EP1101393A1 - Procede de brasage par refusion de composants electroniques utilisant des pre-depots d'alliage de brasure et dispositif de brasage pour la mise en oeuvre d'un tel procede - Google Patents

Procede de brasage par refusion de composants electroniques utilisant des pre-depots d'alliage de brasure et dispositif de brasage pour la mise en oeuvre d'un tel procede

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Publication number
EP1101393A1
EP1101393A1 EP99929438A EP99929438A EP1101393A1 EP 1101393 A1 EP1101393 A1 EP 1101393A1 EP 99929438 A EP99929438 A EP 99929438A EP 99929438 A EP99929438 A EP 99929438A EP 1101393 A1 EP1101393 A1 EP 1101393A1
Authority
EP
European Patent Office
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support
components
brazing
fluxing
atmosphere
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99929438A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Claude Carsac
Gilles Conor
Thierry Sindzingre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1101393A1 publication Critical patent/EP1101393A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
    • B23K1/203—Fluxing, i.e. applying flux onto surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3489—Composition of fluxes; Methods of application thereof; Other methods of activating the contact surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices

Definitions

  • the present invention relates to a soldering method by reflow of electronic components on a support (for example a printed circuit board), and also relates to a soldering device for the implementation of such a method.
  • soldering consists in bringing the wafers carrying the electronic components to be soldered into contact with one or more waves of liquid solder alloy obtained by circulation of a solder bath contained in a tank, by means of a nozzle.
  • the supports are previously fluxed in an upstream zone, using a flux spray or a flow foam, then preheated so as to activate the fluxes previously deposited, in order to clean the surfaces to be brazed, to elimination of oxides, organic contaminants,
  • brazing alloy there is a quantity of brazing alloy at the connection locations of the components on the circuit, for example by screen printing a solder paste containing a mixture of metallic alloy and flux on the printed circuit before depositing the components to be soldered on.
  • brazing alloy was pre-deposited (s) on the support, on component connection locations, remelt pre-deposit (s) ("remelting"), this is generally followed by an operation of leveling the surface of the previously remelted pre-deposits ( formation of "bumps" in English, we will refer to the SIPAD TM or OPTIPAD TM processes industrially available), or even by the fact that the brazing alloy has undergone for some components a pre-deposition on terminations components themselves. It is only then that the components are positioned on the support.
  • the support provided with the components is then inserted into a reflow oven so as to provide the amount of heat necessary to allow the melting of the metal alloy, as well as the activation of the fluxing element contained in the paste or pre-deposit.
  • the components are placed on support connection locations, and
  • the said brazing alloy is available using one or more the following methods: i) the brazing alloy had been pre-deposited on the support at the connection locations of the components, pre-deposits having then undergone a reflow operation; j) the brazing alloy was pre-deposited on the locations / terminations of the components themselves, pre-deposits having then undergone a reflow operation;
  • - prior to the component deposition step polymerizable glue is deposited on the bonding locations of the support, and the said adhesive is polymerized in order to bond the components to the support at the bonding locations ;
  • a dry fluxing operation is carried out on the support by bringing this support into contact, at a pressure close to atmospheric pressure, with a fluxing atmosphere comprising excited or unstable species, and substantially free of electrically charged species.
  • the method according to the invention can also include one or more of the following steps: the fluxing atmosphere is obtained by passing an initial fluxing gas through an electrical discharge;
  • the initial fluxing gas comprises a reducing gas mixture comprising hydrogen
  • the fluxing atmosphere is obtained at a gas outlet from an apparatus for forming excited or unstable species, in which the initial fluxing gas has been transformed; - Said support fluxing operation is carried out before or after the adhesive deposit; said support fluxing operation is carried out after depositing the components on the support; said heat treatment of the support is carried out in order to carry out said brazing of the components using said brazing alloy, by bringing the support into contact, at a pressure close to atmospheric pressure, with a treatment atmosphere comprising excited chemical species or unstable and substantially devoid of electrically charged species, the atmosphere being obtained by passing an initial treatment gas through an electrical discharge, and the heat treatment of the support being obtained by means of the chemical species thus heated under the action of dump ;
  • the initial treatment gas comprises a reducing gas mixture comprising hydrogen
  • the treatment atmosphere is obtained at a gas outlet from an apparatus for forming excited or unstable species, in which the initial treatment gas has been transformed;
  • said fluxing operation is carried out by means of two apparatuses for forming excited or unstable chemical species, each arranged opposite one of the faces of the support; the steps of placing the components and of soldering being carried out on the two large faces of the support, said treatment operation is carried out by means of two apparatuses for forming excited or unstable chemical species, each arranged opposite one of the support faces; the method further comprises a step of cooling the support, after brazing, by passing the support through a cooling atmosphere comprising a neutral gas; - The alloy pre-deposit had after remelting been the object of a planarizing operation of its surface.
  • the invention also relates to a device for soldering by reflow of electronic components on a support using a solder alloy, for the implementation of the method described above, characterized in that it comprises a member for conveying supports carrying, on at least one of their faces the components to be brazed on support connection locations, the conveying member ensuring the transfer of supports opposite first means allowing the polymerization of glue points present on locations for bonding the support, and opposite second means comprising at least one apparatus for forming a fluxing atmosphere comprising excited or unstable chemical species and being substantially devoid of electrically charged species, fluxing atmosphere usable for producing, at a pressure close to atmospheric pressure, dry fluxing of the support.
  • the second means are located upstream of the first means.
  • the second means are located downstream of the first means.
  • the device advantageously comprises, along the conveying member, downstream of the first and second means, at least one apparatus for forming a treatment atmosphere comprising excited or unstable chemical species and being substantially devoid of electrically charged species , treatment atmosphere, the temperature of which makes it usable for carrying out a heat treatment of the support, with a view to the actual soldering of the components.
  • pressure close to atmospheric pressure is understood to mean a pressure advantageously situated in the interval [0.1 x 10 ⁇
  • the "support” on which the components according to the invention are soldered can be very varied in nature, depending on the different supports used in the electronics industry , it is the same of course with regard to the electronic components to be soldered.
  • it may be supports of the printed circuit type (whatever their surface finish or finish), or even, for example, metallized ceramic supports such as hybrid circuits, or even housing bottoms on which must be soldered. circuits in a global encapsulation process.
  • the components concerned can be extremely varied, from the electronic components traditional passive or active up to more complex and delicate components of handling, whether they are encapsulated or bare chips (BGA, CM, Flip Chips etc.).
  • the "components” according to the invention may also consist of circuits which must be soldered on another support or even on a bottom of the housing before encapsulation.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view of a brazing device for implementing the method according to the invention
  • - Figure 2 is a schematic sectional view of an example of a module for forming excited or unstable chemical species forming part of the device of Figure 1;
  • FIG. 1 shows a general view of a reflow soldering device suitable for implementing the method according to the invention.
  • This device comprises a conveyor member 10 comprising a belt 12, shown in phantom, disposed in an enclosure 14 and extending between two guide rollers, 16 and 18, at least one of which is motor.
  • a set of printed circuit supports such as 20, on at least one of the large faces of which are arranged a set of electronic components, such as 22, which is suitable to braze.
  • the electronic components are arranged at connection locations on which solder points have been pre-deposited, for example an alloy of tin and lead, the points having been flattened after their reflow. Furthermore, points of a polymerizable adhesive suitable for the intended use have been deposited on suitable bonding points of the support (for example on polymeric surfaces of a printed circuit, between two connection locations), ensuring the maintenance components in place during their subsequent soldering.
  • the mat 12 ensures the transfer of the printed circuit supports 20 carrying the components 22 opposite a first station 24 allowing by thermal transfer the polymerization of the glue deposited (for example by radiation), then through a second fluxing station 26 by dry route of the support. Finally, the belt 12 ensures the transfer of the supports 20, downstream from the second station 26 to a cooling station 30 at which the supports are arranged in a nitrogen atmosphere.
  • the second fluxing station 26 can be considered as being confused with a treatment station 28, both constituted by a module 32 for forming a treatment and fluxing gas comprising excited chemical species or unstable and substantially free of electrically charged species.
  • the components 22 are arranged on one of the large faces of the support 20, the module 32 for forming excited or unstable species being turned towards this face.
  • the device can comprise two modules 32 for forming excited chemical species or unstable, each arranged opposite one of the faces of the support 20.
  • the module 32 has the function of passing an initial fluxing gas, advantageously comprising a reducing gas mixture, for example based on nitrogen and hydrogen, supplemented, if necessary with steam, through an electric discharge , inside which the initial gas is transformed, so as to generate, at the gas outlet of the module, the fluxing atmosphere which comprises the excited or unstable gaseous species and which is substantially devoid of electrically charged species (situation post-discharge).
  • an initial fluxing gas advantageously comprising a reducing gas mixture, for example based on nitrogen and hydrogen, supplemented, if necessary with steam
  • FIG. 2 There is shown in Figure 2 a sectional view of an example of module 32 capable of generating such chemical species.
  • the module 32 comprises a first tubular electrode 34, formed for example by an internal face of a metal block 36, and in which is concentrically disposed an assembly formed of a tube made of dielectric material 38, for example made of ceramic, on the internal face of which is deposited, by metallization, a second electrode 40, excessively thickened in FIG. 2, in order to improve clarity.
  • the block 36 comprises, diametrically opposite, two longitudinal slots 46 and 48 respectively forming the inlet of the initial treatment gas to be transformed (excited) in the passage 42 and the outlet of the treatment or fluxing atmosphere stream comprising the gaseous species excited or unstable but substantially free of electrically charged species.
  • the slots 46 and 48 extend over the entire axial length of the cavity 42.
  • the block 36 also advantageously comprises, at the periphery of the first electrode 34, a plurality of conduits, such as 50, for the passage of a cooling fluid, for example water. It can also be seen in FIG. 2 that the slot
  • gas inlet communicates with a homogenization chamber 52 formed in a housing 54 attached to the block 36 and having a pipe 56 for initial gas supply.
  • the module is completed by an electric generator 58 at high voltage and high frequency intended to generate a discharge in the gas mixture circulating in the gas passage 42 so as to cause, by ionization, an excitation of the gas molecules entering into its constitution and to thus generating excited or unstable chemical species, in particular H * or H 2 ' radicals, which deoxidize and decontaminate the surface of the printed circuit supports 20 (FIG. 1).
  • supports 20 are used on which brazing alloy has been pre-deposited, remelted and then flattened, in connection locations of the components.
  • the components are then placed on the connection locations and the supports thus prepared are placed on the conveying member, in particular on the belt 12.
  • the latter transfers the wafers from the loading station to the first adhesive polymerization station 24, and the circuit is thus preheated.
  • the supports are transferred to the module 32 for forming excited or unstable chemical species, described above with reference to FIG. 2, at which level the supports, on the one hand, undergo an operation of fluxing, under the action of the chemical species delivered by the module 32 and, on the other hand, under the action of the heat transmitted to these excited species under the effect of the discharge, the components are brazed on the support.
  • the process continues with a cooling step, under the action of a flow of nitrogen supplied to the cooling station 30.
  • the first stage of thermal treatment of polymerization and preheating of the support is carried out by means of a specific station 24.
  • the invention which has just been described makes it possible to perform reflow soldering without flux and without traditional solder paste, thus making it much more certain to avoid a subsequent operation of cleaning the circuits, and therefore a a fortiori the use of chlorinated solvents - the supply of solder alloy, necessary for the formation of solder joints, is obtained by pre-deposition on connection locations on the support, and / or on locations / terminations of components proper, all without the presence of chemical flux (pre-deposits / reflow / preferably flattened);
  • the combination of the steps of the invention provides an effective response to the problem posed, and therefore makes it possible to adapt to the inexorable evolution of microelectronics which wants to go towards ever more integration, while maintaining reliability. high but avoiding the cleaning steps that the international protocols related to the environment regulate in a strict way, objectives it is conceivable that can appear very difficult to reconcile.
  • the invention has been particularly exemplified in the foregoing by positioning a training module on the path of the supports the treatment or fluxing atmosphere (or even one module per side), it is of course possible to envisage the presence of several modules in series and / or parallel allowing the required effect to be obtained, but one can also envisage (depending on the case of each user site) the fact of putting in place, opposite one or each face of the support, only one module (whether it is processing or fluxing), by carrying out successive ironings next to the module to achieve the desired effect.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Dans ce procédé de brasage par refusion de composants électroniques (22) sur un support (20), on dispose d'un alliage de brasure par le fait que cet alliage de brasure avait fait l'objet d'un pré-dépôt sur le support en les ou des emplacements de connexion des composants et/ou avait fait l'objet d'un pré-dépôt sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, on dépose de la colle polymérisable sur des emplacements de collage du support (20), et l'on procède à une opération de fluxage par voie sèche du support par mise en contact de ce support avec une atmosphère de fluxage comprenant des espèces excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées.

Description

PROCEDE DE BRASAGE PAR REFUSION DE COMPOSANTS
ELECTRONIQUES UTILISANT DES PRE-DEPOTS D'ALLIAGE DE
BRASURE ET DISPOSITIF DE BRASAGE POUR LA MISE EN ŒUVRE
D'UN TEL PROCEDE
La présente invention est relative à un procédé de brasage par refusion de composants électroniques sur un support (par exemple une plaquette de circuit imprimé) , et se rapporte également à un dispositif de brasage pour la mise en œuvre 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 supports sont préalablement fluxés 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,
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-dépôt (s) sur le support, sur des emplacements de connexion des composants, pré-dépôt (s) refond (s) ("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 SIPAD™ ou encore OPTIPAD™ 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. L'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. Il 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 et joints de soudure ne sont pas latérales au composant (sous la forme des traditionnelles pattes) 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 pouvaient encore être améliorés dans le cas du brasage par refusion, en particulier pour permettre d'améliorer les conditions de refusion des nouvelles générations de composants. Le but de l'invention est notamment d'apporter une réponse aux questions techniques ci-dessus évoquées.
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 dudit alliage de par traitement thermique du support, se caractérisant par la mise en œuvre combinée des mesures suivantes, : on dispose du dit alliage de brasure par l'une ou plusieurs des méthodes suivantes : i) l'alliage de brasure avait fait l'objet de pré-dépôts sur le support en les ou des emplacements de connexion des composants, pré-dépôts ayant ensuite subi une opération de refusion ; j) l'alliage de brasure avait fait l'objet d'un pré-dépôt sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, pré-dépôts ayant ensuite subi une opération de refusion ;
- préalablement à l'étape de dépôt des composants, on dépose de la colle polymerisable 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 ; - préalablement à l'opération de brasage, on procède à une opération de fluxage par voie sèche du support par mise en contact de ce support, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec une atmosphère de fluxage comprenant des espèces excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées .
Le procédé suivant l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des étapes suivantes : - l'atmosphère de fluxage est obtenue par passage d'un gaz initial de fluxage dans une décharge électrique ;
- le gaz initial de fluxage comporte un mélange gazeux réducteur comportant de l'hydrogène ;
- 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 ; - ladite opération de fluxage du support est réalisée préalablement ou postérieurement au dépôt de colle; ladite opération de fluxage du support est réalisée après dépôt des composants sur le support ; - 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 ;
- 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 ;
- les étapes de placement des composants et de brasage étant effectuées sur les deux grandes faces du support, ladite opération de fluxage est 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 ; - les étapes de placement des composants et de brasage étant effectuées sur les deux grandes faces du support, ladite opération de traitement est 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 brasage, par passage du support dans une atmosphère de refroidissement comportant un gaz neutre ; - le pré-dépôt d'alliage avait après refusion fait l'objet d'une opération d' aplanissement de sa surface.
L'invention a également pour objet un dispositif de brasage par refusion de composants électroniques sur un support à l'aide d'un alliage de brasure, pour la mise en œuvre du procédé précédemment décrit, se caractérisant en ce qu'il comporte un organe de convoyage de supports portant, sur au moins une de leur face les composants à braser sur des emplacements de connexion du support, 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 moyens comportant 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, à une pression voisine de la pression atmosphérique, un fluxage par voie sèche du support. Selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, les seconds moyens sont situés en amont des premiers moyens .
Selon un autre des modes de mise en œuvre de l'invention, les seconds moyens sont situés en aval des premiers moyens .
Le dispositif comporte avantageusement, le long de l'organe de convoyage, en aval des premiers et seconds moyens, 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 un traitement thermique du support, en vue du brasage proprement dit des composants.
On entend par l'expression "pression voisine de la pression atmosphérique" selon l'invention, une pression se situant avantageusement dans l'intervalle [0,1 x 10^
Pa, 3 x 105 Pa].
Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, le "support" sur lequel sont brasés les composants selon l'invention peut être de nature très variée, suivant en cela les différents supports utilisés dans l'industrie de l'électronique, il en est de même bien sur en ce qui concerne 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, CM, Flip Chips etc..) . Les "composants" selon l'invention pourront également consister en des circuits qu' il faut braser sur un autre support ou encore sur un fond de boîtier 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 œuvre du procédé selon l'invention; - 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 œuvre 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 un ensemble de supports 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 ont été pré-déposés des points de brasure, par exemple un alliage d'étain et de plomb, les points ayant été aplanis après leur refusion. Par ailleurs des points d'une colle polymerisable appropriée pour l'utilisation envisagée, ont été déposés sur des points de collage adéquats du support (par exemple sur des surfaces polymères d'un circuit imprimé, entre deux emplacements de connexion) , assurant le maintien des composants en place au cours de leur brasage ultérieur.
Le tapis 12 assure le transfert des supports de circuit imprimé 20 portant les composants 22 en regard d'un premier poste 24 permettant par transfert thermique la polymérisation de la colle déposée (par exemple par rayonnement), puis à travers un deuxième poste 26 de fluxage par voie sèche du support. Enfin, le tapis 12 assure le transfert des supports 20, en aval du deuxième poste 26 vers un poste 30 de refroidissement au niveau duquel les supports sont disposés dans une atmosphère azotée.
Comme on le voit sur cette figure 1, le deuxième poste de fluxage 26 peut être considéré comme confondu avec un poste de traitement 28, 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 du support 20, le module 32 de formation d'espèces excitées ou instables étant tourné vers cette face. 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 support 20, le dispositif peut comporter deux modules 32 de formation d'espèces chimiques excitées ou instables disposés chacun en regard de l'une des faces du support 20.
Le module 32 a pour fonction de faire passer un gaz initial de fluxage, 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, l'atmosphère de fluxage qui comporte les espèces gazeuses excitées ou instables et qui est substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées (situation de postdécharge) .
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 ou de fluxage 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. 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 boîtier 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 H2 ', qui viennent désoxyder et décontaminer la surface des supports de circuit imprimé 20 (figure 1) .
Le procédé de brasage de composants électroniques sur un support selon l'invention s'effectue alors ici de la façon suivante.
On considérera par la suite que l'on utilise des supports 20 sur lesquels de l'alliage de brasure a été pré-déposé, refondu puis aplani, en des emplacements de connexion des composants.
On dépose selon l'invention comme décrit plus haut, sur des emplacements de collage du support, 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 supports ainsi préparés 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 supports sont transférés jusqu'au module 32 de formation d'espèces chimiques excitées ou instables, décrit précédemment en référence à la figure 2, au niveau duquel les supports, d'une part, subissent une opération de fluxage, sous l'action des espèces chimiques délivrées par le module 32 et, d'autre part, sous l'action de la chaleur transmise à ces espèces excitées sous l'effet de la décharge, les composants sont brasés sur le support. Le procédé se poursuit par une étape de refroidissement, 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 du support est effectuée au moyen d'un poste 24 spécifique.
Il 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.
Il serait par ailleurs possible de prévoir une étape de fluxage des supports au moyen d'espèces chimiques excitées ou instables délivrées par un module identique au module 32, situé avant l'enduction des emplacements de collage au moyen de colle.
Enfin, et selon un mode de réalisation non représenté, il serait également possible toujours dans le cadre de la présente invention, de réaliser le fluxage des supports et le traitement thermique de brasage non pas au moyen d'un seul et unique module 32 mais au moyen de deux modules 32 distincts successifs.
On conçoit que l'invention qui vient d'être décrite, utilisant une étape de fluxage à sec préalable au brasage proprement dit permet d'améliorer considérablement la qualité des brasures ainsi obtenues, tout en évitant un décapage ultérieur par solvant chloré.
On voit en effet que l'invention qui vient d'être décrite, permet de réaliser un brasage par refusion sans flux et sans pâte à braser traditionnelle, permettant ainsi beaucoup plus sûrement d'éviter une opération ultérieure de nettoyage des circuits, et donc a fortiori la mise en œuvre de solvants chlorés - l'approvisionnement en alliage de brasure, nécessaire à la formation des joints de soudure, est obtenu par pré-dépôts sur des emplacements de connexion sur le support, et/ou sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, le tout sans présence de flux chimique (pré-dépôts / refusion / préférentiellement aplanis) ;
- le flux ne pouvant donc pas ici jouer comme habituellement son rôle de maintien en place des composants, préalablement à l'étape de dépôt des composants, on dépose de la colle polymerisable sur des emplacements de collage du support, et l'on procède à la polymérisation de cette colle afin de coller les composants sur le support au niveau des emplacements de collage ; - on procède à une opération de fluxage par voie sèche du support (avant ou après dépôt de colle, voire après dépôt des composants sur le support) par mise en contact, à une pression voisine de la pression atmosphérique, de ce support, avec une atmosphère de fluxage comprenant des espèces excitées ou instables mais substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées ; avantageusement, le traitement thermique de refusion proprement dit est réalisé avec des espèces chaudes et actives (nettoyage, désoxydation.. ) telles qu'obtenues en sortie d'une décharge, permettant d'éviter tout phénomène d'oxydation durant le brasage et donc non seulement d' améliorer substantiellement les performances de mouillage mais également de pallier encore à ce stade au manque de flux en amont de la chaîne.
On le voit donc la combinaison des étapes de l'invention apporte une réponse efficace au problème posé, et permet donc de s'adapter à l'évolution inexorable de la microélectronique qui veut aller vers toujours plus d'intégration, tout en maintenant une fiabilité élevée mais en évitant les étapes de nettoyage que les protocoles internationaux liés à l'environnement réglementent de façon sévère, objectifs on le conçoit qui peuvent apparaître fort difficiles à concilier.
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 parallèles 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

REVENDICATIONS
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 proprement dite des composants (22) à l'aide dudit alliage de brasure, par traitement thermique du support (20), caractérisé par la mise en œuvre combinée des mesures suivantes, :
- l'on dispose du dit alliage de brasure par l'une ou plusieurs des méthodes suivantes : i) 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 ; j) l'alliage de brasure avait fait l'objet d'un pré-dépôt (s) sur des emplacements/terminaisons des composants proprement dits, pré-dépôts ayant ensuite subi une opération de refusion .
- préalablement à l'étape de dépôt des composants, on dépose de la colle polymerisable 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 ; préalablement à l'opération de brasage, on procède à une opération de fluxage par voie sèche du support par mise en contact de ce support, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec une atmosphère de fluxage comprenant des espèces excitées ou instables et substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère de fluxage est obtenue par passage d'un gaz initial de fluxage dans une décharge électrique.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz initial de fluxage comporte un mélange gazeux réducteur comportant de l'hydrogène.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, 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.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite opération de fluxage du support (20) est réalisée préalablement ou postérieurement au dépôt de colle.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite opération de fluxage du support (20) est réalisée après dépôt des composants sur le support.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 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.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz initial de traitement comporte un mélange gazeux réducteur comportant de l'hydrogène.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, 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.
10. Procédé selon la revendication 4, 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 fluxage 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.
11. Procédé selon la revendication 9, 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 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.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de refroidissement du support postérieure au brasage, par passage du support dans une atmosphère de refroidissement comportant un gaz neutre.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pré-dépôt avait fait l'objet, avant dépose des composants, d'une opération d' aplanissement de sa surface.
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 œuvre 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 leur face les composants (22) à braser sur des emplacements de connexion du support, 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 fluxage comportant des espèces chimiques excitées ou instables et étant substantiellement dépourvue d'espèces électriquement chargées, atmosphère de fluxage utilisable à une pression voisine de la pression atmosphérique, pour réaliser un fluxage par voie sèche du support.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les seconds moyens sont situés en amont des premiers moyens.
16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les seconds moyens sont situés en aval des premiers moyens.
17. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte, le long de l'organe de convoyage, en aval des premiers et seconds moyens, 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 une pression voisine de la pression atmosphérique, un traitement thermique du support, en vue du brasage proprement dit des composants.
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