FR2798249A1

FR2798249A1 - Multiple interconnection thermal/pressure microelectronics circuit connection tool having two section hollow body thermal support held and light source heated with pressure application region cooling channel cooled.

Info

Publication number: FR2798249A1
Application number: FR9911149A
Authority: FR
Inventors: Reinhard Hampel
Original assignee: DISPLAY CONTROL
Current assignee: DISPLAY CONTROL
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-03-09
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: FR2798249B1

Abstract

The high temperature pressure connection thermal head has a metallic hollow body (2,3) in two parts on an isolated thermal support (5) with inner cooling fluid channels (6). The thermal head is heated by a light source (1) in the central head section cooled by cooling channels (7) in the region of heat and pressure application (4).

Description

THERMODE A CHAUFFAGE RADIATIFA TEMPERATURE VARIABLE La présente invention concerne un dispositif permettant d'appliquer simultanément une pression et une élévation de température pour la réalisation de brasages ou de collages. Il est surtout destinéà la microélectro nique pour la réalisation d'interconnexions multiples entre des circuits flexibles, connecteurs, etc, d'une part, et des substrats rigides tels que des cartes électroniques, substrats verre d'afficheursà cristaux liquides, circuits hybrides, circuits intégrés, etc., d'autre part. Ces connexions se font soit par brasage, soit par collage au moyen de collesà conductvité anisotrope.Il peut également être utilisé pour de multiples applications d'assemblage de films polymères, tôles fines, etc. par des techniques de soudure, brasage ou collage. The present invention relates to a device for simultaneously applying a pressure and a rise in temperature for producing brazing or gluing. It is primarily intended for microelectronics for the realization of multiple interconnections between flexible circuits, connectors, etc., on the one hand, and rigid substrates such as electronic boards, glass substrates for liquid crystal displays, hybrid circuits, integrated circuits, etc., on the other hand. These connections are made either by brazing, or by gluing by means of adhesives to anisotropic conductivity. It can also be used for multiple applications of assembly of polymer films, sheets fine, etc. by welding, brazing or gluing techniques.

Un tel dispositif s'appelle habituellement une thermode. Selon les opérations a effectuer, il en existe une grande diversité de formes, tailles et types de réalisation. Such a device is usually called a thermode. Depending on the operations to be performed, there is a great diversity of shapes, sizes and types of embodiments.

On premier lieu, on distingue des thermodes à température constante et des thermodes permettant de travaillerà température variable. La première classe est facileà réaliser avec des composants simples, et leur contrôle ne nécessite qu'un simple régulateur de température. First, there are thermodes at constant temperature and thermodes to work at variable temperature. The first class is easy to with simple components, and their control requires only a simple temperature controller.

Des thermodes à température variable sont par contre plus difficileà réaliser. Leur utilisation s'impose néanmoins dans tous les cas où l'interconnexion est réalisé par un matériau qui est liquéfié par la chaleur dégagée par la thermode, tel qu'une brasure ou un adhésif thermoplastique. Pour que l'interconnexion produite soit stable, la brasure ou l'adhésif thermoplastique utilisé doit avoir retrouvé l'état solide avant que la pression exercée par la thermode soit retirée. Les températures de mise en #uvre sont typiquement de l'ordre de 150* à 300*C. Thermodes at variable temperature are on the other hand more difficult to realize. Their use is nevertheless required in all cases where the interconnection is made by a material which is liquefied by the heat released by the thermode, such as a solder or a thermoplastic adhesive. In order for the interconnection produced to be stable, the solder or thermoplastic adhesive used must have returned to the solid state before the pressure exerted by the thermode is removed. The application temperatures are typically in the range of 150 ° C to 300 ° C.

La thermode doit donc exécuter pendant le pressage un cycle thermique composé d'une phase de chauffage, d'une phaseà température plus ou moins constante, et d'une phase de refroidissement. The thermode must therefore perform during the pressing a thermal cycle consisting of a heating phase, a phase to temperature more or less constant, and a cooling phase.

Plusieurs types de thermodes à température variable sont actuellement commercialisé. Les plus courants correspondent aux applications américainesUS 5,010,227, US 4,871,899 etUS 5,229,575 Les deux derniers textes cités décrivent des thermodes où l'élément chauffant résistif est en contact direct avec les piècesà connecter. Or, les forces de pressionà exercer nécessitent une certaine robustesse de cette partie de la thermode, qui se traduit par une certaine épaisseur de matière typiquement métallique et donc une résistance électrique très faible. Several types of thermodes to variable temperature are currently marketed. The most common are US applications US 5,010,227, US <4,871,899 and US 5,229,575 . The last two cited texts describe thermodes where the resistive heating element is in direct contact with the parts to connect. However, the pressure forces to exert require a certain robustness of this part of the thermode, which results in a certain thickness of typically metallic material and therefore a very low electrical resistance.

Par conséquent, ses thermodes sont chauffés eny envoyant des courants très importantsà très fable tension. L'importance des courants employés présente deux inconvénients majeurs: les alimentations nécessaires pour générer et surtout contrôler ces courants importants sont très cher Les raccordements électriques doivent être de section importante et constituent donc des fuites de chaleur qui tendentà refroidir les extrémités de la thermode, ce qui nuità l'homogénéité de la température sur la largeur de la thermode Dans les réalisations courantes, ces thermodes emploient souvent des matériaux onéreux comme le titane, et nécessitent des découpes complexes pour assurer une homogénéité suffisante de leur températureà travers leur largeur. As a result, its thermodes are heated to y sending very large currents to very low voltage. The importance of the currents used has two major drawbacks : the power supplies needed to generate and especially control these important currents are very expensive The electrical connections must be of significant section and therefore constitute heat leaks that tend to cool the ends of the thermode, which causes to the homogeneity of the temperature over the width of the thermode In current embodiments, these thermodes often use expensive materials like titanium, and require complex cuts to ensure sufficient homogeneity of their temperature to across their width.

Le brevet américainUS 5,010,227 décrit une thermode monobloc céramique. En utilisant une résistance hybride isolée de la partie de la thermode entrant en contact avec les piècesà joindre, cette approche évite tout risque électriqueà ce niveu, et permet de choisir plus librement la résistance de l'élément chauffant. Néanmoins, il s'agit d'une pièce en céramique multicouches et donc peu économiqueà fabriquer. US Pat. No. 5,010,227 discloses a ceramic monoblock thermode. By using a hybrid resistor isolated from the part of the thermode that comes into contact with the to attach parts, this approach avoids any electrical risk to this level, and allows you to choose more freely the resistance of the heating element. Nevertheless, it is a multilayer ceramic piece and therefore inexpensive to manufacture.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients des thermodes existantes en utilisant un procédé de chauffage différent.Il est constitué d'un corps métallique creux dans lequel est suspendu un émetteur infrarouge tel qu'une lampe halogène. Elle peut être de type éclairage ou du type émetteur infrarouge ondes courtes. La lampe n'a aucun point de contact avec le corps métallique, et le transfert d'énergie entre la lampe et le corps de la thermode se fait uniquement par vole radiative. L'arrêt de la lampe entraine l'arrêt immédiat du transfert de chaleur vers le corps de thermode, ce qui rend le contrôle de la température du corps de thermode très facile. The device according to the invention overcomes the disadvantages of existing thermodes using a different heating method. It consists of a hollow metal body in which is suspended an infrared transmitter such as a lamp halogen. It can be of the lighting type or of the short wave infrared transmitter type. The lamp has no point of contact with the metal body, and the transfer of energy between the lamp and the body of the thermode is only by radiative flight. Stopping the lamp causes the immediate cessation of heat transfer to the thermode body, which makes control of the temperature of the thermode body very easy.

Le refroidissement de la thermode se fait en injectant un fluide gazeux dans le corps de la thermode. Pour éviter toute contamination de la lampe halogène et le refroidissement de la lampe, qui serait nuisible pour sa durée de vie et réduirait l'efficacité du refroidissement de la thermode, l'injection de fluide de refroidissement doit de préférence se faire dans un espace séparé de celui occupé par la lampe. Le fluide de refroidissement sera le plus souvent de l'air comprimé, mais l'azote ou le dioxyde de carbone peuvent également servirà cet usage. The cooling of the thermode is done by injecting a gaseous fluid into the body of the thermode. To avoid halogen lamp contamination and lamp cooling, which would be detrimental to its life and reduce the cooling efficiency of the thermode, the injection of coolant should preferably be done in a separate space. of the one occupied by the lamp. The coolant will most often be compressed air, but nitrogen or carbon dioxide may also be used for this purpose.

Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure1 représente en coupe, le dispositif de l'invention La figure 2 représente le dispositif vu de face En référenceà la figure1, l'ensemble est constitué d'une source infrarouge(1) placéeà l'intérieur de la partie centrale du corps de thermode (2) qui est rendu solidaire de la partie extérieure du corps de thermode (3) sur toute la longueur et au voisinage de la surface active (4). The accompanying drawings illustrate the invention: : Figure 1 represents in section, the device of the invention Figure 2 represents the device seen from the front With reference to Figure 1, the set consists of an infrared source (1) placed to inside the part central of the thermode body (2) which is secured to the outer part of the thermode body (3) over the entire length and in the vicinity of the active surface (4).

Le corps de thermode est monté sur un support isolant thermique(5) qui est typiquement composé de plusieurs piècesà l'intérieur duquel sont ménagé des canalisations(6) pour le fluide de refroidissement. Des buses de refroidissement(7) projettent le fluide de refroidissement entre la partie intérieure (2) et la partie extérieure (3) du corps de thermode. The thermode body is mounted on a thermal insulating support (5) which is typically composed of several pieces to inside which are formed pipes (6) for the cooling fluid. Cooling nozzles (7) project cooling fluid between the inner part (2) and the outer part (3) of the thermode body.

Un thermocouple (8) permet de contrôler la température du dispositif. A thermocouple (8) is used to control the temperature of the device.

La partie centrale (2) est fixéeà l'intérieur de la partie extérieure par brasage fort ou soudure. Les deux parties peuvent aussi être faits d'une seule pièce, préférentiellement sous forme de profilé extrudé. The central part (2) is fixed to inside the outer part by brazing or welding. The two parts may also be made in one piece, preferably in the form of extruded profile.

En référenceà la figure 2, la lampe(1) traverse le corps de thermode (3) qui est fixé sur le support central(5). Deux supports latéraux(9) tiennent la lampe et intègrent les contacts pour l'alimentation électrique de la lampe. Le thermocouple(8) est fixé sur le corps de thermode à proximité de la surface active (4). Avantageusement, les deux parties de la thermode sont réalisés dans des matériaux différents optimisés pour le rôle de chacune des parties. La partie centrale est de préférence réalisée dans une matière présentant une excellente conductivité thermique, comme par exemple du cuivre ou de l'aluminium. La partie extérieure a surtout pour rôle d'assurer la stabilité de l'ensemble et ne doit pas être mouillable par les brasures utilisées dans le cas des thermodes destinéesà la brasure. Des matériaux tels que l'acier, les aciers inoxydables ou le titane présentent ces caractéristiques, avec le cas échéant des traitements de surface adaptés pour éviter que leur surface extérieure soit mouillée par la brasure mise en oeuvre. Il est évident que la combinaison de matériaux utilisée doit permettre l'assemblage par brasure fort ou soudure. With reference to in FIG. 2, the lamp (1) passes through the thermode body (3) which is fixed on the central support (5). Two (9) side brackets hold the lamp and integrate the contacts for the power supply of the lamp. The thermocouple (8) is attached to the thermode body at near the active surface (4). Advantageously, the two parts of the thermode are made of different materials optimized for the role of each of the parts. The central portion is preferably made of a material having excellent thermal conductivity, such as copper or aluminum. The main role of the outer part is to ensure the stability of the assembly and must not be wettable by the solders used in the case of thermodes for soldering. Materials such as steel, stainless steels or titanium have these characteristics, with, where appropriate, surface treatments adapted to prevent their outer surface being wetted by the solder used. It is obvious that the combination of materials used should allow assembly by solder or solder.

L'aluminium est un cas particulièrement intéressant car il répond aux besoins des deux parties de la thermode de par ces propriétés mécaniques et thermiques et par la facilité de sa mise en #uvre. Il est donc le matériau de choix pour un corps de thermode monobloc. Aluminum is a particularly interesting case because it meets the needs of both parts of the thermode by these mechanical and thermal properties and by the ease of its implementation. It is therefore the material of choice for a monobloc thermode body.

Le dispositif selon l'invention est particulièrement destinéà la réalisation de connexions en microéléctronique par brasage ou collageà conductivité anisotrope.The device according to the invention is particularly intended to the realization of microelectronic connections by soldering or bonding to anisotropic conductivity.

Claims

CLAIMS 1. Device for simultaneously applying a pressure and a rise in temperature for the production of solders hollow metal body divided into two parts (2, 3) mounted on a thermal insulating support (5) to inside which are formed pipes (6) for a cooling fluid, whether it is heated by a light source or infrared (1) placed to inside the central part (2) and cooled by injection of the cooling fluid between the two parts of the metal body by nozzles (7), the junction between the central part (2) and the outer part (3) Where at the location (4) where pressure and temperature rise are applied to the pieces to join, and over the entire length of the device. 2. Device according to claim 1 characterized in that the visible or infrared light source is a halogen lamp type lighting or infrared short wave 3. Device according to claim 1 characterized in that the fluid used for cooling is air, nitrogen or carbon dioxide 4. Device according to claim 1, characterized in that the outer part (3) and the central part (2) of the metal body are joined by soldering or by soldering 5. Device according to claim 1 characterized in that the outer part (3) and the central part (2) of the metal body are made of two different materials, the central part being made of material to high thermal conductivity such as copper or aluminum, the outer part being made of material permitting to ensure sufficient mechanical stability such that e aluminum, steel, stainless steel or titanium 6. Device according to claim 1 characterized in that the outer portion (3) and the central part (2) of the metal body are manufactured in one piece in the form of a profile