FR2473834A1 - Procede de soudure automatique de microcomposants sur un circuit imprime, et circuit imprime equipe ainsi realise - Google Patents

Procede de soudure automatique de microcomposants sur un circuit imprime, et circuit imprime equipe ainsi realise Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de soudure présentant un fort coefficient de fiabilité. L'utilisation d'un dépôt de soudure par électrolyse préalablement à l'implantation des composants, et la refonte de la soudure au contact d'une source de chaleur permet ce résultat. Elle s'applique aux chaînes de câblage comportant des circuits imprimés sur lesquels sont implantés des microcomposants. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne un procédé de soudure des microcomposants sur des circuits imprimés, et les circuits imprimés équipés ainsi réalisés.
L'utilisation de microcomposants dans les dispositifs électroniques est de plus en plus fréquente; ils sont très employés notamment dans la réalisation de dispositifs dessinés à travailler dans le domaine des hautes fréquences.
La fabrication en série de tels circuits imprimés nécessite d'une part un contrôle précis de l'épaisseur de soudure déposée sur les parties métallisées du substrat, afin de permettre notamment une implantation automatisée des microcomposants et une meilleure fiabilité, et d'autre part un chauffage rapide, efficace et contrôlé du substrat pour réaliser des soudures de bonne qualité sans détériorer les composants.
Plusieurs procédés pour réaliser ces soudures sont connus de l'art antérieur: - un premier procédé consiste à souder les microcompo
sants un à un à l'aide d'un fer conçu à cet effet.
Ce procédé présente les inconvénients majeurs d'une
part d'un apport de soudure trop important, et
d'autre part d'une surchauffe pouvant entraîner la
détérioration des composants et du substrat.
- un deuxième procédé consiste à déposer la soudure
sur le circuit imprimé, préalablement gravé, par
exemple selon la technique dite de "La vague", puis,
après solidification de cette soudure, à mettre en
place les microcomposants et enfin à chauffer cet
ensemble à l'aide d'un rayonnement à infrarouge
suffisamment intense pour provoquer la fusion de la
soudure.
Ce procédé présente l'inconvénient de soumettre les microcomposants à une chaleur d'autant plus intense que leur couleur est foncée, ce qui peut entraîner la destruction ou du moins la détérioration de certains microcomposants comme notamalent ceux a semiconducteurs - enfin un troisieme procédé consiste à mettre en po
sition les microcomposants sur le circuit imprimé
prégravé, puis C les souder selon la technique clas-
situe de la vague. Les inconvénients de ce procédé
sont multiples ; les plus importants sont notamment
la trop.grande quantité de soudure déposée, et le
glissement possible des microcomposants pendant le
passage de la vague.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients par la définition d'un nouveau procédé de fabrication permettant de contrôler précisément l'épaisseur de soudure déposée et la quantité de chaleur apportée, évitant ainsi les risques de détério ration des microcomposants.
Selon une caractéristique de l'invention, le procédé de soudure de microcomposants sur un circuit imprimé prégrave, comporte au moins les trois étapes suivantes - dépit électrolytique d'un alliage constituant la
soudure sur les parties métalliques du circuit imprimé ; - mise en place manuelle ou automatique des microcom
posants sur le circuit imprimé ; - fusion de la soudure par l'application d'un liquide
chauffé à une température supérieure à la température
de fusion de la soudure sur la partie du circuit
imprime ne comportant pas les microcomposants.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention, ressortiront de la description qui suit, illustrée à l'aide des figures qui représentent - la fissure 1, une vue en coupe d'un microcomposant
soudé en utilisant le procédé selon l'invention - la figure 2, un premier exemple de circuits imprimés
réalisé par le procédé suivant l'invention --la figure 3, un second exemple de circuits imprinés
; réalisé par le procédé suivant l'invention.
Le substrat utilisé dans ces circuits imprimes comporte au n-Oins une face métallique, et est gravé selon un procédé quelconque de l'art antérieur corse par exerple la photogravure. Le substrat utilisé dans ce cas est de façon préférentielle mais non limitative constitué d'une nature telle que l'époxy ou le polyimide.
Cette opération étant réalisée, le procédé de soudure selon l'invention comporte les étapes suivantes - premièrement la soudure est déposée électrolytique
ment sur les parties métalliques collées sur le subs
trat et précédemment découpées. Cette soudure peut
être constituée d'un alliage plomb-étain déposé soit
par couches séparées et successives, de plomb puis d'é
tain, soit de façon simultanée en maintenant le do
sage suivant la qualité de soudure désirée pour
chaque constituant.
D'autres métaux comme l'argent et/ou le palladium no
tamment peuvent être inclus dans cette soudure, soit
par dépôt d'une ou de plusieurs couches intermédiai
res, soit par dépôt simultané avec les autres métaux.
La présence d'argent et/ou de palladium notamment,
permet de constituer une solution solide saturée d'ar
gent et/ou de palladium dans un mélange plomb-étain,
évitant ainsi 3a diffusion de l'argent et/ou du pal
ladium existant notamment sur les jonctions des com
posants, donc la dégradation desdites jonctions au
cours du temps.
Ce procédé de dépôt de soudure permet une maitrise de
l'épaisseur et de la composition de la soudure dépo
sée sur les parties métalliques du circuit imprimé deuxièmement une couche de flux est déposée sur les surfaces du substrat comportant les parties métalliques prédécoupées. Le flux est généralement une résine permettant un meilleur mouillage des partics métalliques par la soudure.
Avant le séchage de ce flux ou après l'avoir de nouveau porte a une température suffisante pour sa fusion mais trop faible pour que la soudure fonde, les microcomposants sont disposés sur le circuit imprime manuelleme-nt ou automatiquement. Le refroi- dissonent de ce flux entrai ne sa solidification et donc également un collage suffisant des microconTo- - sants sur le circuit imprimé, ce qui permet à ce stade une manipulation plus aisée de ces circuits imprimés.
troisièmement les circuits imprimés passent sur une vague de soudure, les microcomposants et la soudure déposée électrolytiquement se trouvant sur la face supérieure du circuit, donc sur celle qui n'est pas au contact direct de la vague. La vague n'a donc ici qu'un rôle de chauffage permettant d'assurer la fusion de la soudure déposée électrolytiquement sur les parties métalliques du circuit imprimé, ainsi que du flux permettant un bon mouillage des contacts des microcomposants par la soudure. Les réglages de la température de la vague, de son angle d'in clinaison, de la vitesse de passage sur cette vague des circuits imprimés,permettent de maîtriser le flux de chaleur apporté et donc entraînent une bonne soudure des microcomposants sans risquer leur détérioration ni celle du substrat.
A la sortie de lavague, un dispositif de refroidis-.
suent peut etre prévu afin d'accélérer la descente en température des circuits imprimés et-donc la fixation des microcomposants
L'utilisation comme flux de chaleur d'une vague de
soudure n'est pas lin:itative ; tout autre moyen
cor me source de flux de chaleur, et notamment l'u-
tilisation d'un liquiee quelconque permettant canes
son état liquide d'atteirdre la ter:érature- de fu
sion de la soudure, ne sort pas du cadre de l'in
vention.
L'utilisation comble substrat d'époxy ou de polyimide
permet de plus une meilleure qualité des soudures,
donc une meilleure fiabilité.
En effet chacune de ces deux matières possède un
coefficient de dilatation thermique lineaire supé
rieur à celui de la soudure. Par conséquent le re
froidissement simultané du substrat et de la sou
dure permet un serrage mécanique de chaque micro
composant entre les soudures effectuées sur ses
contacts. Le serrage mécanique est suffisant pour
augmenter la résistance de la soudure et améliorer
le contact, mais trop faible pour provoquer la 2é-
térioration des microcomposants par écrasement,
comme des expérimentations récentes l'ont montré.
L'utilisation de ces matières comme substrat est
donc un avantage par rapport à l'art antérieur qui
utilise corre substrat des matières céramiques pré
sentant des coefficients de dilatation linéaire
faibles, et qui de plus sont très fragiles.
La figure 1 montre une vue en coupe d'un microcomposant soudé selon le procédé décrit précédemment. Le microcomposant 1 comporte deux contacts mé- galliques 2 préexistants. La soudure 3, préalablement déposée électrolytiquement sur les parties métallisées 4 du substrat 5, présente une forme de profil permettant une bonne fiabilité comme des expérimentations l'ont montre.
La figure 2 représente un exemple de circuit imprimé obtenu en utilisant le procédé selon l'invention. Outre les éléments déjà décrits dans la figure 1, il comporte des fentes 6 pratiquées dans les partics métalliques 4 en contact avec le substrat 5. Les fentes sont réparties, de façon appropriée, à proximité de certains microcomposants. Leur présence permet d'éviter, lors de la fusicn de la soudure 3, le glissement des microcomposants par l'intermédiaire de fcrces dues- notamment aux forces de capillarité du fait de la proximité d'autres microcomposants.
Dans la figure 2, les fentes 61, 62, 63, 64, 65, 66, par exemple, évitent les glissements par rotation des microcomposants 20 et 21 qui pourraient se produire sous l'effet de forces attractives dues à des phénomènes de capillarité de la soudure fondue avec les microcomposants. Ces fentes permettent d'éviter ces modifications de position des microcomposants en interrompant suffisamment les liaisons de fluide, établies par la soudure fondue entre ces microcompo- sants.
La figure 3 montre un deuxième exemple de réalisation d'un circuit imprimé utilisant le procédé selon l'invention. Sur ce circuit les fentes 6 ont été remplacées par une étape suppléroentaire dans le procédé de soudure selon l'invention, s'insérant avant la disposition des microcomposants sur le circuit imprimé comportant la soudure déposée électrolytiquement.
Celle-ci consiste à déposer un vernis (représenté par des zones pointillées sur la figure 3) sur le circuit imprimé à l'exception de surfaces 30 se trouvant au,= endroits où doivent être placés les mi crocomposants. Chacune de ces surfaces a une taille légèrement supérieure à la surface de contact du mi crocomposant considéré. Ce dépôt de verni ainsi constitué permet, lors du chauffage du circuit imprimé pour obtenir la fusion de la soudure, d'éviter le glissement des microcomposants, ceux-ci étant entourés d'une surface ricice constituée par le verres. Le vernis doit être prévu pour résister aux températures correspondant à la fusion de la sondure déposée sur les parties métallisées du substrat.
On a ainsi décrit un procédé de soudure de mi- crocomposants sur un circuit imprimé, et le circuit imprimé ainsi réalisé.

Claims (11)

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé de soudure de microcomposants sur circuit imprimé comportant un substrat dont au moins une surface a été métallisée puis graléc, caractéri- sé en ce qu'il comporte au moins les trois étapes suivantes : - dépôt électrolytique d'un alliage constituant la
soudure sur les parties métalliques du circuit
imprimé ; - mise en place manuelle ou automatique des micrp- -
composants sur le circuit imprimé recouvert de soudure - fusion de la soudure par utilisation d'un liquide,
chauffé à une température supérieure à la tempé
rature de fusion de la soudure, et mis en contact
avec la partie du circuit qui ne comporte pas
les microcoraposants.
2. Procédé de soudure selon la revendication-l, caractérisé en ce qu'avant la mise en place des mi crocomposants sur le circuit imprimé, une couche de flux est déposée notamment sur les parties métalli- ques comportant la soudure déposée électrolytiquement, ce flux étant dans un état liquide lors du positionnement des microcomposants de façon à assurer leur collage lors de la solidification de ce flux.
3. Procédé de soudure selon la-revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (5) du circuit imprimé est en epoxy ou en polyimide.
4. Procédé de soudure selon la revendication I, caractérisé en ce que le dépôt électrolytique est fait par couches successives de métaux purs.
5. Procédé de soudure selon la revendication I, caractérisé en ce que la soudure après dépôt sur le circuit imprimé comporte du plomb et de l'étair; et en solution solide dans cet alliage plomb-étain au moins un autre métal.
6. Procédé de soudure selon la revendication 5, caractérisé en ce que la soudure comporte après dépôt sur le circuit imprimé de l'argent et/ou du palladium en solution solide dans l'alliage plomb- étain.
7. Procédé de soudure melon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide utilié pour chauffer le circuit imprimé c une température suffisante pour la fusion de la soudure, est constitué d'une vague de soudure fondue mise en contact pendant un temps déterminé avec la surface du circuit imprimé ne comportant pas les microcomposants.
8. Procédé de soudure selon le revendication 1, caractérisé en ce qu'avant le positionnement des microcomposants sur le circuit imprimé, un vernis est déposé sur le circuit imprirré à 1 1 exceptiorH de certaines surfaces (30) correspondant a l'emplacement des microcomposants.
9. Procédé de soudure selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque surface (30) sans vernis est plus grande que la surface de contact correspondante du microcomposant avec le circuit imprimé.
10. Procédé de soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce que des fentes (6, 61 à 66) sont rée lisées dans les parties métaliques (4) du circuit imprimé autour de certains microcomr.osants, de façon à éviter leur glissement lors de la fusion de la soudure.
11. Circuit imprimé comportant des microcompo- sants, caractérisé en ce qu'il est réalisé L" à 1 l'aide du procédé de soudure selon l'une quelconque des revendications précédentes
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