FR2880687A1 - Dispositif de mesure de la mouillabilite d'une surface metallique par un produit metallique, typiquement un alliage de brasage - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de mesure (1) de la mouillabilité d'une surface métallique (20) d'un objet (2) par un produit métallique (3) comprend :a) une enceinte (4) ledit objet (2) et une portion (30) dudit produit métallique (3),b) un moyen de chauffage (11) dudit objet (2)c) un moyen pour obtenir dans ladite enceinte (4) une atmosphère gazeuse de composition prédéterminée,d) un moyen de dépôt pour déposer sur ladite surface métallique (20) dudit objet (2), une quantité, typiquement constante et prédéterminée, de ladite portion (30e) un moyen pour évaluer, typiquement par un examen visuel direct ou par calcul de la surface étalée mesurée au moyen d'un dispositif de reconnaissance d'image, la forme dudit ménisque (7), et typiquement l'angle theta dudit ménisque, et ainsi déterminer ainsi ladite mouillabilité de ladite surface métallique (20) par ledit produit métallique (3) à l'état liquide, ladite surface étant considérée comme mouillable si ledit angle theta est typiquement inférieur à 90 degree et non mouillable si ledit angle theta est typiquement supérieur à 90 degree .Avantages : dispositif simple et efficace pour le contrôle de qualité.
Description
DISPOSITIF DE MESURE DE LA MOUILLABILITE D'UNE SURFACE METALLIQUE PAR UN
PRODUIT METALLIQUE, TYPIQUEMENT UN ALLIAGE DE BRASAGE
DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine de la mesure de la mouillabilité d'un produit 10 métallique, typiquement un alliage de brasage, sur une surface métallique d'un objet métallique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On sait déjà que la mesure de la mouillabilité d'une surface solide par un liquide peut se ramener à une mesure d'angle 0 du ménisque formé par une fraction dudit liquide déposée sur ladite surface, comme illustré sur les figures la et lb, un angle 0 faible, typiquement inférieur à 60 , comme illustré sur la figure 1 a, correspondant à un "bon" mouillage, et un angle 0 élevé, typiquement supérieur à 90 , comme illustré sur la figure lb, correspondant à un "mauvais" mouillage.
Pour mesurer la mouillabilité d'un produit métallique fondu sur une surface métallique d'un objet, on connaît déjà un appareil appelé "Méniscographe" (R) optimisé pour l'utilisation d'alliages de brasage à base d'étain et commercialisé par la Société Metronelec.
Le principe de cet appareil a été rappelé sur les figures le à 3a.
Il consiste à plonger un objet métallique sous la forme d'une plaquette métallique dans un bain liquide du produit métallique fondu,, puis à le retirer, et à enregistrer la force axiale F exercée sur la plaquette en fonction du temps t. L'enregistrement de la courbe F = f(t) et le traitement des données conduit à la. détermination de l'angle O.
PROBLEMES POSES
La demanderesse a d'abord essayé d'utiliser le méniscographe pour évaluer la mouillabilité d'alliages de brasure sur des surfaces de bandes laminées en alliage de cuivre, afin de déterminer l'aptitude de ces bandes laminées à pouvoir servir de support pour la fixation de pièces, typiquement pour la fixation de transistors de puissance, et cela grâce à une brasure assurant une liaison solide entre le support et les transistors de puissance, cette liaison étant par ailleurs bonne conductrice de la chaleur.
Cette mesure de mouillabilité était destinée à contrôler la qualité des bandes laminées avant leur expédition chez un client réalisant notamment l'opération dite de "die-attach" consistant à fixer par brasage à l'aide d'un alliage à base de plomb des transistors comprenant des puces en silicium sur la bande laminée en alliage de cuivre.
Or, la demanderesse a constaté que la mesure d'angle 0 à l'aide d'un méniscographe ne permettait pas d'effectuer un contrôle de qualité satisfaisant, en ce sens que ce contrôle ne constituait pas un test discriminant, des bandes laminées présentant une excellente mouillabilité mesurée au méniscographe pouvant se trouver être défectueuses lors de l'opération de fixation dite de "die-attach".
