FR2586251A1 - Procede de liaison de surfaces planes par l'usage de substances adhesives a l'etat pateux ou sous forme de pellicule non-seche - Google Patents

Procede de liaison de surfaces planes par l'usage de substances adhesives a l'etat pateux ou sous forme de pellicule non-seche Download PDF

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Abstract

CE PROCEDE POUR LIER DEUX SURFACES UTILISE UNE TOILE PREFORMEE 20 QUI PROCURE LA FORCE D'ADHERENCE TOUT EN ELIMINANT LES PROBLEMES QUE POSENT HABITUELLEMENT LES MANQUES ET LES EXCEDENTS DE SUBSTANCE ADHESIVE. ON PEUT REUNIR AINSI UNE TOILE PREFORMEE 20, UNSUBSTRAT MICROELECTRONIQUE 10 PORTEUR D'UN CIRCUIT ELECTRONIQUE ET UN BLOC CERAMIQUE OU METALLIQUE 40, GRACE A UNE COUCHE D'ADHESIF 14, EN SUPPRIMANT LES INCONVENIENTS DUS AUX EXCEDENTS ET AUX MANQUES D'ADHESIF QUI NUISENT A LA DISSIPATION DE LA CHALEUR PAR CONDUCTIBILITE THERMIQUE, AFIN D'OBTENIR UNE MEILLEURE STABILITE DES PARAMETRES ELECTRONIQUES. APPLICATION AUX CIRCUITS INTEGRES ET AUTRES COMPOSANTS ELECTRONIQUES EN GENERAL.

