FR2697125A1 - Procédé de montage d'une microstructure et microstructure montée selon le procédé. - Google Patents

Procédé de montage d'une microstructure et microstructure montée selon le procédé. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne le montage d'une microstructure sur un circuit imprimé. La microstructure comportant un substrat (11) dont le coefficient de dilatation est très différent de celui du substrat époxy (21, 22) du circuit imprimé, l'invention consiste à monter la microstructure (1) sur le circuit imprimé (2) en interposant une plaque de brasure (3) en un matériau suffisamment tendre pour absorber les différences de dilatation, et de température de fusion suffisamment basse pour éviter que la microstructure soit endommagée lorsque l'assemblage est réalisé en portant la plaque de brasure à sa température de fusion. Des liaisons très courtes peuvent alors être effectuées entre la microstructure et le circuit imprimé. Application au montage des microstructures et en particulier des microstructures hyperfréquence de type AsGa, sur un circuit imprimé.

Description

i Procédé de montage d'une microstructure et
microstructure montée selon le procédé.
La présente invention se rapporte à un procédé de mon-
tage d'une microstructure, et en particulier d'une microstructure hyperfréquence de type As Ga, comportant une puce collée sur un substrat isolant généralement en alumine et, sur le substrat, des conducteurs sérigraphies dont certains constituent des accès hyperfréquence Ces microstructures sont communément appelées circuits M M I C, ce sigle correspondant à leur nom dans la
littérature anglo-saxonne: Monolithic Microwave Integrated Cir-
cuit. Quand une microstructure doit être montée, en association avec un circuit imprimé, il est connu de braser la microstructure
à l'indium-plomb-argent sur un support métallique en kovar (mar-
que déposée), de fixer le support en kovar sur le châssis au-
quel est également fixé le circuit imprimé et de réaliser les liai-
sons entre la microstructure et le circuit imprimé au moyen de câbles blindés pour les accès hyperfréquence et généralement au moyen de rubans en argent pour les autres accès Ce type de montage présente différents inconvénients Le kovar qui a un rôle de support rigide et de dissipateur de calories, est choisi
parce qu'il possède un coefficient de dilatation voisin de l'alu-
mine, par contre c'est un matériau cher et difficile à usiner Du fait de la longueur des liaisons entre la microstructure et le circuit imprimé des précautions importantes doivent être prises pour éviter les défauts de fonctionnement dus en particulier à
des rayonnements, à des inductances et à des capacités intempes-
tifs et chaque montage nécessite un réglage particulier pour
pouvoir fonctionner correctement.
La présente invention a pour but d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients Ceci est obtenu par un procédé qui permet de ne pas employer de support en kovar et de monter la microstructure sur le circuit imprimé malgré la
différence des coefficients de dilatation de l'alumine de la micro-
structure et du support époxy du circuit imprimé.
Selon l'invention il est proposé un procédé de montage d'une microstructure comportant une puce, un substrat isolant sur lequel est collée la puce, des conducteurs sérigraphies sur le substrat, dont certains au moins constituent des accès de la microstructure, et un plan de masse d'épaisseur inférieure à celle du substrat, caractérisé en ce qu'il consiste à monter la
microstructure sur un circuit imprimé, à munir pour cela le cir-
cuit imprimé d'un plan de masse de mêmes dimensions que le plan
de masse de la microstructure, à réaliser une préforme aux di-
mensions des plans de masse et constituée d'une plaque de brasure en un matériau tendre, d'une épaisseur de l'ordre de microns et plus et présentant une température de fusion de l'ordre de 2000 C et moins, à disposer la préforme entre les deux plans de masse et à la faire fondre, puis à réaliser des liaisons entre les accès de la microstructure et des accès correspondants
portés par le circuit imprimé.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres
caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après
et des figures s'y rapportant qui représentent: la figure 1, une vue en coupe de différents éléments mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention, la figure 2, une vue de dessus d'une microstructure
dont le montage a été effectué par le procédé selon l'invention.
Sur les figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes symboles et il est à noter que, pour une meilleure visibilité de certains éléments, les proportions entre les divers
éléments n'ont pas été respectées.
La figure 1 montre, dans une vue en coupe selon le plan XX indiqué sur la figure 2, une microstructure hyperfréquence As Ga, 1, un circuit imprimé, 2, une préforme, 3, et une table chauffante, 4 Ces éléments interviennent dans un exemple de
mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La microstructure 1 comporte une puce 10 avec son capot en céramique, 12 et avec son substrat isolant constitué par une
plaque d'alumine 11, d'une épaisseur de 0,25 mm La face supé-
rieure de la plaque d'alumine 11, sur laquelle est collée la puce 10, porte des conducteurs 15 obtenus par sérigraphie; une partie de ces conducteurs 15 forme les accès de la puce Une couche d'un mélange d'argent et de palladium, d'une épaisseur
de 15 microns, obtenue par sérigraphie, recouvre la face infé-
rieure de la plaque d'alumine 11 pour constituer un plan de masse 13 Des trous métallisés tels que Pl traversent la plaque d'alumine 11 pour réaliser une liaison électrique et thermique permettant l'évacuation des calories de la puce 10 vers le plan
de masse 13.
Une des étapes du procédé de montage, dont les autres étapes vont être commentées plus loin, consiste à déposer, par fusion, une pellicule d'indium 14 sur le plan de masse 13 à l'aide
d'un fer à braser; cette technique classique de dépôt est par-
fois appelée dépôt flash.
Le circuit imprimé, 2, de l'exemple décrit, est un circuit imprimé quatre couches avec un drain thermique, 20, disposé entre deux plaques époxy, 21, 22; le tout a une épaisseur de 1, 6 mm Seule la partie du circuit imprimé située entre le drain thermique 20 et la face sur laquelle il est prévu de monter la microstructure 1, est dessinée et décrite en détail, l'autre partie
n'étant représentée sur la figure 1 que par sa plaque époxy 22.
La plaque époxy 21 est recouverte de dépôts conducteurs 23 obtenus par photogravure puis étamage; ces dépôts 23 forment, en particulier, un plan de masse, 24, aux dimensions du plan de masse 13 de la microstructure Des trous métallisés tels que Qi traversent la plaque époxy 21 pour réaliser une liaison thermique permettant le transfert de calories entre le plan de masse 24 et
le drain 20.
Une autre des étapes du procédé de montage consiste à déposer, par fusion, une pellicule d'indium 25 sur le plan de
masse 24 à l'aide d'un fer à braser.
L'assemblage de la microstructure 1 et du circuit imprimé 2 qui viennent d'être décrits à l'aide de la figure 1, pose un problème majeur, étant donné qu'il s'agit de fixer, pratiquement
l'une contre l'autre, deux plaques faites de matériaux à coeffi-
cients de dilatation très différents: la plaque d'alumine 11 et la plaque époxy 21 Pour trouver une solution à ce problème il est
proposé d'intercaler entre la plaques 11 et 21 un matériau con-
ducteur d'épaisseur convenable et suffisamment tendre pour encaisser les différences de dilatation entre ces deux plaques lors des variations de température Le choix s'est porté, dans l'exemple décrit, sur une plaque de brasure d'une épaisseur de
microns faite d'un alliage indium-plomb-argent à 80 % d'in-
dium, 15 % de plomb et 5 % d'argent, dont le point de fusion se
situe à 1490 C; c'est la préforme 3 de la figure 1 Cette pré-
forme est découpée aux dimensions du plan de masse 13 de la
microstructure 1.
Quand la microstructure 1, le circuit imprimé 2 et la pré-
forme 3 ont été préparés comme indiqué ci-avant elles peuvent être assemblées Pour cela le circuit imprimé est disposé sur la table chauffante 4, la préforme 2 est positionnée sur le plan de
masse 24 recouvert d'indium et le plan de masse 13 est position-
né sur la préforme 2 La table chauffante, régulée en tempéra-
ture, est réglée à 1700 C pour produire une fusion de la pré-
forme Cette opération qui est une brasure, est réalisée avec apport de flux résineux moyennement activé pour éviter la corrosion; cette apport de flux résineux est effectué, à l'aide d'un pinceau fin, au niveau du pourtour de la préforme 3 et est symbolisé par une double flèche F sur la figure 1 Sur cette figure, la microstructure 1, la préforme 3 et le circuit imprimé 2 sont séparés les uns des autres pour mieux les distinguer et
faciliter leur description; bien entendu ils sont accolés pendant
l'opération de soudure sur la table chauffante.
Quand la brasure sur table chauffante est terminée il reste à effectuer les liaisons entre les accès de la microstructure
et les accès correspondants du circuit imprimé La figure 2 mon-
tre, vue de dessus, la microstructure 1 de la figure 1, avec ses
conducteurs 15, après qu'elle ait été montée sur le circuit impri-
mé 2; sur cette figure la représentation du circuit imprimé 2 se limite à la représentation en traits interrompus de ses accès, tels que Ci, qui sont à relier aux accès, tels que AI, de la micro-
structure 1 Les liaisons sont réalisées avec des rubans en ar-
gent pur qui, à leurs deux extrémités, sont respectivement sou-
dés, au fer à braser, sur la microstructure et sur le circuit imprimé. La présente invention n'est pas limitée i l'exemple décrit, elle s'applique au montage, sur un circuit imprimé, de toute microstructure présentant un substrat isolant et un plan de masse d'épaisseur faible devant celle du substrat; le procédé comporte l'interposition d'une préforme constituée d'une plaque de brasure, entre le plan de masse de la microstructure et un plan de masse identique situé sur le circuit imprimé, et comporte ensuite la fusion de la préforme à une température de l'ordre de 'C et moins pour ne pas risquer d'endommager la microstructure; la préforme doit être en un matériau tendre et présenter une épaisseur de l'ordre de 100 microns et plus pour encaisser les différences de dilatation entre la microstructure et
le circuit imprimé En fonction des matériaux utilisés pour réali-
ser la préforme et de la qualité recherchée pour le montage, le dépôt des pellicules d'indium 14 et 25, respectivement sur les
plans de masse 13 et 24, peut s'avérer inutile.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1 Procédé de montage d'une microstructure comportant une puce ( 10), un substrat isolant ( 11) sur lequel est collée la puce, des conducteurs ( 15) sérigraphies sur le substrat, dont certains au moins constituent des accès (Ai) de la microstructure ( 1), et un plan de masse ( 13) d'épaisseur inférieure à celle du
substrat, caractérisé en ce qu'il consiste à monter la microstruc-
ture sur un circuit imprimé ( 2), à munir pour cela le circuit imprimé d'un plan de masse ( 24) de mêmes dimensions que le plan de masse ( 13) de la microstructure, à réaliser une préforme
( 3) aux dimensions des plans de masse et constituée d'une pla-
que de brasure en un matériau tendre, d'une épaisseur de l'or-
dre de 100 microns et plus et présentant une température de fusion de l'ordre de 200 'C et moins, à disposer la préforme ( 3) entre les deux plans de masse ( 13, 24) et à la faire fondre, puis
à réaliser des liaisons (Bi) entre les accès (Ai) de la microstruc-
ture et des accès (Ci) correspondants portés par le circuit impri-
mé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser, comme préforme, une préforme ( 3) à l'indium et, avant de disposer la préforme entre les deux plans de masse ( 13, 24), à déposer, par fusion, une pellicule d'indium
( 14, 25) sur les deux plans de masse.
3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que
la préforme ( 3) a une épaisseur de 120 microns.
4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire fondre la préforme ( 3) en posant le circuit
imprimé ( 2) sur une table chauffante ( 4).
Procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les liaisons (Bi) au moyen de rubans en argent pur brasés à leurs deux extrémités respectivement sur un des accès (Ai) de la microstructure ( 1) et
sur l'accès (Ci) correspondant du circuit imprimé ( 2).
6 Microstructure caractérisée en ce qu'elle est montée sur un circuit imprimé ( 2), selon le procédé décrit dans l'une
des revendications précédentes.
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