La demanderesse a trouvé que ce problème pourrait avoir pour origine le fait que, dans le méniscographe, l'échantillon est plongé à froid dans le bain liquide qui possède une masse fortement supérieure à celle de l'échantillon, alors que, lors du "die-attach", une faible quantité d'alliage de brasage est déposé à froid sur le support préchauffé.
Convaincue que ce n'était pas le critère choisi, la mouillabilité, qui était à remettre en cause, mais plutôt le méniscographe comme appareil de mesure de la mouillabilité, la demanderesse a cherché à mettre au point un dispositif de mesure qui permette un réel contrôle de la qualité des bandes laminées et de leur aptitude à assurer une fixation de puces en silicium par brasage en simulant au plus près l'opération de "die-attach".
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Selon l'invention, le dispositif de mesure de la mouillabilité d'une surface métallique d'un objet par un produit métallique, typiquement un alliage de brasage, comprend: a) une enceinte, typiquement confinée, apte à contenir ledit objet présentant ladite surface métallique et une portion dudit produit métallique, b) un moyen de chauffage à faible inertie thermique dudit objet à une température prédéterminée, au moins égale à la température de fusion dudit produit métallique, c) un moyen pour obtenir dans ladite enceinte une atmosphère gazeuse de composition 1 o prédéterminée, d) un moyen de dépôt pour déposer sur ladite surface métallique dudit objet, typiquement par fusion dudit produit métallique, une quantité, typiquement constante et prédéterminée, de ladite portion, ladite température prédéterminée dudit objet étant choisie de manière à ce que ladite quantité prédéterminée de ladite portion soit à l'état liquide une fois déposée sur ladite portion, formant ainsi un ménisque liquide, e) un moyen pour évaluer, typiquement par un examen visuel direct ou par calcul de la surface étalée mesurée au moyen d'un dispositif de reconnaissance d'image, la forme dudit ménisque, et typiquement l'angle 0 dudit ménisque, et ainsi déterminer ainsi ladite mouillabilité de ladite surface métallique par ledit produit métallique à l'état liquide, ladite surface étant considérée comme mouillable si ledit angle 0 est typiquement inférieur à 90 et non mouillable si ledit angle 0 est typiquement supérieur à 90 .
La demanderesse a eu la surprise de constater que ce dispositif permettait, de manière fiable et reproductible, une moyen simple pour évaluer la mouillabilité, et pour former un ménisque d'angle 0 totalement en accord avec les résultats obtenus lors de l'opération dite de "dieattach" : tous les lots de bandes laminées qui présentaient une bonne mouillabilité (angle 0 < 60 ) ont été trouvés bons en ce sens que la brasure utilisée a permis une fixation solide des transistors de puissance sur la bande laminée.
Il a été également vérifié qu'un lot de bande laminée présentant une mauvaise mouillabilité (angle 0 > 90 ) conduisait à l'apparition de défauts de fixation des transistors.
DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures 1 a et lb sont des vues en coupe, selon un plan vertical, d'un ménisque liquide sur un support solide, les forces de tension superficielle ysv à l'interface solide-vapeur, yLv à l'interface liquide-vapeur, et ysL à l'interface solide-liquide, ayant été représentées par des flèches, l'angle 0 de mouillage étant l'angle formé par les deux forces yLv et ysL.
La figure 1 a correspond à un "bon" mouillage du support solide par un liquide, l'angle 0 faisant environ 50 .
La figure lb correspond à un "mauvais" mouillage du support solide par un liquide, l'angle 0 faisant environ 150 .
Les figures 1c à 2d sont relatives à une mesure d'angle de mouillage 0 à l'aide d'un méniscographe selon l'art antérieur.
La figure 1c est une vue en coupe, selon un plan vertical, d'une étape de la mesure correspondant à l'étape d de la figure 2a, dans laquelle la plaquette échantillon (2, 2') est sortie du bain liquide (3") du produit métallique (3), sous l'action d'une force axiale F, ledit liquide se raccordant à ladite plaquette avec un angle formé par les forces de tension superficielle yLv et ysL.
