FR2505367A1 - Plating conducting layer placed on dielectric - used for multilayer circuit for hybrid circuit - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE D'ETAMAGE D'UNE COUCHE CONDUCTRICE DISPOSEE
SUR UN DIELECTRIQUE ET SON APPLICATION A UN CIRCUIT
MULTICOUCHES POUR CIRCUIT HYBRIDE
La présente invention a pour objet un procédé d'étamage d'une
couche conductrice disposée sur un diélectrique, et son application à
un circuit multicouches pour circuit hybride.PROCESS FOR TINNING A CONDUCTIVE LAYER
ON A DIELECTRIC AND ITS APPLICATION TO A CIRCUIT
MULTILAYERS FOR HYBRID CIRCUIT
The subject of the present invention is a method of tinning a
conductive layer disposed on a dielectric, and its application to
a multilayer circuit for hybrid circuit.
Sur un substrat en alumine, il est très facile d'obtenir un
étamage parfait de couches épaisses. Celui-ci est obtenu soit par
sérigraphie de pâte à souder et passage dans un four du type tunnel,
soit en trempant les substrats dans un bain de soudure (procédé dit
"au trempé"). Dans le cas notamment de couches sérigraphiées sur
un diélectrique lui-meme sérigraphié (par exemple une pâte au
verre), l'aspect de Rétamage n'est pas satisfaisant du fait que le pouvoir mouillant ou mouillabilité est très mauvais. Avec une
sérigraphie de pâte à souder, l'étamage se traduit par la présence de
petites boules de soudure. Avec le procédé au trempé, l'étamage est
irrégulier et présente des cratères.De tels défauts d'aspect se
traduisent dans la pratique par un taux de défaillances inacceptable
au niveau des soudures et ces défaillances se manifestent aléatoirement pendant la vie du circuit.On an alumina substrate, it is very easy to obtain a
perfect tinning of thick layers. This is obtained either by
solder paste screen printing and passage in a tunnel type oven,
either by dipping the substrates in a solder bath (so-called process
"by soaking"). In the case in particular of screen-printed layers on
a dielectric itself screen printed (for example a paste with
glass), the aspect of Reaming is not satisfactory because the wetting power or wettability is very bad. With a
solder paste screen printing, tinning results in the presence of
small solder balls. With the dip process, tinning is
irregular and has craters.
translate into practice an unacceptable failure rate
at the welds and these failures occur randomly during the life of the circuit.
Dans le cas particulier des circuits hybrides multicouches où un dessin conducteur (par exemple en Pt-Au) est sérigraphié de
manière à former une couche épaisse sur un diélectrique constitué
par une pâte au verre elle-même sérigraphiée sur une couche conductrice, la raison de la mauvaise mouillabilité constatée semble à peu près connue. On pense que, lors de la cuisson du conducteur
sérigraphié, il y a remontée de verre du diélectrique sous-jacent et
que celui-ci vient former une pellicule à la surface de la couche
conductrice. Pour améliorer l'étamage sur de telles couches conduc
trices épaisses, diverses solutions ont été proposées:
a) la première consiste en un grattage de la surface de la couche conductrice, par exemple à l'aide d'une brosse en fibre de verre. Cette façon d'opérer est peu industrielle et peut amener des dégradations.Après grattage, l'étamage est bon aussi bien par sérigraphie qu'au trempé;
b) la deuxième consiste en la mise en oeuvre d'une sérigraphie de pâte à souder avec utilisation d'un flux très activé acide. Ceci permet d'améliorer l'aspect de l'étamage. Toutefois, un mauvais nettoyage peut avoir de graves conséquences du fait que les traces d'acide peuvent détériorer très rapidement le circuit, et il est en pratique difficile de nettoyer sous un composant (cas notamment des supports de circuits intégrés dénommés "chip carrier");
c) la troisième consiste en un décapage chimique à l'aide d'une solution moyennement acide préalablement à l'étamage. Les conséquences d'un mauvais nettoyage sont, comme dans le cas précédent, à redouter, et ce d'autant plus qu'elles peuvent se manifester de façon aléatoire et tardive.In the particular case of hybrid multilayer circuits where a conductive design (for example in Pt-Au) is screen printed with
so as to form a thick layer on a constituted dielectric
by a glass paste itself screen printed on a conductive layer, the reason for the poor wettability observed seems almost known. It is believed that when cooking the conductor
screen-printed, there is a rise in glass from the underlying dielectric and
that it comes to form a film on the surface of the layer
conductive. To improve tinning on such conductive layers
thick trices, various solutions have been proposed:
a) the first consists of scraping the surface of the conductive layer, for example using a fiberglass brush. This way of operating is not very industrial and can lead to degradations. After scraping, the tinning is good both by screen printing and by dipping;
b) the second consists in the implementation of a screen printing of solder paste with the use of a highly activated acid flux. This improves the appearance of the tinning. However, improper cleaning can have serious consequences since traces of acid can deteriorate the circuit very quickly, and it is in practice difficult to clean under a component (case in particular of integrated circuit supports called "chip carrier") ;
c) the third consists of a chemical pickling using a medium acid solution before tinning. The consequences of poor cleaning are, as in the previous case, to be feared, and all the more so since they can manifest themselves in a random and late fashion.
