CH665074A5

CH665074A5 - Procede de soudage d'un composant electrique a un ensemble de pattes de connexion ainsi que machine et ruban pour la mise en oeuvre de ce procede.

Info

Publication number: CH665074A5
Application number: CH4414/85A
Authority: CH
Inventors: Claude Mueller
Original assignee: Farco Sa
Priority date: 1984-10-16
Filing date: 1985-10-14
Publication date: 1988-04-15
Also published as: US4657170A; FR2571923A1; FR2571923B1

Description

DESCRIPTION

La présente invention concerne un procédé de soudage d'un composant électrique à un ensemble de pattes de connexion. Elle concerne également une machine, ainsi qu'un ruban pour la mise en œuvre de ce procédé. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé pour souder une série de bornes de connexion juxtaposées d'un composant électrique à un ensemble de pattes de connexion, à raison d'une patte par borne, par application d'un outil de soudage sur les pattes et sur les bornes respectivement superposées.

Ce procédé est fréquemment utilisé pour souder un circuit intégré sur un ensemble de pattes de connexion. Dans ce cas, il est connu sous le nom de «I.L.B.» (de l'anglais Inner Lead Bonding).

Pour la mise en œuvre de ce procédé, il existe des machines connues, telles que celles vendues par la titulaire sous la marque FARCO (marque déposée), référence F 120, F 200 ou F 320. Ces machines comportent un outil de soudage, un support pour positionner et maintenir, l'un par rapport à l'autre et en alignement avec l'outil de soudage, un ensemble de pattes et un circuit intégré.

Selon ce procédé, les bornes de connexion du circuit intégré et les pattes de connexion sont soudées simultanément, à raison d'une patte par borne, par application de l'outil de soudage sur les pattes et sur les bornes respectivement superposées.

Si ce procédé est parfaitement maîtrisé pour l'assemblage de circuits intégrés comportant quelques dizaines de bornes, il pose par contre des problèmes difficilement résolubles lorsque ce nombre est supérieur. Il a en effet été constaté qu'en augmentant le nombre de soudures à effectuer, le risque de rupture de la plaquette de circuit intégré augmente fortement. Ces ruptures semblent dues au fait que les tolérances des plots (ou bornes), des pistes conductrices (ou ensembles de connexion) et des lames de l'outil de soudage conduisent à une répartition inégale de la pression entre les plots, la pression maximum étant d'autant plus grande que le nombre de plots est grand.

La présente invention a pour but de résoudre ce problème.

Ce but est atteint grâce au fait qu'une feuille d'un matériau ductile et thermiquement conducteur est interposée entre l'outil de soudage et les pattes et les bornes superposées, le matériau ayant un point de fusion supérieur à la température qu'atteint l'outil lors de l'opération de soudage.

Grâce à ce procédé, et notamment en raison de la présence de la feuille de matériau ductile et thermiquement conducteur, la pression et la chaleur appliquées au moment du soudage sont mieux réparties sur les bornes du composant, ce qui évite en particulier la rupture de ce dernier. Il est ainsi possible d'assembler un composant électrique à un ensemble de pattes conductrices, de manière fiable et économique, même si le composant comporte un grand nombre de bornes.

Grâce à un mode de mise en œuvre particulier du procédé selon l'invention, il est en outre possible de protéger le composant et l'ensemble après l'opération de soudage, pour un faible coût. En effet, la feuille d'un matériau ductile peut servir ultérieurement d'élément protecteur du composant.

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L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins donnés uniquement à titre d'exemple. Sur ces dessins :

la figure 1 représente une partie d'un ruban comportant une succession d'ensembles de pattes de connexion ainsi qu'un composant;

la figure 2 représente une partie d'un ruban en un matériau ductile, bon conducteur de la chaleur pour la mise en œuvre du procédé;

la figure 3 représente de manière schématique une machine pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention;

les figures 4 et 5 illustrent les détails de cette machine, et la figure 6 montre un schéma simplifié de commande de cette machine.

A la figure 1, on peut voir une partie d'un ruban 10, comportant une succession d'ensembles 12 de pattes de connexion 14, ainsi que des découpes 16. Ce ruban a la forme générale d'un film de cinéma, les découpes 16 correspondant aux perforations d'entraînement du film, alors que les ensembles de pattes ont une position équivalente à celle des images du film photographique. Un composant électrique ou électronique tel qu'un circuit intégré 18 est soudé par ses bornes 20 sur les extrémités intérieures des pattes de connexion 14. L'assemblage ainsi formé d'un ensemble de pattes de connexion et d'un circuit intégré peut ultérieurement être revêtu d'un enrobage protecteur 22 en matière plastique (représenté en traits mixtes) duquel dépassent les extrémités extérieures des pattes 14. Pour être utilisé, l'assemblage est ensuite séparé du ruban 10, en découpant les extrémités extérieures des pattes 14.

Sur la figure 1, l'assemblage ne comporte que huit connexions. Il va de soi que dans la pratique ce nombre peut être beaucoup plus important. Il peut atteindre plusieurs dizaines et peut même dépasser la centaine. Si la technique d'assemblage dite ILB ne pose pas de problème particulier lorsque l'ensemble comporte vingt ou trente connexions, il n'en est pas de même lorsque ce nombre dépasse la centaine. On a en effet constaté que, avec l'augmentation du nombre de connexions, le risque de rupture des circuits intégrés allait croissant. Ces ruptures semblent dues au fait que les tolérances des bornes, des pattes conductrices et des lames de l'outil de soudage conduisent à une répartition inégale entre les plots de la pression qui leur est appliquée au moment du soudage, la valeur maximum de cette pression étant d'autant plus grande que le nombre de plots est grand. La pression appliquée peut alors être appliquée à quelques bornes seulement (les plus hautes par exemple), les autres recevant peu ou pas de pression du tout.

Selon l'invention, le nombre de ruptures peut être considérablement réduit en interposant une feuille de matériau ductile et thermiquement conducteur entre l'outil de soudage et les pattes et les bornes superposées, le matériau ayant un point de fusion supérieur à la température qu'atteint l'outil lors du soudage. Il s'avère que, dans le cas où la soudure est du type or-étain, une feuille en aluminium constitue un choix avantageux.

La figure 2 représente un ruban tenant lieu de feuille intercalaire et pouvant être utilisé, moyennant une légère modification de la machine existante utilisée jusqu'ici dans la technique ILB.

Sur cette figure, le ruban est formé d'une feuille d'aluminium 24 ayant l'aspect d'un film de cinéma et comportant des perforations 26 et une alternance de fenêtres 28 et de parties pleines 30, à raison de deux perforations 26 par fenêtre 28 et par partie pleine 30. Les perforations 26 se trouvent sur l'un des côtés du ruban et servent à son entraînement. Les fenêtres 28 et les parties pleines 30 sont agencées à l'instar des images d'un film photographique.

La figure 3 représente une machine selon l'invention. Certains détails sont illustrés de manière plus complète dans les figures 4 et 5. Cette machine comporte une base 32 sur laquelle repose un banc 34, un support de travail 36, et deux colonnes 38 et 40. Le banc 34 porte un chariot 42 sur lequel sont montés une optique 44 et un outil de soudage 48. Ce chariot peut se déplacer selon l'axe Y du système de coordonnées représenté à la figure 3, dont les axes Y et Z se situent sur le plan du dessin, alors que l'axe Y est perpendiculaire à ce plan.

Le déplacement du chariot est limité par deux butées 34a et 34b, solidaires du banc 34. Ce banc porte en outre deux contacts schémati-quement représentés en 50a et 50b, dont la fonction sera précisée ultérieurement.

s Les butées 34a et 34b sont positionnées de manière que, lorsque le chariot y est en appui, l'optique 44 respectivement l'outil de soudage sont au droit de la zone où s'effectue le soudage.

L'outil de soudage 48 comporte deux lames 48a, dont l'une seulement est représentée à la figure 3, appelées communément ther-10 mode, ainsi qu'un générateur de courant 48b, destiné à chauffer les lames par effet Joule. L'objectif de l'optique 44 et les lames 48a sont parfaitement alignés selon l'axe y, par rapport aux pattes et aux bornes à assembler.

La colonne 38 porte deux bobines débitrices 52 et 54 et une 15 bobine d'enroulement 56. La colonne 40 porte deux bobines d'enroulement 58 et 60 et une bobine débitrice 62.

Comme on peut le voir plus précisément sur les figures 4 et 5, sur le support 36 sont placés un plateau 64 et deux blocs de guidage 66 et 68 des rubans 10 et 24. Ces blocs sont disposés de part et d'autre 20 du plateau 64 dont la fonction est de maintenir et de positionner les circuits intégrés. Il est avantageusement fait d'une table XY dont la partie supportant les circuits intégrés peut se déplacer selon les deux axes X et Y, et tourner autour de l'axe Z.

25 Le bloc de guidage 68 comporte deux guides 70a et 70b avec chacun un châssis 72, 74, une roue à picots 76, 78, un moteur pas à pas 80, 82 d'entraînement de la roue à picots, un doigt de positionnement 84, 86 et une commande 88, 90 du doigt de positionnement. Les châssis 70a et 70b sont séparés par une plaque 92, ces trois 30 pièces étant assemblées au moyen de vis dont l'une 94 est représentée à la figure 5. Les blocs de guidage 66 et 68 sont montés coulissants selon l'axe Z sur le support 36, grâce à des ensembles rainures-coulisses dont l'un 96 est représentée à la figure 4.

La plaque 92 définit avec le châssis 72 une fente 98 et avec le 35 châssis 74 une fente 100. Le bloc de guidage 68 est réalisé de la même façon que le bloc 66, cependant qu'il peut être dépourvu d'organes d'entraînement et d'indexation des rubans 10 et 24.

L'avancement des rubans 10 et 24 est commandé par un circuit de commande tel que celui représenté à la figure 6. Ce circuit com-40 prend deux interrupteurs II et 12, deux bascules monostables MS, et MS2, une porte OU P, deux circuits de commande de moteur CMj et CM2 commandant respectivement les moteurs Mi et M2, ainsi que deux circuits de commande CD! et CD2 pour les doigts de positionnement Dj et D2. Dans ce circuit, le contact II est équivalent de 45 l'interrupteur 50a et le contact 12 de l'interrupteur 50b. Les moteurs M! et M2 sont respectivement équivalents des moteurs 80 et 82 et les doigts Dj et D2 sont respectivement équivalents des doigts 84 et 86 (voir figure 4).

Le fonctionnement de ce circuit est le suivant. Lorsque le chariot 50 42 arrive à la butée 34a (optique 44 alignée sur le plateau 64), il ferme l'interrupteur 50a. De la sorte, le contact II est fermé, ce qui fait apparaître une impulsion à la sortie du monostable MSX. Cette impulsion commande le retrait du doigt D! par le circuit de commande CDj et l'avance du moteur pas à pas Mj à travers le circuit 55 de commande CM!. Cette même impulsion commande le retrait du doigt D2 et le moteur pas à pas M2 par l'intermédiaire des circuits de commande CD2 et CM2 à travers la porte OU P. L'impulsion en question a donc pour effet de commander simultanément la libération des rubans 10 et 24 et leur avancement d'un pas, c'est-à-dire 60 d'une distance séparant deux perforations 16 ou 26.

Lorsqu'on déplace le chariot 42 vers la droite, on l'appuie contre ■la butée 34b, de sorte que l'outil de soudage 48 se trouve en regard du plateau 64, l'interrupteur 50b étant fermé. De la sorte, le contact 12 (figure 6) est fermé, le monostable MS2 génère une impulsion qui 65 commande alors de nouveau mais seulement le moteur M2 et le retrait du doigt D2 par l'intermédiaire des circuits de commande CM2 et CD2, au travers de la porte OU P. Le ruban 24 fait alors un pas de plus alors que l'autre ruban 10 reste immobile.

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Le ruban 10 est engagé dans la fente 98 pour présenter successivement des ensembles de pattes dans l'espace compris entre les lames

48a ei le plateau 64. A Cêt efifet, Sôtt bïitt âfflôttt ilôt! SllûM'S POUI'VU de circuits intégrés soudés est déroulé du dévidoir 54, son brin aval étant stocké sur la bobine d'enroulement 60. Afin d'éviter que le ruban 10 soit abîmé, soit sur le dévidoir 54, soit sur la bobine d'enroulement 60, des bandes de protection 102 et 104 sont intercalées entre les différentes couches de la bande 10. Au fur et à mesure que la bande 10 se déroule du dévidoir 54, la bande 102 s'enroule sur la bobine d'enroulement 56. A l'inverse, au fur et à mesure que la bande 10 s'enroule sur la bobine d'enroulement 60, la bande 104 s'enroule avec elle du dévidoir 62 sur la bobine d'enroulement 60.

Le ruban 24 est engagé dans la fente 100 pour également être présenté dans l'espace compris entre la bande 10 et les lames de soudage 48a. Ce ruban est déroulé du dévidoir 52 et enroulé après utilisation sur la bobine d'enroulement 58.

Les circuits intrégrés sont alignés et fixés de manière amovible, par exemple au moyen d'une cire, sur une plaque de verre positionnée sur le plateau 64.

Dans le procédé selon l'invention, mis en oeuvre au moyen de la machine représentée aux figures 3 à 6, le chariot 42 est initialement positionné contre la butée 34a, de sorte que l'optique 44 est placée au-dessus du plateau 64. Le ruban 10 est positionné de manière qu'un ensemble de pattes de connexion se trouve dans le champ de l'optique 44 et le ruban 24 est positionné de manière qu'une fenêtre 28 se trouve au-dessus de l'ensemble de pattes de connexion, et que l'opérateur puisse voir le ruban 10, ainsi que l'un des circuits intégrés positionnés sur le plateau 64. L'opérateur est ainsi à même d'aligner le circuit intégré, en déplaçant légèrement le plateau 64, selon ses axes X et Y par rapport aux pattes du ruban 10, chaque borne de connexion du circuit intégré se trouvant alors placée avec précision en dessous d'une patte de connexion du ruban. Après que ce réglage a été effectué, l'opérateur déplace le chariot jusqu'à la butée 34b. Dans cette position, l'outil de soudage 48 est parfaitement aligné sur cette superposition d'organes de connexion. En outre, l'interrupteur 12 est fermé. La fermeture de cet interrupteur a pour effet de faire apparaître une impulsion à la sortie du monostable MS2, ce qui provoque le retrait du doigt de positionnement D2 à travers le circuit de commande CD2 et l'avance d'un pas de la roue à picots 76 grâce à l'impulsion qu'envoie le circuit CM2 sur le moteur M 2. De la sorte, seul le ruban 24 avance d'un pas, et une partie pleine 30 se trouve interposée entre l'ensemble de pattes du ruban 10 et les lames 48a. Dans cette position, l'opérateur commande l'opération de soudage. Cela signifie que dans un premier temps les blocs de guidage 66 et 68 s'abaissent de manière que l'ensemble de pattes entre en contact avec les bornes du circuit intégré alignées sur elles. Dans un deuxième temps, l'outil de soudage est activé et abaissé de sorte qu'il soude simultanément la série de bornes de connexion juxtaposées du circuit intégré à l'ensemble des pattes de connexion, à raison d'une patte par borne, alors qu'une partie pleine 30 du ruban 24 de matériau ductile et thermiquement conducteur est interposée entre l'outil 48 et les pattes et les bornes superposées.

La pratique a montré que, pour réaliser une soudure satisfaisante, les lames 48a de l'outil de soudage doivent avoir une température voisine de 500° C, et la pression appliquée doit être comprise entre 10 et 80 g par connexion, la durée d'application étant de

1 seconds environ.

L'application de la pression a pour but de garantir un bon contact entre chacune des pattes de connexion 14 et des bornes 20 du circuit intégré 18. La feuille de matériau ductile et thermiquement conducteur, interposée entre l'outil de soudage et les pattes de connexion, répartit très bien la pression entre les différents points de soudage en compensant les tolérances dimensionnelles (hauteur en particulier) des bornes du circuit intégré. En outre, il assure une meilleure répartition de la chaleur entre les points de soudage.

Lorsque l'opération de soudage est terminée, l'opérateur retire l'outil de soudage 48, puis déplace le chariot 42, le ramenant contre la buteé 34a. Cela provoque la fermeture de l'interrupteur 50a, ce qui a pour effet de commander le retrait des doigts 84 et 86 par une impulsion générée par le monostable MS! et appliquée aux circuits de commande CDi et CD2 et aux circuits de commande CMt et CM2 qui provoquent la rotation d'un pas des moteurs Mj et M2. Les deux rubans 10 et 24 font alors simultanément un pas, ce qui fait coïncider un nouveau circuit intégré, une nouvelle fenêtre 28 et un nouvel ensemble 14 de pattes de connexion pour l'alignement.

Le choix de l'aluminium pour la réalisation du ruban 24 a été fait de manière empirique. Les essais effectués montrent que, pour que l'effet souhaité soit obtenu, il est souhaitable que le matériau ait un point de fusion supérieur de 80 à 250° à la température atteinte par l'outil de soudage, dans ses zones en contact avec le ruban. Lors de ces essais, la température atteinte par les lames 48a était d'environ 500° C, alors que la température de fusion de l'aluminium est de 658° C.

Dans l'ensemble de la figure 3, le ruban 24 est bobiné sur la bobine d'enroulement 58 spécialement prévue à cet effet. En variante cependant, il est possible de bobiner ensemble les deux rubans 10 et 24, le ruban 24 tenant alors lieu de bande de protection (voir le trait mixte 24a sur la figure 3). Dans ce cas, ce dernier comporte avantageusement des moyens destinés à augmenter son épaisseur apparente tels qu'une bande de plastique collée sur lui ou une déformation par emboutissage, afin d'éviter un contact entre des circuits intégrés de spires successives, même à travers la feuille d'aluminium.

Dans l'exemple décrit les circuits intégrés comportent des bornes en or et les pattes de connexion sont étamées, la feuille en matériau ductile étant de l'aluminium. Il va de soi que d'autres types de matériaux sont envisageables. Toutefois, le matériau dont est faite la feuille de matériau ductile et thermiquement conducteur devra être choisie en fonction de la température que doivent atteindre les lames de l'outil de soudage, pour pouvoir réaliser la soudure.

La machine décrite fait mention de deux lames 48a. Ce nombre peut être quelconque. Si l'outil de soudage en comporte quatre, disposées en rectangle, on peut effectuer en une seule opération des soudures sur les quatre côtés du circuit intégré.

La description fait référence à l'assemblage d'un circuit intégré sur un ensemble de pattes de connexion. Il va de soi que d'autres composants, par exemple une cellule d'affichage ou une plaquette en céramique portant elle-même des composants, peuvent être assemblés de la même manière à un ensemble de pattes de connexion quelconque, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

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Claims

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1. Procédé pour souder simultanément une série de bornes de connexion juxtaposées d'un composant électrique à un ensemble de pattes de connexion, à raison d'une patte par borne, par application d'un outil de soudage sur les pattes et sur les bornes respectivement superposées, caractérisé en ce qu'une feuille d'un matériau ductile et thermiquement conducteur est interposée entre ledit outil et les pattes et les bornes superposées, ledit matériau ayant un point de fusion supérieur à la température qu'atteint l'outil lors du soudage.

2. Procédé selon la revendication 1, comportant une succession de cycles au cours desquels on soude successivement une pluralité de composants sur une pluralité d'ensembles de pattes de connexion, à raison d'un composant par ensemble et par cycle, lesdits ensembles, délimités dans un premier ruban à la façon des prises de vue d'un film photographique, étant amenés successivement en alignement avec les composants électriques respectifs avant l'opération de soudage, par entraînement pas à pas dudit ruban, caractérisé en ce que ladite feuille fait partie d'un second ruban qui est déplacé dans un plan parallèle au premier ruban et en synchronisme avec celui-ci pour qu'avant chaque opération de soudage, une nouvelle feuille soit interposée entre l'outil et lesdites pattes et lesdites bornes superposées.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 2, au cours duquel lesdites bornes et lesdites pattes sont alignées optiquement, caractérisé en ce que ledit second ruban est pourvu en alternance de zones pleines et de zones évidées selon le sens de sa longueur et en ce que, avant chaque opération de soudage, les deux rubans sont avancés en synchronisme, de sorte qu'une zone évidée du second ruban se trouve au droit dudit composant et dudit ensemble lorsque ceux-ci sont alignés l'un par rapport à l'autre, puis seul le second ruban est avancé d'un pas pendant que le premier ruban est maintenu immobile pour amener une zone pleine du second ruban en regard du composant et de l'ensemble aligné, avant que le soudage ne soit effectué.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'après l'opération de soudage, ladite feuille est maintenue appliquée contre l'assemblage des ensembles et des composants pour les protéger.

5. Procédé selon la revendication 4 lorsqu'elle est subordonnée à l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel le premier ruban est enroulé sur une bobine d'enroulement, caractérisé en ce que le second ruban est enroulé en même temps que le premier ruban, sur la même bobine d'enroulement, et tient lieu de protection, en étant intercalé entre les spires successives du premier ruban.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la température de fusion dudit matériau est supérieure de 80 à 250; à la température atteinte par ledit outil de soudage.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la feuille est en aluminium.

8. Machine pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un outil de soudage, un support pour positionner et maintenir l'un par rapport à l'autre et en alignement avec l'outil de soudage ledit composant et ledit ensemble, caractérisée en ce que ledit support comporte en outre des moyens pour positionner et maintenir ladite feuille interposée entre l'outil de soudage et les pattes et les bandes superposées.

9. Machine selon la revendication 8, pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 2, dont le support comporte des moyens d'entraînement et des moyens de positionnement du premier ruban, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'entraînement et des moyens de positionnement dudit second ruban.

10. Machine selon la revendication 8, pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 3, comportant des moyens de commande et des moyens d'entraînement pas à pas du premier ruban, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de commande et des moyens d'entraînement du second ruban, coopérant avec les moyens de commande du premier ruban, de manière que le second ruban soit entraîné pas à pas, en synchronisme avec le premier ruban, à une fréquence double de ce dernier.

11. Ruban pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une bande de métal ductile et thermiquement conducteur dont au moins l'un des côtés comporte des perforations destinées à coopérer avec des moyens d'entraînement pas à pas.

12. Ruban selon la revendication 11, pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des zones pleines et des zones évidées juxtaposées en alternance selon sa longueur, la distance entre deux zones pleines ou deux zones évidées étant égale à un multiple de la distance entre deux perforations.