La figure 2a représente une succession de six positions axiales typiques de la plaquette échantillon par rapport au bain liquide, au cours de son déplacement axial variable au 25 cours du temps sous l'action de la force axiale F. Ces six positions ont été notées de a à f.
La figure 2b représente un diagramme portant la courbe F= f(t) correspondante, F et t étant respectivement l'ordonnée et l'abscisse de la courbe, les lettres a à f présentes sur la courbe étant relatives aux six positions correspondantes notées a à f de la figure 2a.
Sur cette figure, une ligne horizontale en pointillés représente la ligne de poussée d'Archimède.
La figure 2c représente les paramètres mesurés automatiquement à partir de la courbe de la figure 2b: les forces Fw et Fb, ainsi que les temps t90 et tW, et l'angle q).
La figure 2d représente une courbe obtenue par conversion des données de la figure 2a et 2b donnant un angle 0 en ordonnée (en ) en fonction du temps t en abscisse (en secondes), la valeur d'angle 0 à considérer (30 environ) étant celle correspondant au temps t, de la figure 2c, c'est-à-dire à l'abscisse du point "d" de la figure 2b qui correspond au début de la position "d" de la figure 2a, temps t marqué par une ligne verticale en pointillés.
fo La figure 3 est une vue schématique, en coupe dans un plan vertical, du dispositif (1) selon l'invention.
Le moyen de chauffage est un four à lampes (110, 110') à faible inertie thermique.
Les figures 4a à 4d sont des vues schématiques partielles, dans un plan vertical, du dispositif (1) de la figure 3, qui illustrent une modalité du dispositif (1) et différentes étapes de son fonctionnement.
La figure 4a représente l'état initial du dispositif (1), l'objet à tester (2) étant sous la forme d'une plaquette métallique (2') déposée sur un support inférieur (50) placé au sommet d'une tige métallique (51) formant un élément d'un thermocouple de manière à connaître la température de l'objet à tester (2). Le produit métallique (3) se présente sous la forme d'un fil métallique (3') qui est guidé en passant l'intérieur d'un tube ou support tubulaire axial (62), avec une portion de fil libre (30, 30') dépassant à la partie inférieure du support tubulaire axial (62) et de longueur LF.
On a représenté un cadran d'un ampèremètre (14) ou d'un ohmmètre ou conductimètre relié, par un trait en pointillés symbolisant des fils électriques, au fil métallique (3') et à la tige métallique (51), de manière à détecter un contact entre le fil métallique (3') et la plaquette métallique (2 , l'aiguille du cadran orientée à gauche signifiant une absence de courant, et une aiguille orientée à droite signifiant un passage de courant.
La figure 4b, analogue à la figure 4a, représente le déplacement axial vers le haut de la plaquette métallique (2') jusqu'à ce que la plaquette métallique (2') touche l'extrémité du fil métallique (3'), de sorte qu'un passage de courant est détecté.
La montée et la descente de la tige (51) se fait à l'aide d'un moteur électrique permettant un asservissement de la course de la plaquette (2').
La figure 4c, analogue à la figure 4b, montre la formation du ménisque (7) sur la plaquette métallique (2'), suite à la fusion de tout ou partie de la portion de fil libre (30, 30'), de sorte qu'il n'y a plus de passage de courant.
La figure 4d, analogue à la figure 4c, représente le déplacement axial vers le bas de la plaquette métallique (2') portant le ménisque (7) en vue notamment de changer de plaquette et éventuellement d'évaluer la forme du ménisque, si cela n'a pas été déjà fait. Les figures 4e et 4f sont des illustrations de ménisques (7), la figure 4e correspondant au to cas d'un "bon" mouillage de la plaquette mélallique (2') par le produit métallique (3), l'angle 0 du ménisque étant inférieur à 60 , et la figure 4f correspondant au cas d'un "mauvais" mouillage de la plaquette métallique (2') par le produit métallique (3), l'angle 0 du ménisque étant supérieur à 90 .
Sur chacune de ces figures, la partie haute est une vue en coupe par un plan vertical et la partie basse est une vue de dessus.
