CH639306A5

CH639306A5 - WELDING TOOL.

Info

Publication number: CH639306A5
Application number: CH939580A
Authority: CH
Inventors: Jean-Philippe Lebet; Leonardo Peterle; Daniel Robert; Michel Cattin
Original assignee: Far Fab Assortiments Reunies
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1983-11-15
Also published as: FR2496519A1; DE3149236A1; DE3149236C2; FR2496519B1

Description

La présente invention concerne les outils de soudage, et elle se rapporte plus particulièrement à un outil de soudage chauffé par effet Joule et adapté notamment au soudage simultané de l'ensemble des pattes de connexion d'une microplaquette de circuits intégrés aux extrémités des pistes conductrices correspondantes d'un substrat. The present invention relates to welding tools, and it relates more particularly to a welding tool heated by the Joule effect and suitable in particular for the simultaneous welding of all the connection tabs of a microchip of integrated circuits at the ends of the conductive tracks. corresponding to a substrate.

Ce type d'opération de soudage est généralement réalisé en positionnant tout d'abord la microplaquette au-dessus du substrat de façon que l'extrémité des pattes de connexion de l'une coïncide avec celle des pistes conductrices de l'autre, les extrémités des pattes et/ou des pistes ayant été revêtues d'un matériau de soudure approprié. Un outil de soudage muni à son extrémité d'un organe de chauffage ou thermode est ensuite abaissé de façon à maintenir par pression les pattes de connexion de la microplaquette en contact avec les extrémités des pistes du substrat. Puis la thermode est alimentée par un courant de forte intensité. La chaleur dégagée par la thermode provoque la fusion du matériau de soudure qui se solidifie à nouveau lorsque l'alimentation de la thermode est coupée, et l'outil de soudage relevé. This type of welding operation is generally carried out by first positioning the chip above the substrate so that the end of the connection tabs of one coincides with that of the conductive tracks of the other, the ends tabs and / or tracks having been coated with a suitable welding material. A welding tool provided at its end with a heating element or thermode is then lowered so as to keep by pressure the connection tabs of the chip in contact with the ends of the tracks of the substrate. Then the thermode is supplied by a high current. The heat given off by the thermode causes the welding material to melt, which solidifies again when the supply to the thermode is cut off, and the welding tool raised.

Les thermodes couramment utilisées pour réaliser de telles opérations de soudage sont fabriquées dans un matériau à très faibles résistivité et inertie thermique, autorisant des cycles de chauffage à la fois très rapides et très précis. The thermodes commonly used to carry out such welding operations are made of a material with very low resistivity and thermal inertia, allowing heating cycles that are both very fast and very precise.

Par exemple, la thermode décrite dans la demande de brevet français N° 2388626 au nom de la société CII-HB, comme celle décrite dans la demande de brevet européen N° 0011046 au nom de Zschimmer, est obtenue par découpage, pliage et éventuellement emboutissage d'une bande de métal du type du tantale ou du molybdène. Il lui est ainsi conféré la forme d'un cadre d'une pièce, susceptible de venir entourer la microplaquette à souder et raccordé par des flasques latéraux à une paire de colonnettes de métal conducteur séparées par une lame isolante et reliées chacune à l'un des pôles d'un générateur de courant. For example, the thermode described in French patent application No. 2388626 in the name of the company CII-HB, like that described in European patent application No. 0011046 in the name of Zschimmer, is obtained by cutting, folding and possibly stamping a metal strip of the tantalum or molybdenum type. It is thus given to it in the form of a frame of a part, capable of coming to surround the chip to be welded and connected by lateral flanges to a pair of balusters of conductive metal separated by an insulating strip and each connected to one poles of a current generator.

Outre une réalisation relativement compliquée et l'impossibilité de ne remplacer qu'une partie de la thermode en cas de défaillance, on notera que le circuit électrique formé par le cadre entre les flasques latéraux est obligatoirement complexe et qu'il rend délicate l'obtention d'une répartition uniforme de la température sur toute la surface de contact de la thermode avec les éléments à souder. In addition to a relatively complicated implementation and the impossibility of replacing only part of the thermode in the event of failure, it will be noted that the electrical circuit formed by the frame between the lateral flanges is necessarily complex and that it makes it difficult to obtain uniform distribution of the temperature over the entire contact surface of the thermode with the elements to be welded.

De plus, l'étendue de cette surface est elle-même grande, cette surface étant obtenue à partir de l'une des faces de la bande de métal d'où est tirée la thermode. Or, pour mieux contrôler la répartition des températures au niveau des éléments à souder, pour limiter l'énergie nécessaire au chauffage simultané d'un nombre toujours plus important de pattes de connexion d'ime même microplaquette, et pour limiter également l'encombrement des microplaquettes après montage sur le substrat, il importe de réduire au maximum la surface de contact de la thermode avec les éléments à souder. Cette réduction ne peut être obtenue dans le cas de la thermode des demandes de brevet précitées qu'au prix d'un affaiblissement de la largeur et donc de la résistance mécanique de la partie inférieure du cadre, qui entraîne à son tour un mauvais contrôle de la pression de la thermode au moment du soudage. In addition, the extent of this surface is itself large, this surface being obtained from one of the faces of the metal strip from which the thermode is drawn. However, to better control the distribution of temperatures at the level of the elements to be welded, to limit the energy necessary for the simultaneous heating of an ever greater number of connection lugs of the same microchip, and to also limit the size of the microchips after mounting on the substrate, it is important to minimize the contact surface of the thermode with the elements to be welded. This reduction can only be obtained in the case of the thermode of the aforementioned patent applications at the cost of a weakening of the width and therefore of the mechanical resistance of the lower part of the frame, which in turn results in poor control of thermode pressure at the time of welding.

C'est pourquoi le but de la présente invention est de prévoir un outil de soudage de réalisation très simple, pouvant être partiellement remplacé, qui permette un contrôle précis de la répartition des températures et des pressions de contact, et pour lequel la surface de contact avec les éléments à souder est minimale, sans que la résistance mécanique de l'ensemble en soit affectée. This is why the aim of the present invention is to provide a very simple production welding tool, which can be partially replaced, which allows precise control of the distribution of temperatures and contact pressures, and for which the contact surface with the elements to be welded is minimal, without affecting the mechanical strength of the assembly.

Cet but est réalisé par l'outil de soudage défini dans la revendication 1. Cet outil permet notamment d'utiliser des thermodes de forme géométrique simple, dans lesquelles le trajet du courant est aisé à contrôler, et de les réaliser par une simple opération de découpage d'une plaque métallique. Selon une configuration particulièrement avantageuse de l'invention, les thermodes ainsi obtenues sont montées de telle façon que leur surface en contact avec les éléments à souder soit constituée par la tranche de cette plaque, ce qui leur confère une très bonne résistance à la flexion. This object is achieved by the welding tool defined in claim 1. This tool allows in particular to use thermodes of simple geometric shape, in which the current path is easy to control, and to achieve them by a simple operation of cutting a metal plate. According to a particularly advantageous configuration of the invention, the thermodes thus obtained are mounted in such a way that their surface in contact with the elements to be welded is constituted by the edge of this plate, which gives them very good resistance to bending.

L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins joints parmi lesquels: The invention will be clearly understood on reading the following description, given by way of example and with reference to the accompanying drawings, among which:

la fig. 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation particulier de l'outil, et la fig. 2 est une vue éclatée de l'assemblage des colonnettes de l'outil de la flg. 1. fig. 1 is a perspective view of a particular embodiment of the tool, and FIG. 2 is an exploded view of the assembly of the columns of the tool of FIG. 1.

Comme on le voit bien sur la fig. 1, l'outil de soudage est formé, dans l'un de ses modes de réalisation particuliers, par un assemblage de quatre colonnettes 1,2, 3 et 4 en laiton doré, disposées parallèlement de façon à former un corps 20 de section carrée ou plus généralement rectangulaire, chaque sommet de cette section étant occupé par une colonnette. De préférence, les colonnettes présentent une section carrée. As can be seen in FIG. 1, the welding tool is formed, in one of its particular embodiments, by an assembly of four balusters 1,2, 3 and 4 in golden brass, arranged in parallel so as to form a body 20 of square section or more generally rectangular, each vertex of this section being occupied by a column. Preferably, the columns have a square section.

Entre les extrémités inférieures de deux colonnettes successives est montée à chaque fois une thermode 5. Ce montage est réalisé au A thermode 5 is mounted between the lower ends of two successive columns. This assembly is carried out at

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

639 306 639,306

moyen de vis 6 qui permettent un remplacement facile de thermodes individuelles. Les thermodes 5 sont formées dans une plaque plane, et disposées de façon à pouvoir venir au contât des éléments à souder par l'intermédiaire de la tranche 7 de cette plaque. Elles présentent la forme générale d'un U, dont les extrémités 8, 9 des branches sont élargies pour assurer un bon contact électrique avec les extrémités des colonnettes correspondantes. Au contraire, la largeur de la portion 10 du U raccordant les branches et dont la base 11 vient au contact des éléments à souder est réduite pour provoquer un échauffement plus important de cette zone. by means of screws 6 which allow easy replacement of individual thermodes. The thermodes 5 are formed in a flat plate, and arranged so as to be able to come into contact with the elements to be welded via the edge 7 of this plate. They have the general shape of a U, the ends 8, 9 of the branches of which are widened to ensure good electrical contact with the ends of the corresponding balusters. On the contrary, the width of the portion 10 of the U connecting the branches and whose base 11 comes into contact with the elements to be welded is reduced to cause greater heating of this zone.

Pour alimenter en courant les quatre thermodes 5 ainsi montées, il suffit de raccorder les deux colonnettes 1, 3 situées sur une même diagonale de la section du corps de l'outil à l'un des pôles d'un générateur de courant, et les deux autres colonnettes 2, 4 à l'autre pôle. To supply current to the four thermodes 5 thus mounted, it suffices to connect the two balusters 1, 3 situated on the same diagonal of the section of the body of the tool to one of the poles of a current generator, and the two other columns 2, 4 at the other pole.

De préférence, et comme on le voit au mieux sur la fig. 2, les colonnettes d'une même diagonale sont réalisées d'une pièce avec un élément de jonction 12, pour former ainsi une structure en H. L'élément de jonction 12 étant disposé plus près de l'une des extrémités de chaque colonnette que de l'autre, on comprendra que les deux structures en H 13,14 peuvent être engagées l'une dans l'autre pour former le corps de l'outil. Les arêtes intérieures, disposées en regard l'une de l'autre, des portions de colonnettes de chaque structure en Preferably, and as best seen in FIG. 2, the balusters of the same diagonal are made in one piece with a junction element 12, thereby forming an H-structure. The junction element 12 being disposed closer to one of the ends of each baluster than on the other, it will be understood that the two H 13,14 structures can be engaged one inside the other to form the body of the tool. The inner edges, arranged opposite one another, of the portions of columns of each structure in

H qui viennent s'engager l'une dans l'autre sont fraisées en 15 pour permettre le passage sans contact de l'élément de jonction 12 de l'autre structure en H. H which engage one in the other are milled at 15 to allow the contactless passage of the joining element 12 of the other structure in H.

Des entretoises 16, 17 en forme de croix sont montées à chaque 5 extrémité du corps de l'outil, entre les extrémités des colonnettes, et une entretoise 18 de forme semblable est également prévue entre les éléments de jonction 12. Ces entretoises sont électriquement isolantes et réalisées de préférence en aluminium éloxé. Spacers 16, 17 in the form of a cross are mounted at each end of the tool body, between the ends of the posts, and a spacer 18 of similar shape is also provided between the junction elements 12. These spacers are electrically insulating and preferably made of anodized aluminum.

L'assemblage ainsi formé par les structures en H 13 et 14, et les io entretoises 16,17 et 18, est maintenu au moyen d'une colle isolante, du type de l'Araldite (marque déposée), qui vient combler les passages subsistant entre les différents éléments de l'assemblage, ainsi que les deux ouvertures 19 apparaissant sur la fig. 1 sur chaque face du corps de l'outil, au niveau des éléments de jonction 12. The assembly thus formed by the structures in H 13 and 14, and the spacers 16, 17 and 18, is maintained by means of an insulating adhesive, of the Araldite type (registered trademark), which comes to fill the passages remaining between the various elements of the assembly, as well as the two openings 19 appearing in FIG. 1 on each face of the tool body, at the junction elements 12.

15 II suffit alors de relier électriquement l'une des colonnettes de chaque structure en H à l'un des pôles d'un générateur de courant, par exemple par l'intermédiaire de pièces de raccordement vissées à la partie supérieure de l'outil de soudage. 15 It then suffices to electrically connect one of the posts of each H-structure to one of the poles of a current generator, for example by means of connection pieces screwed to the upper part of the tool. welding.

On comprendra que la forme du corps de l'outil et la disposition 20 des thermodes pourraient être aisément adaptées à toute géométrie particulière des pattes de connexion de la microplaquette et des pistes conductrices du substrat à assembler. It will be understood that the shape of the body of the tool and the arrangement of the thermodes could be easily adapted to any particular geometry of the connection tabs of the chip and of the conductive tracks of the substrate to be assembled.

R R

2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims

639,306

1. Welding tool, the body of which consists of at least two columns of conductive material placed side by side and electrically insulated, between the ends of which is removably mounted a first heating member made of material of low resistivity and thermal inertia, capable of to be heated by the Joule effect when the other end of each baluster is connected to one of the poles of a current generator, characterized in that it comprises at least one second heating member distinct from the first, mounted on the neighborhood of it.

2. Tool according to claim 1, characterized in that the heating members are formed in a flat plate, and mounted so as to be able to come into contact with the elements to be welded via the edge of the plate.

2

3. Tool according to claim 2, characterized in that the heating members have the general shape of a U, the free ends of the branches have an increased width and are each connected to a column, the base of the portion connecting these branches being provided to come into contact with the parts to be welded.

4. Tool according to claim 3, characterized in that the width of the portion of the U connecting the branches is less than that of the non-enlarged part of these branches.

5. Tool according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises four columns arranged so as to give it a rectangular section, each vertex of this section being formed by a column, the ends of two successive columns being at each both connected by a heater, and the balusters located on the same diagonal being electrically connected.

6. Tool according to claim 5, characterized in that the posts located on the same diagonal and the junction element making their electrical connection are formed from a single piece of conductive material.

7. Tool according to claim 6, characterized in that each pair of columns with their joining element has an H-shaped structure.

8. Tool according to claim 7, characterized in that the joining element of each H-shaped structure is disposed closer to one of the ends of the baluster than the other, and in that these structures are engaged one inside the other to form the body of the tool.

9. Tool according to claim 8, characterized in that insulating cross-shaped spacers are mounted at each end of the body of the tool, as well as between the respective junction elements of the H-structures.