et la thermode 2 est fixe, relativement à l'opération consistant à prendre en sandwich entre les thermodes les éléments à souder entre eux. 15 Bien entendu, dans le processus complet, la thermode 2 peut également être amenée à se déplacer par exemple pour autoriser la mise en place ou le retrait de certains des éléments à souder. La thermode 1 comporte un conduit de passage d'air 1 1, représenté à la Fig.1, dans la partie centrale de la thermode. La thermode 20 1 comporte également une cavité 10, représentée à la Fig.1, dans la partie inférieure de la thermode. La cavité 10 est prévue pour recevoir une puce électronique 4 à souder sur un élément support 3. Comme montré à la Fig.1, la thermode 2 sert d'appui à l'élément 3 sur lequel doit être soudée la puce électronique 4. Typiquement 25 l'élément 3 est une grille de connexion du type � lead frame � en terminologie anglaise. L'élément 3 vient en appui, au niveau d'une face inférieure, sur une face d'extrémité de la thermode 2. Une colle ou brasure 5 est déposée sur la grille de connexion 3, sur une face supérieure de celle-ci, plus précisément, à l'emplacement où doit être soudée la puce 4. Conformément à l'invention, les thermodes 1 et 2 sont régulées à des températures respectives différentes Ti et T2, la température Ti de la thermode 1 recevant la puce 4 étant inférieure à la température T2 de la thermode 2 supportant la grille de connexion 3. Le dispositif de chauffage régulé 7 est prévu pour autoriser cette caractéristique de régulation des thermodes 1 et 2 à des températures différentes. Bien entendu, les thermodes 1 et 2, au moins dans leurs parties chauffantes, sont réalisées dans un matériau réfractaire adapté pour supporter des températures nominales au moins égales à Ti pour la io thermode 1 et à T2 pour la thermode 2. Selon les applications, des thermodes en tungstène ou en alliage de chrome-nickel-tungstène (de type Inconel û marque déposée) pourront être utilisées. De préférence, du fait du coût, les thermodes en tungstène seront réservées pour les applications demandant des températures Ti et T2 élevées. 15 Le processus de soudage de la puce 4 sur la grille de connexion 3 se déroule de la manière suivante : Etape 1 : La puce 4 est prélevée sur un rail d'approvisionnement (non représenté) par la thermode 1 montée sur un bras robotisé (non représenté). La thermode 1 est positionnée au-dessus de la puce 4 et 20 celle-ci est prélevée par aspiration. L'air est aspiré à travers le conduit 11 (flèche 4A) et le vide créé maintient la puce 4 en place dans la cavité 10. Etape 2 : Parallèlement à l'étape 1, un autre bras robotisé vient déposer la brasure 5 sur la grille de connexion 3, au niveau de l'emplacement destiné à recevoir la puce 4. 25 Etape 3 : Le bras robotisé amène la thermode 1, comportant la puce 4 dans sa cavité 10, au-dessus de la brasure 5 sur la grille 3. Etape 4 : Les thermodes 1 et 2 sont portées aux températures respectives Ti et T2 et chauffent la puce 4, la grille 3 et la brasure 5 aux températures adaptées pour une réalisation de la soudure. 30 Etape 5 : Le bras robotisé commande un déplacement de la thermode 1 selon la flèche 6A et la puce 4 vient se poser sur la brasure 5 en fusion. Etape 6 : La chauffe des thermodes 1 et 2 est interrompue Etape 7 : L'aspiration (flèche 4A) de maintien en place de la puce est interrompue et de l'air froid est injecté (flèche 4B) à travers le conduit 11 de manière à refroidir rapidement la puce 4 et éviter ainsi toute détérioration de celle-ci. Etape 8 : Le bras robotisé déplace la thermode 1 selon la flèche 6B. Le processus de soudage de la puce 4 sur la grille de connexion 3 est alors terminé. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux formes de io réalisation particulières décrites ici et elle s'étend en particulier à tout moyen équivalent et toute combinaison techniquement opérante de tels moyens, la portée de l'invention n'étant définie que par les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Procédé de soudage de puce électronique (4) au moyen d'au moins deux thermodes (1, 2) dans lequel une première thermode (1) en contact avec ladite puce électronique (4) est portée à une température (Ti) inférieure à la température (T2) d'au moins une autre thermode (2). 2. Procédé de soudage de puce électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moins pendant une io opération de soudage, ladite puce électronique (4) est maintenue en place dans une cavité (10) de ladite première thermode (2) par un effet de vide (4A) créé dans ladite cavité (10). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, en fin de soudage de ladite puce électronique (4) sur un élément is support (3), il comporte une étape de refroidissement de ladite puce électronique (4) au moyen d'un fluide à température basse (4). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit fluide à température basse est de l'air sous pression (4). 5. Dispositif de soudage par thermodes apte à la mise en 20 oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux thermodes (1, 2) et des moyens (7) pour porter une première thermode (1) en contact avec ladite puce électronique (4) à une température (Ti) inférieure à la température (T2) d'au moins une autre thermode (2). 25 6. Dispositif de soudage de puce électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (4A)pour maintenir en place ladite puce électronique (4) dans une cavité (10) de ladite première thermode (2) au moins pendant une opération de soudage de ladite puce électronique (4) sur un élément support (3). 7. Dispositif de soudage de puce électronique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement (4B) de ladite puce électronique (4), ledit refroidissement étant obtenu au moyen d'un fluide à température basse. 8. Dispositif de soudage de puce électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit fluide à température basse io est de l'air sous pression (4B). 9. Dispositif de soudage de puce électronique selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'une au moins desdites thermodes (1, 2) est faite en tungstène. 10. Dispositif de soudage de puce électronique selon l'une is quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'une au moins desdites thermodes (1, 2) est faite en un alliage de chromenickel-tungstène.