Les figures 5a à 5d sont analogues aux figures 4a à 4d sans les moyens de chauffage (11) qui n'ont pas été représentés, et décrivent une variante de mise en oeuvre dans laquelle il y a un premier déplacement axial vers le haut de la plaquette métallique (2') jusqu'à ce que la plaquette métallique (2') touche l'extrémité du fil métallique (3'), de sorte qu'un passage de courant est détecté, premier déplacement représenté sur la figure 5b, puis un déplacement complémentaire pli vers le haut durant lequel la plaquette métallique (2') touche l'extrémité du fil métallique (3'), la fusion du fil métallique (3') qui conduit à la formation du ménisque (7) interrompant le contact électrique entre la plaquette métallique (2') ou le ménisque (7) et l'extrémité inférieure du fil métallique (3'), comme représenté sur la figure 5c.
Les figures 5e et 5f sont des diagrammes qui indiquent en ordonnée, respectivement la position axiale ou hauteur HI du support inférieur (50) , et le courant I mesuré par l'ampèremètre (14), le temps t étant porté en abscisse.
ou portant encourant.
Sur la figure 5e, les durées ta, tb, tc et td correspondent respectivement aux étapes représentées sur les figures 5a, 5b, 5c et 5d.
Les figures 6a à 6d sont analogues aux figures 4a à 4d sans les moyens de chauffage (11) qui n'ont pas été représentés, et décrivent une autre variante de mise en oeuvre dans laquelle, une fois que la plaquette métallique (2') a touché l'extrémité du fil métallique (3'), de sorte qu'un passage de courant est détecté, le support inférieur (50) est immobilisé, comme illustré sur les figures 6b et 6c, et dans laquelle c'est le support supérieur (61) ou le fil métallique lui-même (3') qui est déplacé vers le bas ou qui est soumis à un mouvement alternatif vers le bas puis vers le haut, comme illustré sur la figure 6c.
Les figures 6e et 6f correspondent à la figure 4a, mais avec une disposition du tube (4') non plus verticale comme dans la figure 4a, mais horizontale.
Sur la figure 6e, le support inférieur (50) fait un angle de 45 avec la tige axiale (51), alors qu'il fait un angle de 90 sur la figure 6f.
La figure 7 est une représentation schématique du dispositif (1), analogue à celle de la figure 3, comprenant un moyen de commande automatique (8) du dispositif.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Selon l'invention, et comme illustré notamment sur les figures 3 et 7, ladite enceinte (4) peut être un tube (4'), typiquement cylindrique, présentant une direction axiale (10), formé en un matériau transparent, typiquement en verre ou en silice ou quartz, de manière à pouvoir observer, typiquement visuellement ou à l'aide d'une caméra, ledit ménisque (7) à l'état liquide ou solide.
Ledit objet (2, 2') peut être placé sur ou solidarisé à un support inférieur (50), typiquement métallique, ledit support inférieur (50) formant ou comprenant un moyen de mesure de la température dudit objet (2, 2') et de sa surface métallique, ledit moyen de mesure comprenant par exemple un thermocouple (54).
Ledit objet est placé sur un support inférieur (50) quand ledit tube (4') est orienté selon une direction axiale (10) verticale, et il peut être solidarisé à un support (50) quand le tube (4') est orienté selon une direction axiale (10) non verticale, et typiquement horizontale.
Comme illustré notamment sur les figures 3 et 7, ledit tube (4') peut être un tube disposé verticalement selon ladite direction axiale (10) , ledit tube formant un tube cylindrique de longueur L et de diamètre D, avec L allant typiquement de 500 mm à 1500 mm et D allant typiquement de 50 mm à 200 mm, avec un facteur L/D typiquement supérieur à 10.
Comme illustré sur les figures 6e et 6f, ledit tube (4') peut être un tube disposé horizontalement selon ladite direction axiale (10), ledit tube (4') formant un tube cylindrique de longueur L et de diamètre D, avec L allant typiquement de 500 mm à 1500 mm et D allant typiquement de 50 mm à 200 mm, avec un facteur L/D typiquement supérieur à 10.
Généralement, ledit tube (4') peut comprendre à sa partie inférieure une ouverture inférieure ou un fond doté d'une ouverture inférieure (40).