L'invention propose alors un procédé ne possédant pas les défauts de l'art antérieur et qui reste simple à mettre en oeuvre. The invention therefore proposes a method which does not have the faults of the prior art and which remains simple to implement.
L'invention concerne ainsi un procédé d'étamage d'une couche conductrice disposée sur un diélectrique caractérisé en ce qu'il consiste en
- une première étape d'étamage au trempé,
- une deuxième étape de sérigraphie de pâte à souder sur les régions étamées au trempé,
- une troisième étape de reports de composants sur les zones étamées,
une quatrième étape de refusion de l'ensemble.The invention thus relates to a method of tinning a conductive layer disposed on a dielectric, characterized in that it consists of
- a first step of tinning,
- a second step of screen printing of solder paste on the soaked tinned regions,
- a third step of transferring components to the tinned areas,
a fourth stage of reflow of the whole.
L'invention concerne également l'application d'un tel procédé à un circuit multicouches pour circuit hybride dans lequel la couche conductrice à étamer est disposée sur un diélectrique sérigraphié. The invention also relates to the application of such a method to a multilayer circuit for a hybrid circuit in which the conductive layer to be tin plated is arranged on a screen-printed dielectric.
L'invention sera mieux comprise dans la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en se reportant aux dessins ci-annexés ou
- la figure 1 représente en coupe le résultat d'un étamage au trempé réalisé sur une couche conductrice de mauvaise qualité superficielle,
- la figure 2 représente en coupe le résultat d'un étamage par sérigraphie de pâte à souder réalisé sur une couche conductrice de mauvaise qualité superficielle,
- les figures 3a à 3c illustrent en coupe le procédé suivant l'invention,
- la figure 4 représente en coupe un circuit multicouche pour circuit hybride, auquel peut s'applique l'invention.The invention will be better understood in the description which follows given by way of non-limiting example with reference to the attached drawings or
FIG. 1 shows in section the result of a dip-dip tinning carried out on a conductive layer of poor surface quality,
FIG. 2 represents in section the result of a tinning by screen printing of solder paste carried out on a conductive layer of poor surface quality,
FIGS. 3a to 3c illustrate in section the process according to the invention,
- Figure 4 shows in section a multilayer circuit for hybrid circuit, which can apply the invention.
La figure 1 représente sous le repère I une couche conductrice de mauvaise qualité superficielle. Cette mauvaise qualité superficielle se traduit par la présence en surface d'une couche relativement mince, généralement en matériau mauvais conducteur, et qui perturbe l'étamage du fait de la mauvaise mouillabilité qu'il engendre. Par exemple, si la couche 1 est sérigraphiée sur un diélectrique constitué par de la pâte au verre, il se produit, lors de la cuisson de la couche 1, une remontée de verre à la surface de celle-ci. Ceci se traduit en pratique par la présence à la surface de la couche 1, d'une pellicule de verre plus ou moins composite et dont l'épaisseur est de
o l'ordre de 10 à 100 A.Figure 1 shows under the reference I a conductive layer of poor surface quality. This poor surface quality results in the presence on the surface of a relatively thin layer, generally made of a poor conductive material, which disturbs the tinning because of the poor wettability which it generates. For example, if layer 1 is screen printed on a dielectric consisting of glass paste, during the cooking of layer 1, a rise of glass occurs on the surface thereof. This translates in practice by the presence on the surface of layer 1, of a more or less composite glass film and whose thickness is
o the order of 10 to 100 A.