Description

La présente invention concerne en général un procédé d'application
de substances adhésives dans le but de lier des surfaces planes entre -
elles. Plus particulièrement, l'invention a trait à un procédé d'utilisa-
tion d'une toile préformée afin d'obtenir une liaison plus uniforme et intégrale entre deux surfaces planes. En général, lorsqu'on doit lier deux surfaces entre elles, on est confronté à deux problèmes. Ces problèmes sont d'une part l'excédent de
matière adhésive et d'autre part le défaut ou manque de celle-ci. Lors-
qu'une substance adhésive est emprisonnée entre deux surfaces à lier en-
tre elles, et que l'on chauffe ou active de toute autre façon ladite subs-
tance adhésive pour la vulcaniser, la couche d'adhésif s'amollit générale-
ment et perd de sa viscosité. Lorsque l'adhésif s'amollit, il a tendance à subir un effet d'extrusion qui le chasse d'entre les deux surfaces à
lier. Une extrusion excessive de matière, appelée généralement "déborde-
ment" ou écoulement d'excédent, peut poser de sérieux problèmes dans la
fabrication d'un produit. Ce problème est aggravé en outre lorsqu'on ap-
plique une force de serrage destinée à maintenir la substance adhésive et
les surfaces à lier en contact intime pendant la période de vulcanisation.
Celle-ci peut être obtenue par polymérisation, imidisation, fusion, cata-
lyse ou autre moyen propre à produire l'adhérence voulue.
Le second problème que l'on rencontre lorsqu'on lie ensemble deux surfaces planes est celui dû au fait que des vides sont laissés dans la couche de substance adhésive entre les surfaces. On connatt généralement
ce problème comme étant celui de la formation de vides ou de manques.
L'effet résultant est la diminution de la superficie de contact entre la couche de matière adhésive et les surfaces à lier. Ces manques diminuent
en effet la résistance globale à l'arrachement de la totalité de l'ensem-
ble obtenu.
Ces problèmes d'excédents et de manques d'adhésif deviennent parti-
culièrement importants lorsqu'il s'agit de lier des composants ou pièces électroniques. La liaison par adhésif entre des blocs de puces de grandes dimensions et des substrats, ou entre plusieurs substrats pour obtenir des blocs progiciels, pose souvent de sérieux problèmes dûs aux excédents
et aux manques d'adhésif. Dans la fabrication de dispositifs microélectro-
niques hybrides, par exemple, il est avantageux de pouvoir fixer un subs-
trat porteur des circuits électroniques à une surface du bloc logique ou au fond de la cavité de celui-ci. Un excédent trop important de matière
adhésive risque, pendant l'opération de fixation du substrat, de recou-
vrir des zones dans lesquelles on doit fixer des conducteurs, ce qui se 2 - traduit soit par la destruction de la pièce, soit par des coûts excessifs
de réparation. Lorsqu'on doit fixer un substrat porteur d'un circuit éléc-
tronique dans une cavité légèrement plus grande que le substrat lui-mgme,
ce phénomène de débordement de la matière adhésive rend pratiquement im-
possible l'application d'une force de serrage quelconque. L'application d'une force de serrage au substrat réduit sensiblement l'épaisseur de l'adhésif sous le substrat, et augmente la hauteur à laquelle la substance adhésive s'élève autour du substrat. La hauteur atteinte par la matière adhésive sous l'effet d'une force de serrage est égale au rapport entre la surface sous le substrat et la surface libre autour de ce substrat. Ce
rapport peut être de l'ordre de 50 à 1. L'application d'une substance a-
dhésive sous forme de pâte dans une cavité, en utilisant les moyens clas-
siques, est pratiquement impossible sans constater le phénomène d'excédent de p9te adhésive, qui se traduit par une extrusion et un débordement de la substance adhésive sur le dessus du substrat. Ce phénomène s'observe en
particulier lorsqu'on applique une pression de serrage ou lorsque la vis-
cosité de la substance adhésive diminue au cours de la vulcanisation.
La formation de vides ou de manques, par ailleurs, agit en rédui-
sant la conductibilité thermique de l'ensemble lié. On peut réduire ainsi la conductibilité à tel point qu'une résistance ou autre composant actif fonctionnera à une température supérieure, ce qui détermine un décalage ou une déviation de paramètres électriques. Cela devient particulièrement critique lorsqu'une résistance ou un composant électronique actif, tel
qu'une diode, est lié à un substrat qui est lié à son tour à un bloc inté-
gré pourvu d'une couche de substance adhésive présentant un manque exces-
sivement important. Naturellement, on observe le meme résultat lorsque ce manque se situe dans la couche adhésive entre le composant actif et le substrat. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention consiste à lier entre elles des surfaces planes en utilisant une couche de substance
adhésive sans aucun problème d'excédent ou de manque.
Un autre but de la présente invention consiste à empêcher la for-
mation d'excédents ou de manques lorsqu'on lie des surfaces planes entre
elles en utilisant une toile préformée.
De plus, la présente invention a pour objet de prévoir un procédé
économique pour lier un substrat dans un bloc à cavité en céramique, lors-
que le bloc doit être scellé en utilisant un alliage or-étain ou son équi-
valent. Enfin, la présente invention a pour-objet de prévoir un procédé de -3 - fixation de puces de dimensions relativement importantes à un ou plusieurs
substrats à l'intérieur de blocs à cavité en utilisant un polyimide non-
conducteur en tant qu'adhésif.
Sur le dessin annexé: La FIGURE 1 est une vue en perspective inversée et en plan d'un substrat, et La FIGURE 2 est une vue éclatée en perspective du substrat et d'un
bloc mis sous bottier.
Sur la Figure 1 on a représenté un substrat 10 composé d'une base
de substrat 12 et d'une couche adhésive 14 en polyimide.
La Figure 2 montre la relation qui existe entre le substrat 10, une toile de revêtement 20 et un bloc céramique 40 du type à soudure en
L, qui présente un fond de cavité 30 contre lequei on doit fixer le subs-
trat 10. La couche adhésive 14 peut être soit appliquée à la base 12 du substrat 10, soit imprimée par sérigraphie sur le substrat en utilisant un dispositif d'impression standard par sérigraphie du genre communément utilisé en micro-électronique pour appliquer des encres formant un film épais. En général, on applique une couche de substance adhésive solide 14 en laissant une marge 16 d'environ 0,5 mm tout autour du périmètre de la base 12 du substrat. Cette marge 16 assure la compensation non seulement de tout défaut d'alignement entre la base 12 du substrat et le revêtement
de toile 20, mais aussi de tout débordement léger de substance adhésive.
La toile 20, réalisée de préférence en fibres de verre, est découpée à des dimensions légèrement supérieures à celle de la configuration de la couche adhésive 14, et égales ou légèrement inférieures à celles de la base 12 du substrat. Le revêtement de toile 20 peut avoir une épaisseur comprise entre 25 et 50 millièmes de mm, avec un compte de fils compris entre 23 x 13 et 23 x 23 par centimètre. Le bloc est assemblé en centrant la toile préformée 20 dans le fond de la cavité 30 du bloc. Ensuite, on centre le substrat 10 dans la cavité 30 du bloc, par-dessus la toile préformée 20, et on l'agrafe au bloc. Le susbtrat 10 est placé dans la cavité 40 alors
que la substance adhésive 14 est encore humide ou collante. On peut uti-
liser une pince appliquant un effort d'environ 17 à 280 g/cm2. L'ensem-
ble agrafé est ensuite vulcanisé dans un four classique pendant une heure
à 1500C puis soumis à une post-vulcanisation à 2500C pendant 30 minutes.
Un polyimide est un adhésif choisi en fonction des hautes tempéra-
tures rencontrées au cours du processus de scellement du bloc. Les adhé-
sifs à base de polyimide n'ont par été utilisés jusqu'à présent pour faire adhérer des surfaces relativement importantes, par exemple supérieures à -4-
1,6 cm2, en raison des problèmes que posent les manques excessifs consta-
tés à l'usage. La présente invention permet de réaliser la fixation et le
conditionnement d'une façon économique avec un minimum de manques au col-
lage. Lorsqu'ils existent, les manques ou défauts d'adhésif que peut déterminer le procédé de l'invention ont une dimension tellement faible,
grâce à l'usage d'une toile préformée, qu'ils ne gênent pas de façon ap-
préciable la dispersion de chaleur à partir des dispositifs calorifères.
La substance adhésive peut être appliquée par tout procédé adéquat,
par exemple en utilisant un distributeur de pâte adhésive à doseur volu-
métrique, ou par pointillage, impression ou sérigraphie. D'ordinaire, on
applique l'adhésif sur une des surfaces à lier, mais on peut aussi l'ap-
pliquer à la seconde surface à lier, à la seule toile préformée, ou se-
lon toute combinaison possible entre ces trois modes, à condition que la substance adhésive soit appliquée à l'une au moins des deux surfaces ou à
la toile.
Dans certains cas, il peut être souhaitable d'utiliser un film a-
dhésif préformé avec un tissu préformé, au lieu d'une couche de produit adhésif et une toile préformée. La toile préformée perméable peut être
adoptée avec les mfmes avantages que ceux qui résultent de l'emploi d'a-
dhésifs à l'état pâteux. Si l'on utilise un film adhésif, il peut être
composé d'un matériau séché ou demi-sec, tel qu'ils existent habituelle-
ment, mais on peut aussi utiliser un matériau humide ou collant. Par con-
séquent, certains produits adhésifs, qui ne peuvent être séchés avant la vulcanisation, pourront être appliqués à l'état de film. Toutefois, d'une manière générale, il faudra éviter l'usage de tels adhésifs non-séchables, mais ils peuvent cependant apporter une solution pratique, dans le cadre de la présente invention, à certains problèmes d'assemblage. Une toile perméable peut être imprégnée avec un adhésif non-séchable et servir de base pour un film adhésif. La toile perméable non-imprégnée est dans tous
les cas indispensable dans ce procédé, car elle sert à résoudre des pro-
blèmes que pose l'usage de substances adhésives même lorsque celles-ci
sont appliquées en tant que pré-forme.
L'adoption d'une toile préformée perméable, qui est normalement découpée approximativement aux dimensions et selon la forme de la plus petite des deux surfaces à lier entre elles, est un facteur essentiel pour l'application de la présente invention. Cette toile joue trois rôles majeurs: 1. Elle produit un effet de rétention en empêchant la matière -5 -
adhésive de se répandre, tout en s'opposant ou en empochant les déborde-
ments ou coulées de cette matière soit pendant l'application initiale d'un effort de serrage, soit pendant le cycle de vulcanisation;
2. Elle empêche la formation de manques de dimensions excessives.
La combinaison du pouvoir tensio-actif, des forces capillaires et d'un compte élevé de fils/cm, évite la retenue de gaz dans la couche adhésive en ménageant des canaux permettant l'échappement des gaz, ce qui réduit les manques, s'il y en a, à une dimension beaucoup plus petite que celle des ouvertures laissées entre les fils de la toile, et enfin, 3. Elle renforce la couche de substance adhésive, ce qui augmente sa résistance mécanique, le renforcement de la toile permettant en outre d'utiliser une couche d'adhésif plus mince, ce qui garantit l'obtention de paramètres de conductivité électrique et de conductibilité thermique
uniformes et appropriés.
La matière adhésive utilisée dans la mise en oeuvre de la présente invention est le produit désigné par le sigle "P60-2", fabriqué par Epoxy Technology; il s'agit d'un polyimide chargé d'oxyde et vulcanisable à basse température. Cet adhésif utilise un solvant spécial, P.I., un
diluant produit par Epoxy Technology, qui s'évapore beaucoup plus len-
tement que les solvants classiques, de telle sorte que les propriétés de fluidité de la pâte de polyimide ne se modifient pas de façon importante
pendant son application.
Bien que l'invention ait été représentée et décrite en se rappor-
tant à des modes préférés de réalisation, il est évident pour tout spé-
cialiste dans l'art que des changements tant dans la forme que dans les détails peuvent être apportés sans s'écarter des principes de base de
l'invention. Par exemple, un alliage métallique, un verre ou une combi-
naison verre-métal peut être utilisé en tant qu'adhésif, tandis que l'on peut aussi utiliser une grille métallique ou une plaque de métal perforé
en tant que toile préformée, au lieu de la fibre de verre.
- 6 -

Claims (26)

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé de liaison de surfaces par l'application d'une subs-
tance adhésive à une surface d'un objet, ce procédé étant caractérisé par le fait que: a) on fixe à cette surface une toile préformée;
b) on réunit cette surface à une autre surface d'un autre ob-
jet; c) on serre ces surfaces l'une contre l'autre, et
d) on effectue la vulcanisation de ces surfaces à une tempéra-
ture et pendant un temps suffisants pour faire adhérer ces surfaces entre elles.
2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que
ladite substance adhésive est choisie dans la catégorie qui comprend les
résines époxy et les résines polyimides.
3. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que
ladite substance adhésive est utilisée à l'état p9teux ou liquide.
4. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ladite substance adhésive est appliquée sous forme d'une couche pleine
en utilisant un distributeur de p9te à doseur volumétrique, ou par poin-
tillage, impression ou sérigraphie.
5. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que
ladite toile préformée se compose d'un tissu de fibres de verre.
6. Procédé selon la Revendication 5, caractérisé par le fait que le tissu de fibres de verre a une épaisseur comprise entre 0,025 mm et
0,050 mm.
7. Procédé selon la Revendication 6, caractérisé par le fait que le nombre de fils dudit tissu de fibres de verre est compris entre 23 x
13 et 23 x 23 fils par cm.
8. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que
ladite toile préformée est imprégnée avec ladite substance adhésive.
9. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ladite substance adhesive est appliquée de façon à réserver une marge d'au moins 0,5 mm sur le pourtour périphérique de ladite surface d'un objet.
10. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que
la toile préformée est perméable.
11. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ladite surface d'un objet est une surface d'un susbtrat microélectronique
porteur de circuits électroniques.
- 7 -
12. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ladite substance adhésive est appliquée à au moins une des deux surfaces
ou à la toile.
13. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ladite autre surface d'un autre objet est la surface du fond d'un bloc
ou progiciel céramique.
14. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que
ladite autre surface d'un autre objet est une surface d'un bloc à plate-
forme métallique.
15. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ladite phase de serrage utilise un moyen de serrage pour appliquer un
effort auxdites surfaces.
16. Procédé selon la Revendication 15, caractérisé par le fait que ledit moyen de serrage applique un effort compris entre 17 et 280 g/cm2
environ.
17. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que la vulcanisation comprend les phases qui consistent: a) à chauffer lesdites surfaces pendant une heure à 150 C, et b) à réchauffer ensuite ces surfaces pendant 30 minutes à
250 C.
18. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'on lie un substrat microélectronique porteur d'un circuit électronique à un bloc céramique, ce procédé comportant les phases qui consistent à: a) appliquer ladite substance adhésive à une surface dudit substrat électronique;
b) fixer ladite toile préformée à la surface du substrat micro-
électronique; c) faire adhérer ladite surface du substrat microélectronique à une cavité dudit bloc céramique; d) serrer le substrat microélectronique et le bloc, céramique l'un contre l'autre, et e) faire vulcaniser le substrat microélectronique et le bloc céramique, cette phase de vulcanisation étant caractérisée à son tour par les phases qui consistent:
(i) à chauffer le substrat microélectronique et le bloc cé-
ramique pendant une heure à 150oC, et
(ii) à effectuer un chauffage complémentaire pendant 30 mi-
nutes à 2500C.
19. Procédé selon la Revendication 18, caractérisé par le fait que -8ladite substance adhésive est choisie dans le groupe composé de résine
polyimide et de résine époxy.
20. Procédé selon la Revendication 18, caractérisé par le fait que ladite toile préformée se compose d'un tissu de fibres de verre ayant un compte de fils de 23 x 13 à 23 x 23 par cm, l'épaisseur de la toile
étant comprise entre 0,025 et 0,050 mm.
21. Procédé selon la Revendication 18, caractérisé par le fait
que ladite toile préformée est imprégnée avec ladite substance adhésive.
22. Procédé selon la Revendication 18, caractérisé par le fait que ladite substance adhésive est appliquée de telle sorte qu'il subsiste
une marge d'au moins 0,5 mm autour du périmètre dudit substrat microélec-
tronique.
23. Procédé selon la Revendication 18, caractérisé par le fait
que ladite toile préformée est perméable.
24. Procédé selon la Revendication 18, caractérisé par le fait que ladite substance adhésive est appliquée à au moins l'un des éléments
suivants: substrat microélectronique, toile préformée et bloc céramique.
25. Procédé selon la Revendication 18, caractérisé par le fait
que ladite phase de serrage utilise un moyen de serrage conçu pour ap-
pliquer une force de serrage à la fois audit substrat microélectronique
et audit bloc céramique.
26. Procédé selon la Revendication 25, caractérisé par le fait que le moyen de serrage applique une force dont la valeur est comprise
entre au moins 112 grammes et au moins 1 815 grammes/cm. -
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