Ledit support inférieur (50) peut comprendre une tige axiale (51), ladite tige (51) ayant une section typiquement adaptée à celle de ladite ouverture inférieure (40), de manière à ce que ladite tige (51) soit typiquement apte à coulisser dans ladite ouverture inférieure (40) selon un déplacement axial dit inférieur.
Comme illustré sur la figure 7, un moyen de déplacement (52) dit inférieur dudit support inférieur (50) peut coopérer typiquement avec ladite tige (51), de manière à pouvoir réaliser ledit déplacement axial, vers le haut ou vers le bas, dudit support inférieur (50).
Ledit objet (2) peut être une plaquette métallique (2') à surface supérieure plane (20'), ladite plaquette (2') présentant une épaisseur allant de 0,3 mm à 1,5 mm et une surface allant de 0,5 cm2 à 5 cm2 et de préférence de 1 cm2 à 3 cm2.
Ledit support inférieur (50) peut comprendre un plateau (53), typiquement horizontal, de manière à ce que ledit objet (2, 2') puisse être placé sur ledit plateau (53).
Cependant, comme illustré sur les figures 6e et 6f, ledit support inférieur peut comprendre un plateau (53'), vertical, horizontal ou incliné, ledit plateau (53') formant ledit objet (2) sous forme de ladite plaquette métallique (2') comprenant une surface supérieure formant ladite surface métallique (20).
Généralement, ledit tube (4') peut comprendre à sa partie supérieure une ouverture supérieure ou une paroi supérieure dotée d'une ouverture supérieure (41).
Avantageusement, ledit produit métallique (3) peut être un fil métallique (3') typiquement solidarisé à un support supérieur (61).
Comme illustré par exemple sur les figures 4a à 4d, ledit support supérieur (61) peut être un support tubulaire axial (62), ledit fil métallique (3') étant apte à coulisser dans ledit support tubulaire axial (62), ledit fil métallique (3') ayant une section transversale légèrement inférieure à la section intérieure dudit support tubulaire axial (62).
Dans ce cas, ledit support supérieur (61) peut présenter typiquement une section extérieure adaptée à celle de ladite ouverture supérieure (41), de manière à ce que ledit support supérieur (61) ou ledit support tubulaire axial (62), si nécessaire, soit apte à coulisser dans ladite ouverture supérieure (41) selon un déplacement axial dit supérieur.
Comme illustré sur les figures 3 et 7, ladite enceinte (4) peut comprendre un orifice d'entrée (43) permettant une alimentation en gaz ayant ladite composition prédéterminée et un orifice de sortie (44) pour l'évacuation dudit gaz, afin d'assurer un balayage de ladite enceinte (4) par ledit gaz, ladite enceinte (4) restant à une pression constante, typiquement à la pression atmosphérique, de manière à former ledit moyen pour obtenir dans ladite enceinte une atmosphère gazeuse de composition prédéterminée.
Ladite atmosphère gazeuse peut être constituée par un mélange gazeux comprenant typiquement de l'azote et de l'hydrogène, avec un pourcentage molaire d'hydrogène dans le mélange allant de 1 % à 10 %, et de préférence de 2 % à 5 %.
Ledit moyen de chauffage (11) peut comprendre typiquement une pluralité d'éléments chauffants (110) à faible inertie thermique extérieurs à ladite enceinte (4), permettant d'assurer un chauffage et surtout un refroidissement rapide de la plaquette. Le moyen de chauffage comprend donc typiquement une pluralité de lampes axiales (110') entourant ladite enceinte (4), de manière à ce qu'une partie de ladite enceinte, typiquement une partie centrale (46) de ladite enceinte d'une longueur axiale Lc < L, soit une partie dite "chaude", ladite partie chaude étant la partie de ladite enceinte comprenant ladite portion de ladite surface destinée à être portée au moins à ladite température de fusion dudit produit métallique.
Comme illustré sur les figures 3 et 7, ladite enceinte (4) peut comprendre une partie supérieure (45) dite "froide", typiquement une partie supérieure de ladite enceinte d'une longueur axiale LsF < L, avec LSF allant de 100 mm à 500 mm, dans laquelle se trouve tout ou partie dudit produit métallique (3, 3') à l'état solide.
Ladite enceinte (4) peut comprendre une partie inférieure (47) dite "froide", typiquement une partie inférieure de ladite enceinte d'une longueur axiale LIF < L, avec LSF allant de 100 mm à 500 mm, dans laquelle se trouve une partie inférieure dudit support inférieur (50).
Comme illustré sur la figure 7, ledit moyen de dépôt pour déposer sur ladite surface dudit objet (2, 2') une quantité prédéterminée dudit produit métallique (3) ou de ladite portion (30) peut comprendre un moyen de mise en oeuvre (6) dudit produit métallique (3) ou dudit fil métallique (3'), et typiquement un moyen de déplacement supérieur (63) dudit fil métallique (3').
Comme illustré notamment sur les figures 4a à 4d, ladite portion (30) peut être formée par une longueur prédéterminée LF dudit fil métallique (3').
Ladite longueur prédéterminée LF peut être une longueur de fil métallique libre sortant dudit support tubulaire axial (62), afin de former ladite portion (30), ladite longueur de fil métallique libre étant localisée dans ladite partie supérieure froide (45) de ladite enceinte (4) , ledit moyen de déplacement supérieur (63) dudit fil métallique (3') permettant de déplacer axialement, par exemple pas à pas, ledit fil de ladite longueur prédéterminée LF et/ou de déplacer ledit support tubulaire axial (62) comprenant à son extrémité ladite longueur de fil libre (30').
Comme illustré sur les figures 4a à 4d, 5a à 5d et 6a à 6d, ledit moyen de déplacement inférieur asservi (52) peut permettre un déplacement axial relatif dudit objet (2, 2') par rapport à ladite portion (30, 30') dudit fil métallique (3'), de manière à établir un contact entre ledit objet (2, 2') et ladite portion (30, 30'), ledit contact conduisant à une fusion de ladite portion (30, 30') ou d'une quantité prédéterminée dudit produit métallique (3) en contact avec ledit objet (2, 2'), ledit objet (2, 2') étant porté à ladite température prédéterminée.
Comme le déplacement de la tige (51) et de la plaquette (2', 20) peut être asservi à l'aide d'un moteur électrique, il suffit de faire monter, à partir de cet instant, la tige (51) durant un laps de temps avec une vitesse prédéterminée pour fondre une quantité bien définie du fil de brasage.
Comme illustré sur les figures 5a à 5d, ledit moyen de déplacement inférieur (52) peut assurer un déplacement séquentiel avec une première étape destinée à établir ledit contact, puis une seconde étape correspondant à un déplacement sur une hauteur prédéterminée typiquement égale à LF.
Selon l'invention, un circuit électrique peut être utilisé pour définir le moment précis de 25 la mise en contact du fil métallique (3, 3') et de l'objet (2, 2').
Généralement, ledit déplacement axial relatif peut comprendre un déplacement axial dudit objet (2, 2') de ladite zone centrale "chaude" (46) vers ladite zone supérieure "froide" (45).
Cependant, selon une variante de l'invention non représentée sur une figure, le moyen de mise en oeuvre (6) peut comprendre une cisaille qui coupe une longueur prédéterminée de fil (3'), le segment de fil ainsi obtenu tombant sur la surface métallique (20) portée à une température suffisante pour fondre le segment de fil.
Comme illustré sur la figure 7, un moyen de commande (8) peut coordonner une 5 séquence d'opérations élémentaires permettant la mise en oeuvre des différents moyens nécessaires à l'invention.
Un autre objet de l'invention est constitué par l'utilisation du dispositif selon l'invention pour le contrôle de la mouillabilité de la surface métallique (20) dudit objet (2, 2'), ledit objet (2, 2') étant un produit laminé à base de cuivre typiquement destiné à servir de support de puces en silicium.
Un autre objet de l'invention est constitué par un procédé de mesure de la mouillabilité d'une surface métallique (20) d'un objet (2, 2') par un produit métallique (3), 15 typiquement un alliage de brasage, dans lequel: a) on porte ladite surface métallique (20) dudit objet (2, 2') à une température au moins égale à la température de fusion dudit produit métallique (3), b) on dépose sur ladite surface métallique (20) une quantité prédéterminée dudit produit métallique (3), de manière à former un ménisque (7) dudit produit métallique (3) par 20 fusion de ladite quantité prédéterminée dudit produit métallique (3), c) on évalue la forme dudit ménisque (7) et typiquement l'angle 9 dudit ménisque (7). Dans ce procédé, ladite quantité prédéterminée dudit produit métallique (3) peut être déposée sur ladite surface métallique (20) à l'aide du dispositif selon l'invention.
EXEMPLES DE REALISATION
Les figures 3 à 7 constituent des exemples de réalisation de dispositifs (1) selon l'invention.
AVANTAGES DE L'INVENTION L'invention permet de réaliser un dispositif simple, robuste et fiable permettant de déposer une quantité reproductible d'un produit métallique, typiquement sous forme d'un fil métallique, sur une plaquette métallique, afin d'évaluer ou de mesurer la mouillabilité de la plaquette métallique par le produit métallique fondu.
La demanderesse a pu constater que ce dispositif permettait de déposer, de manière reproductible et fiable une même quantité de produit métallique (3), de sorte que le ménisque formé (7) correspondant toujours à une même masse, il suffisait de considérer visuellement la surface du ménisque (7) projetée sur la surface métallique (20), comme on peut le voir sur les figures 4e et 4f, pour savoir si la mouillabilité de la plaquette métallique testée (2') était bonne ou mauvaise, et cela sans avoir à mesurer avec précision un angle 0.
La demanderesse a pu observer que, contrairement au dispositif classique, ce dispositif était totalement discriminant comme moyen de contrôle, en ce qui concerne la mouillabilité, de la qualité de produits laminés à base de cuivre destinés à servir de support pour des transistors de puissance.
LISTE DES REPERES
Dispositif de mesure 1 Direction axiale 10 Moyen de chauffage de 1 11 Pluralité d'éléments chauffants 110 Lampes axiales 110' Ampèremètre 12 Objet à tester 2 Plaquette métallique 2' Surface métallique 20 Surface supérieure plane 20' Produit métallique 3 Fil métallique 3' Produit métallique liquide 3" Portion de 3 30 Longueur de fil libre 30' Enceinte de 1 4 Tube 4' Ouverture inférieure ou fond 40 Ouverture supérieure ou voûte 41 Paroi latérale 42 Orifice d'entrée 43 Orifice de sortie 44 Partie supérieure "froide" 45 1 o Partie centrale "chaude" 46 Partie inférieure "froide" 47 Trappe inférieure 48 Moyen de mise en oeuvre de 2 5 Support inférieur 50 Tige axiale 51 Moyen de déplacement inférieur de 2 52 Plateau de 50 53, 53' Thermocouple 54 Moyen de mise en oeuvre de 3 6 Support supérieur 61 Support tubulaire axial 62 Moyen de déplacement supérieur de 3 63 Ménisque 7 Moyen de commande (automatique) 8
Claims (31)
1. Dispositif de mesure (1) de la mouillabilité d'une surface métallique (20) d'un objet (2) par un produit métallique (3), typiquement un alliage de brasage, comprenant: a) une enceinte (4), typiquement confinée, apte à contenir ledit objet (2) présentant ladite surface métallique (20) et une portion (30) dudit produit métallique (3), b) un moyen de chauffage à faible inertie thermique (11) dudit objet (2) à une température prédéterminée, au moins égale à la température de fusion dudit produit métallique (3), l0 c) un moyen pour obtenir dans ladite enceinte (4) une atmosphère gazeuse de composition prédéterminée, d) un moyen de dépôt pour déposer sur ladite surface métallique (20) dudit objet (2), typiquement par fusion dudit produit métallique (3), une quantité, typiquement constante et prédéterminée, de ladite portion (30), ladite température prédéterminée dudit objet (2) étant choisie de manière à ce que ladite quantité prédéterminée de ladite portion (30) soit à l'état liquide une fois déposée sur ladite portion (30), formant ainsi un ménisque liquide (7), e) un moyen pour évaluer, typiquement par un examen visuel direct ou par calcul de la surface étalée mesurée au moyen d'un dispositif de reconnaissance d'image, la forme dudit ménisque (7), et typiquement l'angle 9 dudit ménisque, et ainsi déterminer ainsi ladite mouillabilité de ladite surface métallique (20) par ledit produit métallique (3) à l'état liquide, ladite surface étant considérée comme mouillable si ledit angle 0 est typiquement inférieur à 90 et non mouillable si ledit angle 0 est typiquement supérieur à 90 .
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ladite enceinte (4) est un tube (4'), typiquement cylindrique, présentant une direction axiale (10), formé en un matériau transparent, typiquement en verre ou en silice ou quartz, de manière à pouvoir observer, typiquement visuellement ou à l'aide d'une caméra, ledit ménisque (7) à l'état liquide ou solide.
3. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel ledit objet (2, 2') est placé sur ou solidarisé à un support inférieur (50), typiquement métallique, ledit support inférieur (50) formant ou comprenant un moyen de mesure de la température dudit objet (2, 2') et de sa surface métallique, ledit moyen de mesure comprenant par exemple un thermocouple (54).
4. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 3 dans lequel ledit tube (4') est un tube disposé verticalement selon ladite direction axiale (10), ledit tube formant un tube cylindrique de longueur L et de diamètre D, avec L allant typiquement de 500 mm à 1500 mm et D allant typiquement de 50 mm à 200 mm, avec un facteur L/D typiquement supérieur à 10.
5. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 3 dans lequel ledit tube (4') est un tube disposé horizontalement selon ladite direction axiale (10), ledit tube (4') formant un tube cylindrique de longueur L et de diamètre D, avec L allant typiquement de 500 mm à 1500 mm et D allant typiquement de 50 mm à 200 mm, avec un facteur L/D typiquement supérieur à 10.
6. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 5 dans lequel ledit tube (4') 20 comprend à sa partie inférieure une ouverture inférieure ou un fond doté d'une ouverture inférieure (40).
7. Dispositif selon une quelconque des revendications 3 à 6 dans lequel ledit support inférieur (50) comprend une tige axiale (51), ladite tige (51) ayant une section typiquement adaptée à celle de ladite ouverture inférieure (40), de manière à ce que ladite tige (51) soit typiquement apte à coulisser dans ladite ouverture inférieure (40) selon un déplacement axial dit inférieur.
8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel un moyen de 30 déplacement (52) dit inférieur dudit support inférieur (50), coopère typiquement avec ladite tige (51), de manière à pouvoir réaliser ledit déplacement axial, vers le haut ou vers le bas, dudit support inférieur (50).
9. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel ledit objet (2) est une plaquette métallique (2') à surface supérieure plane (20'), ladite plaquette (2') présentant une épaisseur allant de 0,3 mm à 1,5 mm et une surface allant de 0,5 cm2 à 5 cmZ et de préférence de 1 cmZ à 3 cmZ.
10. Dispositif selon une quelconque des revendications 3 à 9 dans lequel ledit support 10 inférieur (50) comprend un plateau (53), typiquement horizontal, de manière à ce que ledit objet (2, 2') puisse être placé sur ledit plateau (53).
11. Dispositif selon une quelconque des revendications 3 à 9 dans lequel ledit support inférieur comprend un plateau (53'), vertical, horizontal ou incliné, ledit plateau (53') formant ledit objet (2) sous forme de ladite plaquette métallique (2') comprenant une surface supérieure formant ladite surface métallique (20).
12. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 11 dans lequel ledit tube (4') comprend à sa partie supérieure une ouverture supérieure ou une paroi supérieure dotée d'une ouverture supérieure (41).
13. Dispositif selon une quelconque des revendication 1 à 12 dans lequel ledit produit métallique (3) est un fil métallique (3') typiquement solidarisé à un support supérieur (61).
14. Dispositif selon la revendication 13 dans lequel ledit support supérieur (61) est un support tubulaire axial (62), ledit fil métallique (3') étant apte à coulisser dans ledit support tubulaire axial (62), ledit fil métallique (3') ayant une section transversale légèrement inférieure à la section intérieure dudit support tubulaire axial (62).
15. