CA2338157A1 - Procede de brasage par refusion de composants electroniques et dispositif de brasage pour la mise en oeuvre d'un tel procede - Google Patents
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Abstract
Dans ce procédé de brasage par refusion de composants électroniques (22) sur un support, par exemple une plaquette (20) de circuit imprimé, on dispose d'alliage de brasure sur le support (20) en des emplacements de connexion de s composants (22), on place les composants sur les emplacements de connexion e t l'on effectue une opération de brasage proprement dite des composants (22) p ar traitement thermique du support, par sa mise en contact, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec une atmosphère de traitement comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, l'atmosphère étant obtenue par passage d'un gaz initial de traitement dans une décharge électrique, et le traitement thermique du support étant obtenu au moyen des espèces chimiques ainsi chauffées sous l'action de la décharge.
Description
PROCEDE DE BRASAGE PAR REF'QSION
DE COMPOSANTS EI~ECTRONIQUES ET DISPOSITIF
DE BRASAGE POUR IDA MISE EN OE~VRE D'üN TEI~ PROCEDE
La présente invention est relative à un procédé de brasage par refusion de composants électroniques sur un support tel qu'une plaquette de circuit imprimé, et se rapporte également à un dispositif de brasage pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
Les deux méthodes les plus couramment utilisées pour effectuer une opération de brasage, sont le "brasage à la vague" (wave soldering an anglais) et le "brasage par refusion" (reflow soldering en anglais).
Dans le premier cas, c'est-à-dire le brasage à la vague, le brasage consiste à amener les plaquettes portant les composants électroniques à braser en contact avec une ou plusieurs vagues d'alliage de soudure liquide obtenues par circulation d'un bain de soudure contenu dans un bac, au moyen d'une buse.
Généralement, les plaquettes sont préalablement fluxées dans une zone amont, à l'aide d'un spray de flux ou d'une mousse de flux, puis préchauffés de manière à activer les flux précédemment déposés, afin de nettoyer les surfaces à braser, pour l'élimination des oxydes, des contaminants organiques, etc...
Dans la seconde technique de brasage "par refusion", on dispose d'une quantité d'alliage de brasure en des emplacements de connexion des composants sur le circuit, par exemple en sérigraphiant une pâte à braser contenant un mélange d'alliage métallique et de flux sur le circuit imprimé avant d'y déposer les composants à braser.
Une autre technologie récente consiste en ce que l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôts) sur le support, sur des emplacements de connexion des composants, pré-dépôts) refondus) ("refusion"), ceci étant en général suivi d'une opération d'aplanissement de la surface des pré-dépôts précédemment refondus (formation de "bumps" en anglais, on se reportera aux procédés SIPADT" ou
DE COMPOSANTS EI~ECTRONIQUES ET DISPOSITIF
DE BRASAGE POUR IDA MISE EN OE~VRE D'üN TEI~ PROCEDE
La présente invention est relative à un procédé de brasage par refusion de composants électroniques sur un support tel qu'une plaquette de circuit imprimé, et se rapporte également à un dispositif de brasage pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
Les deux méthodes les plus couramment utilisées pour effectuer une opération de brasage, sont le "brasage à la vague" (wave soldering an anglais) et le "brasage par refusion" (reflow soldering en anglais).
Dans le premier cas, c'est-à-dire le brasage à la vague, le brasage consiste à amener les plaquettes portant les composants électroniques à braser en contact avec une ou plusieurs vagues d'alliage de soudure liquide obtenues par circulation d'un bain de soudure contenu dans un bac, au moyen d'une buse.
Généralement, les plaquettes sont préalablement fluxées dans une zone amont, à l'aide d'un spray de flux ou d'une mousse de flux, puis préchauffés de manière à activer les flux précédemment déposés, afin de nettoyer les surfaces à braser, pour l'élimination des oxydes, des contaminants organiques, etc...
Dans la seconde technique de brasage "par refusion", on dispose d'une quantité d'alliage de brasure en des emplacements de connexion des composants sur le circuit, par exemple en sérigraphiant une pâte à braser contenant un mélange d'alliage métallique et de flux sur le circuit imprimé avant d'y déposer les composants à braser.
Une autre technologie récente consiste en ce que l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôts) sur le support, sur des emplacements de connexion des composants, pré-dépôts) refondus) ("refusion"), ceci étant en général suivi d'une opération d'aplanissement de la surface des pré-dépôts précédemment refondus (formation de "bumps" en anglais, on se reportera aux procédés SIPADT" ou
2 encore OPTIPADT"' industriellement disponibles), voire par le fait que l'alliage de brasure à fait l'objet pour certains composants d'un pré-dépôt sur des terminaisons des composants proprement dits.
Ce n'est qu'ensuite que l'on procède au positionnement des composants sur le support.
Le support muni des composants est ensuite inséré
dans un four à refusion de manière à apporter la quantité de chaleur nécessaire pour permettre d'obtenir la fusion de l'alliage métallique, ainsi que l'activation de l'élément fluxant contenu dans la pâte ou le pré-dépôt.
Comme dans le cas du brasage à la vague, cette technique nécessite l'utilisation de flux afin de nettoyer les surfaces à braser. (,'utilisation de ces flux présente un certain nombre d'inconvénients, notamment en raison de leur coût, et des résidus qu'ils laissent sur les cartes, ce qui tend à générer des problèmes de fiabilité des cartes électroniques ainsi conçues. I1 est donc nécessaire, avec ces techniques, de prévoir une étape supplémentaire de nettoyage des cartes après brasage, qui utilise le plus souvent des solvants chlorés, dont l'utilisation tend à être fortement limitée par les réglementations en vigueur. En outre, cette étape de nettoyage supplémentaire tend à
augmenter de façon sensible le coût de fabrication des circuits.
Par ailleurs, on constate une forte tendance de l'industrie de la microélectronique à aller vers une miniaturisation et un taux d'intégration sur les circuits extrêmement élevés (nombre d'entrées/sorties des composants), avec en particulier l'apparition de nouveaux types de composants à nombre de connexions très élevé et à
géométries de liaisons sur le circuit complexes, tels les composants appelés dans ce métier BGA, ou encore Flip Chip.
On sait par exemple que les composants BGA
présentent des performances extrêmement attractives pour l'industrie, mais également un certain nombre d'inconvénients, liés notamment au fait que les connexions
Ce n'est qu'ensuite que l'on procède au positionnement des composants sur le support.
Le support muni des composants est ensuite inséré
dans un four à refusion de manière à apporter la quantité de chaleur nécessaire pour permettre d'obtenir la fusion de l'alliage métallique, ainsi que l'activation de l'élément fluxant contenu dans la pâte ou le pré-dépôt.
Comme dans le cas du brasage à la vague, cette technique nécessite l'utilisation de flux afin de nettoyer les surfaces à braser. (,'utilisation de ces flux présente un certain nombre d'inconvénients, notamment en raison de leur coût, et des résidus qu'ils laissent sur les cartes, ce qui tend à générer des problèmes de fiabilité des cartes électroniques ainsi conçues. I1 est donc nécessaire, avec ces techniques, de prévoir une étape supplémentaire de nettoyage des cartes après brasage, qui utilise le plus souvent des solvants chlorés, dont l'utilisation tend à être fortement limitée par les réglementations en vigueur. En outre, cette étape de nettoyage supplémentaire tend à
augmenter de façon sensible le coût de fabrication des circuits.
Par ailleurs, on constate une forte tendance de l'industrie de la microélectronique à aller vers une miniaturisation et un taux d'intégration sur les circuits extrêmement élevés (nombre d'entrées/sorties des composants), avec en particulier l'apparition de nouveaux types de composants à nombre de connexions très élevé et à
géométries de liaisons sur le circuit complexes, tels les composants appelés dans ce métier BGA, ou encore Flip Chip.
On sait par exemple que les composants BGA
présentent des performances extrêmement attractives pour l'industrie, mais également un certain nombre d'inconvénients, liés notamment au fait que les connexions
3 P'C1'/FR99/01657 et joints de soudure ne sont pas latérales au composant mais situés sous le composant, rendant très difficiles tant le nettoyage que les réparations éventuelles.
On se reportera, sur ces questions de nouveaux composants, et de nouvelles technologies de dépôt de brasure, aux différents articles de la revue "Advanced Packaging", July/August 1997.
Les documents EP-658391 et EP-747159 au nom de la Demanderesse avaient proposé des procédés et installations de fluxage par voie sèche, avant brasage ou étamage, à
l'aide de mélanges gazeux comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvus d'espèces électriquement chargées.
Les travaux menés à bien par la Demanderesse ont montré que ces procédés devaient encore être améliorés dans le cas du brasage par refusion, non seulement pour améliorer les conditions de brasage des composants spéciaux mais également de façon générale les conditions de fluxage permettant d'éviter l'opération de nettoyage des supports en aval.
Le but de l'invention est d'apporter une réponse technique aux problèmes ci-dessus mentionnés.
Elle a donc pour objet un procédé de brasage par refusion de composants électroniques sur un support, au cours duquel .
- on dispose d'une quantité d'alliage de brasure, - on place les composants sur des emplacements de connexion du support, et - on effectue une opération de brasage proprement dite des composants à l'aide du dit alliage de brasure, par traitement thermique du support, et se caractérise en ce qu'on procède audit traitement thermique du support pour réaliser le brasage des composants à l'aide de l'alliage de brasure, par mise en contact du support, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec une atmosphère de traitement comportant des espèces chimiques excitées ou instables et
On se reportera, sur ces questions de nouveaux composants, et de nouvelles technologies de dépôt de brasure, aux différents articles de la revue "Advanced Packaging", July/August 1997.
Les documents EP-658391 et EP-747159 au nom de la Demanderesse avaient proposé des procédés et installations de fluxage par voie sèche, avant brasage ou étamage, à
l'aide de mélanges gazeux comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvus d'espèces électriquement chargées.
Les travaux menés à bien par la Demanderesse ont montré que ces procédés devaient encore être améliorés dans le cas du brasage par refusion, non seulement pour améliorer les conditions de brasage des composants spéciaux mais également de façon générale les conditions de fluxage permettant d'éviter l'opération de nettoyage des supports en aval.
Le but de l'invention est d'apporter une réponse technique aux problèmes ci-dessus mentionnés.
Elle a donc pour objet un procédé de brasage par refusion de composants électroniques sur un support, au cours duquel .
- on dispose d'une quantité d'alliage de brasure, - on place les composants sur des emplacements de connexion du support, et - on effectue une opération de brasage proprement dite des composants à l'aide du dit alliage de brasure, par traitement thermique du support, et se caractérise en ce qu'on procède audit traitement thermique du support pour réaliser le brasage des composants à l'aide de l'alliage de brasure, par mise en contact du support, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec une atmosphère de traitement comportant des espèces chimiques excitées ou instables et
4 substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, l'atmosphère étant obtenue par passage d'un gaz initial de traitement dans une décharge électrique, et le traitement thermique du support étant obtenu au moyen des espèces chimiques ainsi chauffées sous l'action de la décharge.
Le procédé suivant l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des étapes suivantes .
- préalablement à l'étape de dépôt des composants, on dépose de la colle polymérisable sur des emplacements de collage du support, et l'on procède à la polymérisation de ladite colle afin de coller les composants sur le support au niveau des emplacements de collage ;
- on dispose de l'alliage de brasure en procédant à
une sérigraphie de pâte à braser sur le support en des emplacements de connexion des composants ;
- on dispose de l'alliage de brasure par le fait que l'alliage de brasure avait fait l'objet sur le support de pré-dépôt(s), sur. les ou des emplacements de connexion des composants, pré-dépôts) ayant ensuite subi une opération de refusion , puis ayant ensuite avantageusement fait l'objet d'une opération d'aplanissement de leur surface ;
- on dispose de l'alliage de brasure par le fait que l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôts) sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, pré-dépôts) ayant ensuite subi une opération de refusion ;
- préalablement ou postérieurement à l'étape de dépôt de colle sur les emplacements de collage du support, ou encore après dépôt des composants sur le support, on procède à une opération de fluxage préalable du support par traitement de ce dernier, à une pression voisine de la pression atmosphérique, au moyen d'une atmosphère de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées ;
- l'atmosphère de fluxage du support est obtenue par passage d'un gaz initial de fluxage dans une décharge électrique, le gaz initial de fluxage comportant avantageusement un mélange gazeux réducteur comportant de
Le procédé suivant l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des étapes suivantes .
- préalablement à l'étape de dépôt des composants, on dépose de la colle polymérisable sur des emplacements de collage du support, et l'on procède à la polymérisation de ladite colle afin de coller les composants sur le support au niveau des emplacements de collage ;
- on dispose de l'alliage de brasure en procédant à
une sérigraphie de pâte à braser sur le support en des emplacements de connexion des composants ;
- on dispose de l'alliage de brasure par le fait que l'alliage de brasure avait fait l'objet sur le support de pré-dépôt(s), sur. les ou des emplacements de connexion des composants, pré-dépôts) ayant ensuite subi une opération de refusion , puis ayant ensuite avantageusement fait l'objet d'une opération d'aplanissement de leur surface ;
- on dispose de l'alliage de brasure par le fait que l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôts) sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, pré-dépôts) ayant ensuite subi une opération de refusion ;
- préalablement ou postérieurement à l'étape de dépôt de colle sur les emplacements de collage du support, ou encore après dépôt des composants sur le support, on procède à une opération de fluxage préalable du support par traitement de ce dernier, à une pression voisine de la pression atmosphérique, au moyen d'une atmosphère de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées ;
- l'atmosphère de fluxage du support est obtenue par passage d'un gaz initial de fluxage dans une décharge électrique, le gaz initial de fluxage comportant avantageusement un mélange gazeux réducteur comportant de
5 l'hydrogène ;
- le gaz initial de traitement comporte un mélange gazeux réducteur comportant de l'hydrogène ;
- l'atmosphère de traitement est obtenue à une sortie de gaz d'un appareil de formation d'espèces excitées ou instables, dans lequel a été transformé le gaz initial de traitement ;
- l'atmosphère de fluxage est obtenue à une sortie de gaz d'un appareil de formation d'espèces excitées ou instables, dans lequel a été transformé le gaz initial de fluxage ;
- les étapes de placement des composants et de brasage sont effectuées sur les deux grandes faces du support, ladite opération de traitement étant effectuée au moyen de deux appareils de formation d'espèces chimiques excitées ou instables, disposés chacun en regard de l'une des faces du support ;
- le procédé comporte en outre une étape de refroidissement du support, postérieure au dit traitement, par passage de cette dernière dans une atmosphère de refroidissement comportant un gaz neutre.
L'invention a également pour objet un dispositif de brasage par refusion de composants électroniques sur un support, par exemple une plaquette de circuit imprimé, pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de convoyage des supports portant, sur au moins une de leur face les composants à braser sur des emplacements de connexion, emplacements sur lesquels on dispose d'un alliage de brasure, l'organe de convoyage assurant le transfert des supports en regard de premiers moyens permettant la polymérisation de points de colle présents sur des emplacements de collage du support, et en regard de seconds
- le gaz initial de traitement comporte un mélange gazeux réducteur comportant de l'hydrogène ;
- l'atmosphère de traitement est obtenue à une sortie de gaz d'un appareil de formation d'espèces excitées ou instables, dans lequel a été transformé le gaz initial de traitement ;
- l'atmosphère de fluxage est obtenue à une sortie de gaz d'un appareil de formation d'espèces excitées ou instables, dans lequel a été transformé le gaz initial de fluxage ;
- les étapes de placement des composants et de brasage sont effectuées sur les deux grandes faces du support, ladite opération de traitement étant effectuée au moyen de deux appareils de formation d'espèces chimiques excitées ou instables, disposés chacun en regard de l'une des faces du support ;
- le procédé comporte en outre une étape de refroidissement du support, postérieure au dit traitement, par passage de cette dernière dans une atmosphère de refroidissement comportant un gaz neutre.
L'invention a également pour objet un dispositif de brasage par refusion de composants électroniques sur un support, par exemple une plaquette de circuit imprimé, pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de convoyage des supports portant, sur au moins une de leur face les composants à braser sur des emplacements de connexion, emplacements sur lesquels on dispose d'un alliage de brasure, l'organe de convoyage assurant le transfert des supports en regard de premiers moyens permettant la polymérisation de points de colle présents sur des emplacements de collage du support, et en regard de seconds
6 moyens comportant au moins un appareil de formation d'une atmosphère de traitement comportant des espèces chimiques excitées ou instables et étant substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, atmosphère de traitement dont la température la rend utilisable pour réaliser, à une pression voisine de la pression atmosphérique, un traitement thermique du support, en vue du brasage proprement dit des composants.
Le dispositif comporte avantageusement, intercalé le long du convoyeur en amont des premiers moyens ou entre les premiers moyens et les seconds moyens, au moins un appareil de formation d'une atmosphère de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et étant substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, atmosphère de fluxage utilisable pour réaliser un fluxage en phase gazeuse du support.
On entend par l'expression "pression voisine de la pression atmosphérique" selon l'invention, une pression se situant avantageusement dans l'intervalle X0,1 x 105 Pa, 3 x 105 PaJ .
Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, le "support" sur lequel sont brasés les composants selon l'invention peut étre de nature très variée, suivant en cela les différents supports utilisés dans l'industrie, tout comme bien sur les composants électroniques à braser. A
titre illustratif, il pourra s'agir de supports du type circuits imprimés (quel que soit leur état de surface ou finition), ou encore par exemple de supports céramiques métallisés tels les circuits hybrides, voire de fonds de boîtiers sur lesquels doivent être brasés des circuits dans un procédé global d'encapsulation.
De même les composants concernés pourront être extrêmement variés, depuis les composants électroniques traditionnels passifs ou actifs jusque des composants plus complexes et délicats de manipulation, qu'ils soient encapsulés ou puces nues (BGA, MCM, Flip Chips etc..). Les
Le dispositif comporte avantageusement, intercalé le long du convoyeur en amont des premiers moyens ou entre les premiers moyens et les seconds moyens, au moins un appareil de formation d'une atmosphère de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et étant substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, atmosphère de fluxage utilisable pour réaliser un fluxage en phase gazeuse du support.
On entend par l'expression "pression voisine de la pression atmosphérique" selon l'invention, une pression se situant avantageusement dans l'intervalle X0,1 x 105 Pa, 3 x 105 PaJ .
Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, le "support" sur lequel sont brasés les composants selon l'invention peut étre de nature très variée, suivant en cela les différents supports utilisés dans l'industrie, tout comme bien sur les composants électroniques à braser. A
titre illustratif, il pourra s'agir de supports du type circuits imprimés (quel que soit leur état de surface ou finition), ou encore par exemple de supports céramiques métallisés tels les circuits hybrides, voire de fonds de boîtiers sur lesquels doivent être brasés des circuits dans un procédé global d'encapsulation.
De même les composants concernés pourront être extrêmement variés, depuis les composants électroniques traditionnels passifs ou actifs jusque des composants plus complexes et délicats de manipulation, qu'ils soient encapsulés ou puces nues (BGA, MCM, Flip Chips etc..). Les
7 "composants" selon l'invention pourront également consister en des circuits qu'il faut braser sur un autre support ou encore sur un fond de bottier avant encapsulation.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels .
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de brasage pour la mise en oeuvre du procédé
selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un exemple de module de formation d'espèces chimiques excitées ou instables entrant dans la constitution du dispositif de la figure 1.
Sur la figure 1 on a représenté une vue générale d'un dispositif de brasage par refusion convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ce dispositif comporte un organe de convoyage 10 comportant un tapis 12, représenté en traits mixtes, disposé dans une enceinte 14 et s'étendant entre deux rouleaux de guidage, 16 et 18, dont au moins l'un est moteur.
Comme on le voit sur cette figure, sur le tapis 12 sont disposées ici un ensemble de plaquettes de circuit imprimé, tel que 20, sur au moins une des grandes faces desquelles sont disposés un ensemble de composants électroniques, tel que 22, qu'il convient de braser.
Les composants électroniques sont disposés au niveau d'emplacements de connexion sur lesquels est appliquée de la pâte à braser, par exemple un alliage d'étain et de plomb.
Par ailleurs des points d'une colle polymérisable appropriée pour l'utilisation envisagée, ont été déposés sur des points de collage adéquats de la plaquette (par exemple sur des surfaces polymères de la plaquette de circuit imprimé, entre deux emplacements de connexion), assurant le maintien des composants en place au cours de leur brasage.
Le tapis 12 assure le transfert des plaquettes de circuit imprimé 20 portant les composants 22 en regard d'un
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels .
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de brasage pour la mise en oeuvre du procédé
selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un exemple de module de formation d'espèces chimiques excitées ou instables entrant dans la constitution du dispositif de la figure 1.
Sur la figure 1 on a représenté une vue générale d'un dispositif de brasage par refusion convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ce dispositif comporte un organe de convoyage 10 comportant un tapis 12, représenté en traits mixtes, disposé dans une enceinte 14 et s'étendant entre deux rouleaux de guidage, 16 et 18, dont au moins l'un est moteur.
Comme on le voit sur cette figure, sur le tapis 12 sont disposées ici un ensemble de plaquettes de circuit imprimé, tel que 20, sur au moins une des grandes faces desquelles sont disposés un ensemble de composants électroniques, tel que 22, qu'il convient de braser.
Les composants électroniques sont disposés au niveau d'emplacements de connexion sur lesquels est appliquée de la pâte à braser, par exemple un alliage d'étain et de plomb.
Par ailleurs des points d'une colle polymérisable appropriée pour l'utilisation envisagée, ont été déposés sur des points de collage adéquats de la plaquette (par exemple sur des surfaces polymères de la plaquette de circuit imprimé, entre deux emplacements de connexion), assurant le maintien des composants en place au cours de leur brasage.
Le tapis 12 assure le transfert des plaquettes de circuit imprimé 20 portant les composants 22 en regard d'un
8 premier poste 24 permettant par transfert thermique la polymérisation de la colle déposée (par exemple par rayonnement), puis à travers un deuxième poste 28 de traitement thermique, au niveau duquel le brasage proprement dit des composants 22 est effectué.
Enfin, le tapis 12 assure le transfert des plaquettes 20, en aval du deuxième poste 28 de traitement thermique vers un poste 30 de refroidissement au niveau duquel les plaquettes sont disposées dans une atmosphère azotée.
Comme on le voit sur cette figure 1, le deuxième poste de traitement thermique 28, peut être considéré comme confondu avec un poste de fluxage 26, tous deux constitués par un module 32 de formation d' un gaz de traitement et de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvu d'espèces électriquement chargées.
Sur cette figure 1, on a considéré que les composants 22 sont disposés sur l'une des grandes faces de la plaquette 20, le module 32 de formation d'espèces excitées ou instables étant tourné vers cette face. Mais comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier, dans le cas où les composants 22 sont disposés sur les deux grandes faces mutuellement opposées de chaque plaquette 20, le dispositif peut comporter deux modules 32 de formation d'espèces chimiques excitées ou instables disposés chacun en regard de l'une des grandes faces de la plaquette 20.
Le module 32 a pour fonction de faire passer un gaz initial de traitement, comportant avantageusement un mélange gazeux réducteur, par exemple à base d'azote et d'hydrogène, complété, le cas échéant de vapeur d'eau, à travers une décharge électrique, à l'intérieur de laquelle le gaz initial est transformé, de manière à générer, en sortie de gaz du module, le gaz de traitement qui comporte les espèces gazeuses excitées ou instables et qui est substantiellement dépourvu d'espèces électriquement chargées (situation de post-décharge).
WO 00/06333 PC'T/FR99/01657
Enfin, le tapis 12 assure le transfert des plaquettes 20, en aval du deuxième poste 28 de traitement thermique vers un poste 30 de refroidissement au niveau duquel les plaquettes sont disposées dans une atmosphère azotée.
Comme on le voit sur cette figure 1, le deuxième poste de traitement thermique 28, peut être considéré comme confondu avec un poste de fluxage 26, tous deux constitués par un module 32 de formation d' un gaz de traitement et de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvu d'espèces électriquement chargées.
Sur cette figure 1, on a considéré que les composants 22 sont disposés sur l'une des grandes faces de la plaquette 20, le module 32 de formation d'espèces excitées ou instables étant tourné vers cette face. Mais comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier, dans le cas où les composants 22 sont disposés sur les deux grandes faces mutuellement opposées de chaque plaquette 20, le dispositif peut comporter deux modules 32 de formation d'espèces chimiques excitées ou instables disposés chacun en regard de l'une des grandes faces de la plaquette 20.
Le module 32 a pour fonction de faire passer un gaz initial de traitement, comportant avantageusement un mélange gazeux réducteur, par exemple à base d'azote et d'hydrogène, complété, le cas échéant de vapeur d'eau, à travers une décharge électrique, à l'intérieur de laquelle le gaz initial est transformé, de manière à générer, en sortie de gaz du module, le gaz de traitement qui comporte les espèces gazeuses excitées ou instables et qui est substantiellement dépourvu d'espèces électriquement chargées (situation de post-décharge).
WO 00/06333 PC'T/FR99/01657
9 Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, selon les circuits à braser, et selon l'alliage de brasure considéré, la température des espèces en sortie de décharge sera en général directement suffisante (> 190°C).
Cependant dans certains cas particuliers (certains eutectiques métalliques par exemple), on pourra envisager de préchauffer quelque peu le gaz initial avant son entrée dans la décharge.
On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe d'un exemple de module 32 capable de générer de telles espèces chimiques.
On voit sur cette figure que le module 32 comprend une première électrode tubulaire 34, formée par exemple par une face interne d'un bloc métallique 36, et dans laquelle est disposé concentriquement un ensemble formé d'un tube en matériau diélectrique 38, par exemple en céramique, sur la face interne duquel est déposée, par métallisation, une deuxième électrode 40, exagérément épaissie sur la figure 2, afin d'améliorer la clarté.
Le tube diélectrique 38 et la deuxième électrode 40 définissent, avec la première électrode 34, un passage tubulaire de gaz 42, et, intérieurement, un volume interne 44 dans lequel on fait circuler un fluide réfrigérant.
Le bloc 36 comporte, diamétralement opposées, deux fentes longitudinales 46 et 48, formant respectivement l'entrée du gaz initial de traitement à transformer (exciter) dans le passage 42 et la sortie de flux d'atmosphère de traitement comportant les espèces gazeuses excitées ou instables mais substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées.
Les fentes 46 et 48 s'étendent sur toute la longueur axiale de la cavité 42.
Par ailleurs, le bloc 36 comporte en outre, avantageusement, à la périphérie de la première électrode 34, une pluralité de conduits, tels que 50, pour le passage d'un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau.
WO 00/06333 PC'T/FR99/01657 1~
On voit par ailleurs sur la figure 2 que la fente 46 d'entrée de gaz communique avec une chambre d'homogénéisation 52 ,formée dans un bottier 54 accolée au bloc 36 et comportant une tubulure 56 d'amenée de gaz initial.
Le module est complété par un générateur électrique 58 à haute tension et haute fréquence destiné à engendrer une décharge dans le mélange gazeux circulant dans le passage de gaz 42 de manière à provoquer, par ionisation, une excitation des molécules gazeuses entrant dans sa constitution et à générer ainsi des espèces chimiques excitées ou instables, en particulier des radicaux H~ ou Hz~, qui viennent désoxyder et décontaminer la surface externe des plaquettes de circùit imprimé 20 (figure 1).
Le procédé de brasage de composants électroniques sur une plaquette de circuit imprimé s'effectue ici de la façon suivante.
On considérera par la suite que l'on utilise des plaquettes 20 sur lesquelles de la pâte à braser a été
sérigraphiée, en des emplacements de connexion des composants. On aurait également pu utiliser un alliage de brasure ayant fait l'objet de pré-dépôts sur la plaquette sur des emplacements de connexion des composants, et d'une pré-refusion, en général suivie d'une opération d'aplanissement de la surface des pré-dépôts ainsi obtenus (procédés industriellement disponibles bien connus de l'homme du métier de la microélectronique). I1 pourrait également s'agir de composants possédant eux mëme des emplacements/terminaisons sur lesquels un pré-dépôt d'alliage de brasure a été effectué.
On dépose selon l'invention comme décrit plus haut, sur des emplacements de collage, des points de colle de manière à assurer un maintien- des composants au cours du brasage.
On place ensuite les composants sur les emplacements de connexion puis l'on dispose les plaquettes ainsi préparées sur l'organe de convoyage, en particulier sur le tapis 12.
Celui-ci procède au transfert des plaquettes du poste de chargement vers le premier poste 24 de polymérisation de la colle, et le circuit est ainsi préchauffé.
Au cours de la phase suivante, les plaquettes sont transférées jusqu'au module 32 de formation d'espèces chimiques excitées ou instables, décrit précédemment en référence à la figure 3, au niveau duquel les plaquettes, d'une part, subissent une opération de fluxage, sous l'action des espèces chimiques délivrées par le module 32 et, d'autre part et en méme temps, sous l'action de la chaleur transmise à ces espèces excitées sous l'effet de la décharge, les composants sont brasés sur la plaquette.
Le procédé se poursuit ici par une étape de refroidissement des plaquettes, sous l'action d'un flux d'azote fourni au niveau du poste 30 de refroidissement.
Dans l'exemple de réalisation décrit en référence à
la figure 1, on a considéré que la première étape de traitement thermique de polymérisation et de préchauffage de la plaquette est effectuée au moyen d'un poste 24 spécifique.
I1 serait toutefois possible, en variante, d'effectuer ce chauffage préalable au moyen du gaz chauffé
délivré en sortie d'un module 32 de production d'espèces chimiques excitées.
I1 serait par ailleurs possible de prévoir une étape de fluxage préalable des plaquettes 20 au moyen d'espèces chimiques excitées ou instables délivrées par un module identique au module 32, avant l'enduction des emplacements de collage au moyen de colle.
Enfin, et selon un mode de réalisation non représenté, il serait également possible de réaliser le fluxage des supports et le traitement thermique de brasage non pas au moyen d'un seul et unique module mais au moyen de deux modules 32 distincts.
On conçoit que l'invention qui vient d'être décrite, utilisant une étape de refusion/traitement thermique utilisant les espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, chauffées sous l'action d'une décharge permet d'améliorer considérablement la qualité des brasures ainsi obtenues, tout en évitant un décapage ultérieur par solvant chloré
- le traitement thermique proprement dit de refusion est réalisé avec des espèces actives (nettoyage, désoxydation..) permettant d'éviter tout phénomène d'oxydation et donc d'améliorer substantiellement les performances de mouillage ;
- on conçoit d'autre part qu'en utilisation avec des pâtes à braser faiblement fluxées (faible activité/faible taux de résidus sur le support après brasage) ou mieux encore en utilisant des systèmes de pré-dépôt d'alliage de brasure sans flux sur des emplacements adéquats du support ou des terminaisons de composants, le procédé selon l'invention permet d'allier des performances de brasage tout à fait satisfaisantes, tout en permettant d'éviter l'opération de nettoyage ultérieure des supports.
Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.
Ainsi, si l'invention a été tout particulièrement exemplifiée dans ce qui précède en positionnant sur le trajet des supports un module de formation de l'atmosphère de traitement ou de fluxage (voire un module par face) , on peut bien entendu envisager la présence de plusieurs modules en série et /ou en parallèle permettant d'obtenir l'effet requis, mais on peut également envisager (selon le cas de chaque site utilisateur) le fait de ne mettre en place, en regard d'une ou de chaque face du support, qu'un module (qu'il soit de traitement ou de fluxage), en effectuant des repassages successifs en regard du module pour obtenir l'effet voulu.
Cependant dans certains cas particuliers (certains eutectiques métalliques par exemple), on pourra envisager de préchauffer quelque peu le gaz initial avant son entrée dans la décharge.
On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe d'un exemple de module 32 capable de générer de telles espèces chimiques.
On voit sur cette figure que le module 32 comprend une première électrode tubulaire 34, formée par exemple par une face interne d'un bloc métallique 36, et dans laquelle est disposé concentriquement un ensemble formé d'un tube en matériau diélectrique 38, par exemple en céramique, sur la face interne duquel est déposée, par métallisation, une deuxième électrode 40, exagérément épaissie sur la figure 2, afin d'améliorer la clarté.
Le tube diélectrique 38 et la deuxième électrode 40 définissent, avec la première électrode 34, un passage tubulaire de gaz 42, et, intérieurement, un volume interne 44 dans lequel on fait circuler un fluide réfrigérant.
Le bloc 36 comporte, diamétralement opposées, deux fentes longitudinales 46 et 48, formant respectivement l'entrée du gaz initial de traitement à transformer (exciter) dans le passage 42 et la sortie de flux d'atmosphère de traitement comportant les espèces gazeuses excitées ou instables mais substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées.
Les fentes 46 et 48 s'étendent sur toute la longueur axiale de la cavité 42.
Par ailleurs, le bloc 36 comporte en outre, avantageusement, à la périphérie de la première électrode 34, une pluralité de conduits, tels que 50, pour le passage d'un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau.
WO 00/06333 PC'T/FR99/01657 1~
On voit par ailleurs sur la figure 2 que la fente 46 d'entrée de gaz communique avec une chambre d'homogénéisation 52 ,formée dans un bottier 54 accolée au bloc 36 et comportant une tubulure 56 d'amenée de gaz initial.
Le module est complété par un générateur électrique 58 à haute tension et haute fréquence destiné à engendrer une décharge dans le mélange gazeux circulant dans le passage de gaz 42 de manière à provoquer, par ionisation, une excitation des molécules gazeuses entrant dans sa constitution et à générer ainsi des espèces chimiques excitées ou instables, en particulier des radicaux H~ ou Hz~, qui viennent désoxyder et décontaminer la surface externe des plaquettes de circùit imprimé 20 (figure 1).
Le procédé de brasage de composants électroniques sur une plaquette de circuit imprimé s'effectue ici de la façon suivante.
On considérera par la suite que l'on utilise des plaquettes 20 sur lesquelles de la pâte à braser a été
sérigraphiée, en des emplacements de connexion des composants. On aurait également pu utiliser un alliage de brasure ayant fait l'objet de pré-dépôts sur la plaquette sur des emplacements de connexion des composants, et d'une pré-refusion, en général suivie d'une opération d'aplanissement de la surface des pré-dépôts ainsi obtenus (procédés industriellement disponibles bien connus de l'homme du métier de la microélectronique). I1 pourrait également s'agir de composants possédant eux mëme des emplacements/terminaisons sur lesquels un pré-dépôt d'alliage de brasure a été effectué.
On dépose selon l'invention comme décrit plus haut, sur des emplacements de collage, des points de colle de manière à assurer un maintien- des composants au cours du brasage.
On place ensuite les composants sur les emplacements de connexion puis l'on dispose les plaquettes ainsi préparées sur l'organe de convoyage, en particulier sur le tapis 12.
Celui-ci procède au transfert des plaquettes du poste de chargement vers le premier poste 24 de polymérisation de la colle, et le circuit est ainsi préchauffé.
Au cours de la phase suivante, les plaquettes sont transférées jusqu'au module 32 de formation d'espèces chimiques excitées ou instables, décrit précédemment en référence à la figure 3, au niveau duquel les plaquettes, d'une part, subissent une opération de fluxage, sous l'action des espèces chimiques délivrées par le module 32 et, d'autre part et en méme temps, sous l'action de la chaleur transmise à ces espèces excitées sous l'effet de la décharge, les composants sont brasés sur la plaquette.
Le procédé se poursuit ici par une étape de refroidissement des plaquettes, sous l'action d'un flux d'azote fourni au niveau du poste 30 de refroidissement.
Dans l'exemple de réalisation décrit en référence à
la figure 1, on a considéré que la première étape de traitement thermique de polymérisation et de préchauffage de la plaquette est effectuée au moyen d'un poste 24 spécifique.
I1 serait toutefois possible, en variante, d'effectuer ce chauffage préalable au moyen du gaz chauffé
délivré en sortie d'un module 32 de production d'espèces chimiques excitées.
I1 serait par ailleurs possible de prévoir une étape de fluxage préalable des plaquettes 20 au moyen d'espèces chimiques excitées ou instables délivrées par un module identique au module 32, avant l'enduction des emplacements de collage au moyen de colle.
Enfin, et selon un mode de réalisation non représenté, il serait également possible de réaliser le fluxage des supports et le traitement thermique de brasage non pas au moyen d'un seul et unique module mais au moyen de deux modules 32 distincts.
On conçoit que l'invention qui vient d'être décrite, utilisant une étape de refusion/traitement thermique utilisant les espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, chauffées sous l'action d'une décharge permet d'améliorer considérablement la qualité des brasures ainsi obtenues, tout en évitant un décapage ultérieur par solvant chloré
- le traitement thermique proprement dit de refusion est réalisé avec des espèces actives (nettoyage, désoxydation..) permettant d'éviter tout phénomène d'oxydation et donc d'améliorer substantiellement les performances de mouillage ;
- on conçoit d'autre part qu'en utilisation avec des pâtes à braser faiblement fluxées (faible activité/faible taux de résidus sur le support après brasage) ou mieux encore en utilisant des systèmes de pré-dépôt d'alliage de brasure sans flux sur des emplacements adéquats du support ou des terminaisons de composants, le procédé selon l'invention permet d'allier des performances de brasage tout à fait satisfaisantes, tout en permettant d'éviter l'opération de nettoyage ultérieure des supports.
Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.
Ainsi, si l'invention a été tout particulièrement exemplifiée dans ce qui précède en positionnant sur le trajet des supports un module de formation de l'atmosphère de traitement ou de fluxage (voire un module par face) , on peut bien entendu envisager la présence de plusieurs modules en série et /ou en parallèle permettant d'obtenir l'effet requis, mais on peut également envisager (selon le cas de chaque site utilisateur) le fait de ne mettre en place, en regard d'une ou de chaque face du support, qu'un module (qu'il soit de traitement ou de fluxage), en effectuant des repassages successifs en regard du module pour obtenir l'effet voulu.
Claims (15)
1. Procédé de brasage par refusion de composants électroniques (22) sur un support (20), au cours duquel :
- on dispose d'une quantité d'alliage de brasure, - on place les composants (22) sur des emplacements de connexion du support, et - on effectue une opération de brasage des composants (22) à l'aide dudit alliage de brasure par traitement thermique du support (20), caractérisé en ce que l'on procède audit traitement thermique du support pour réaliser ledit brasage des composants à l'aide dudit alliage de brasure, par mise en contact du support, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec une atmosphère de traitement comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, l'atmosphère étant obtenue par passage d'un gaz initial de traitement dans une décharge électrique, et le traitement thermique du support étant obtenu au moyen des espèces chimiques ainsi chauffées sous l'action de la décharge.
- on dispose d'une quantité d'alliage de brasure, - on place les composants (22) sur des emplacements de connexion du support, et - on effectue une opération de brasage des composants (22) à l'aide dudit alliage de brasure par traitement thermique du support (20), caractérisé en ce que l'on procède audit traitement thermique du support pour réaliser ledit brasage des composants à l'aide dudit alliage de brasure, par mise en contact du support, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec une atmosphère de traitement comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, l'atmosphère étant obtenue par passage d'un gaz initial de traitement dans une décharge électrique, et le traitement thermique du support étant obtenu au moyen des espèces chimiques ainsi chauffées sous l'action de la décharge.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de dépôt des composants, on dépose de la colle polymérisable sur des emplacements de collage du support (20) et l'on procède à la polymérisation de ladite colle afin de coller les composants sur le support au niveau des emplacements de collage.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on dispose du dit alliage de brasure par l'une ou plusieurs des méthodes suivantes.
i) en procédant à une sérigraphie de pâte à braser sur le support (20) en des emplacements de connexion des composants ;
j) l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôt(s) sur le support en les ou des emplacements de connexion des composants, pré-dépôt(s) ayant ensuite subi une opération de refusion;
k) l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôt(s) sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, pré-dépôt(s) ayant ensuite subi une opération de refusion.
i) en procédant à une sérigraphie de pâte à braser sur le support (20) en des emplacements de connexion des composants ;
j) l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôt(s) sur le support en les ou des emplacements de connexion des composants, pré-dépôt(s) ayant ensuite subi une opération de refusion;
k) l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôt(s) sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, pré-dépôt(s) ayant ensuite subi une opération de refusion.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit pré-dépôts) avait ensuite fait l'objet d'une opération d'aplanissement de sa surface.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement ou postérieurement à l'étape de dépôt de colle sur les emplacements de collage du support, on procède à une opération de fluxage du support (20) par traitement de ce dernier, à une pression voisine de la pression atmosphérique, au moyen d'une atmosphère de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, après l'étape de dépôt des composants sur le support, on procède à une opération de fluxage du support (20) par traitement de ce dernier, à une pression voisine de la pression atmosphérique, au moyen d'une atmosphère de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'atmosphère de fluxage est obtenue par passage d'un gaz initial de fluxage dans une décharge électrique.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz initial de fluxage comporte un mélange gazeux réducteur comportant de l'hydrogène.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz initial de traitement comporte un mélange gazeux réducteur comportant de l'hydrogène.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'atmosphère de traitement est obtenue à une sortie de gaz d' un appareil de formation d' espèces excitées ou instables, dans lequel a été transformé le gaz initial de traitement.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'atmosphère de fluxage est obtenue à une sortie de gaz d'un appareil de formation d'espèces excitées ou instables, dans lequel a été
transformé le gaz initial de fluxage.
transformé le gaz initial de fluxage.
12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé
en ce que les étapes de placement des composants et de brasage sont effectuées sur les deux grandes faces du support (20), ladite opération de traitement thermique étant effectuée au moyen de deux appareils (32) de formation d'espèces chimiques excitées ou instables, disposés chacun en regard de l'une des faces du support.
en ce que les étapes de placement des composants et de brasage sont effectuées sur les deux grandes faces du support (20), ladite opération de traitement thermique étant effectuée au moyen de deux appareils (32) de formation d'espèces chimiques excitées ou instables, disposés chacun en regard de l'une des faces du support.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de refroidissement du support, postérieure au dit traitement thermique, par passage du support dans une atmosphère de refroidissement comportant un gaz neutre.
14. Dispositif de brasage par refusion de composants électroniques (22) sur un support (20) à l'aide d'un alliage de brasure, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un organe (10) de convoyage de supports (20) portant, sur au moins une de leurs faces, les composants (22) à braser sur des emplacements de connexion, l'organe (10) de convoyage assurant le transfert des supports en regard de premiers moyens (24) permettant la polymérisation de points de colle présents sur des emplacements de collage du support (20), et en regard de seconds moyens comportant au moins un appareil (28) de formation d'une atmosphère de traitement comportant des espèces chimiques excitées ou instables et étant substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, atmosphère de traitement dont la température la rend utilisable pour réaliser, à pression voisine de la pression atmosphérique, un traitement thermique du support, en vue du brasage proprement dit des composants.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte, intercalé le long de l'organe de convoyage, en amont des premiers moyens ou entre les premiers moyens et les seconds moyens, au moins un appareil (28) de formation d'une atmosphère de fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et étant substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, atmosphère de fluxage utilisable pour réaliser un fluxage en phase gazeuse du support (20).
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