Lors d'un étamage au trempé réalisé pour pouvoir rapporter une connexion 2 d'un composant, le profil de l'étamage 3 ainsi obtenu est très irrégulier et présente des crevasses assez profondes. During a dip tinning process carried out in order to be able to add a connection 2 of a component, the profile of the tinning 3 thus obtained is very irregular and has fairly deep crevices.
Ceci constitue alors une soudure fragile.This then constitutes a fragile weld.
De même, la figure 2 représente le résultat obtenu lorsqu'un étamage par sérigraphie de pâte à souder est réalisé. On obtient après cuisson un étamage 4 qui affecte la forme générale d'une boule et dont le profil rentrant 6 constitue une surface de contact très réduite avec la couche conductrice 1. Cette soudure est également fragile. Likewise, FIG. 2 represents the result obtained when a tinning by screen printing of solder paste is carried out. After baking, a tinning 4 is obtained which affects the general shape of a ball and whose re-entrant profile 6 constitutes a very reduced contact surface with the conductive layer 1. This solder is also fragile.
La figure 3a ~ illustre la première étape du procédé selon l'invention. On réalise sur la couche conductrice 1 de mauvaise qualité superficielle un étamage 31 au trempé qui possède, ainsi qu'on l'a décrit plus haut, un profil crevassé. Figure 3a ~ illustrates the first step of the method according to the invention. Is carried out on the conductive layer 1 of poor surface quality a tin plating 31 which has, as described above, a cracked profile.
La deuxième étape (figure 3b) consiste à réaliser une sérigraphie 41 de pâte à souder sur les régions préalablement étamées au trempé. The second step (FIG. 3b) consists in carrying out a screen printing 41 of solder paste on the regions previously tinned by soaking.
Après une troisième étape de report des composants, une quatrième étape de refusion est mis en oeuvre et donne le résultat représenté à la figure 3c L'étamage terminé 34 présente un profil d'allure générale hyperbolique qui indique un bon mouillage tant au niveau de la connexion 2 que de la couche conductrice 1, et par conséquent, une soudure de bonne qualité. After a third step of transferring the components, a fourth reflow step is implemented and gives the result shown in FIG. 3c The finished tin plating 34 has a profile of general hyperbolic appearance which indicates good wetting both at the level of the connection 2 than conductive layer 1, and therefore a good quality solder.
Il semble que ce résultat inattendu soit dû au mécanisme suivant lors de l'étape d'étamage au trempé, il y a commencement de désagrégation par craquellement de la couche superficielle gênante située sur la couche conductrice à étamer, cette désagrégation étant due à la chaleur; lors de l'étape de cuisson de la pâte à souder, qui intervient de façon connue par mise en température progressive, le ménisque d'alliage issu de la pâte à souder fait corps avec les zones mouillées lors de l'étamage au trempé; en outre, la refusion améliore l'adhérence de la soudure sur la couche conductrice du fait qu'elle accrott la désagrégation de la couche superficielle gênante. It seems that this unexpected result is due to the following mechanism during the dip tinning step, there is the beginning of disintegration by cracking of the annoying surface layer located on the conductive layer to be tinned, this disintegration being due to heat ; during the step of cooking the solder paste, which takes place in a known manner by gradually bringing it to temperature, the alloy meniscus resulting from the solder paste forms one body with the wet areas during the tinning by dipping; in addition, the remelting improves the adhesion of the solder to the conductive layer because it increases the disintegration of the annoying surface layer.
Les conditions de réalisation aussi bien de l'étamage au trempé que de la sérigraphie de pâte à souder sont celles connues de l'homme de l'art. The conditions for carrying out both hot dip tinning and solder paste screen printing are those known to those skilled in the art.
Ainsi, l'étamage au trempé peut être réalisé avec des alliages standard notamment ceux comportant au moins deux composants choisis parmi Sn, Pb et Ag. La température de bain est supérieure d'au moins 300C à la température de l'eutectique (liquides). Pour les alliages à point de fusion supérieur à 2500 C, la température du bain est de préférence supérieure d'au moins 400C à la température de l'eutectique (liquides). L'opération de trempage est limitée à quelques secondes pour ne pas détériorer les éléments sous-jacents sérigraphiés. Thus, dip tinning can be carried out with standard alloys, in particular those comprising at least two components chosen from Sn, Pb and Ag. The bath temperature is at least 300C higher than the eutectic temperature (liquids) . For alloys with a melting point higher than 2500 ° C., the bath temperature is preferably at least 400 ° C. higher than the temperature of the eutectic (liquids). The soaking operation is limited to a few seconds so as not to damage the underlying screen-printed elements.
La sérigraphie de pâte à souder peut être réalisée également notamment avec des alliages standards comportant au moins deux composants choisi parrrli Sn, Pb et Ag. La viscosité recommandée pour la sérigraphie est d'au moins 500.000 centipoises, et le flux recommandé est le flux de colophane activé. La pâte à souder comporte avantageusement une soudure pré-alliée pulvérisée dont la dimension de particules est comprise entre 43 et 73 u. Les conditions de température sont les mêmes que celles mentionnées cidessus à ceci près que la cuisson de la pâte doit avoir lieu après une montée en température progressive, par exemple après un préchauffage pendant 1 à 4 minutes à 80 - 900C permettant d'éliminer la majeure partie des solvants volatils avant que la résine ou la colophane ne fondent, réduisant ainsi l'étalement de la pâte à souder.La température de refusion pr#oprement dite devra être choisie supérieure d'au moins 300C à la température de fusion la plus haute des deux alliages utilisés lors de la première et de la deuxième étape. Solder paste screen printing can also be performed in particular with standard alloys comprising at least two components chosen by Sn, Pb and Ag. The recommended viscosity for screen printing is at least 500,000 centipoise, and the recommended flux is the flux of rosin activated. The solder paste advantageously comprises a sprayed pre-alloyed solder whose particle size is between 43 and 73 u. The temperature conditions are the same as those mentioned above except that the cooking of the dough must take place after a gradual rise in temperature, for example after preheating for 1 to 4 minutes at 80 - 900C making it possible to eliminate the major part of the volatile solvents before the resin or the rosin melt, thus reducing the spreading of the solder paste. The actual reflow temperature should be chosen to be at least 300C higher than the highest melting temperature of the two alloys used in the first and second stages.
-EXEMPLE (figure 4):
On étame un conducteur supérieur 1 en Pt-Au sérigraphié sur un diélectrique 5 formé de pâte au verre. Sous le diélectrique 5 est disposé un conducteur inférieur 11 porté par un substrat 55. La première étape d'étamage au trempé est réalisée avec un alliage 63
Sn/37 Pb pendant 4 secondes à 2200 C. La sérigraphie de pâte à souder est réalisée avec un alliage 62 Sn/36 Pb/2 Ag avec une température de cuisson en palier de 2200C pendant 2 minutes après préchauffage. La viscosité est de 500.000 centipoises et flux est une colophane activée. L'alliage est sous forme de soudure pulvérisée pré alliée dont la dimension de particules est comprise entre 43 et 73 u. L'étamage obtenu après refusion correspond au profil de la figure 3c - EXAMPLE (Figure 4):
An upper conductor 1 is screened in Pt-Au screen printed on a dielectric 5 formed from glass paste. Under the dielectric 5 is disposed a lower conductor 11 carried by a substrate 55. The first step of tinning by dip is carried out with an alloy 63
Sn / 37 Pb for 4 seconds at 2200 C. The screen printing of solder paste is carried out with a 62 Sn / 36 Pb / 2 Ag alloy with a level baking temperature of 2200C for 2 minutes after preheating. The viscosity is 500,000 centipoise and flux is an activated rosin. The alloy is in the form of a pre-alloyed sprayed weld whose particle size is between 43 and 73 u. The tinning obtained after reflow corresponds to the profile of FIG. 3c
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |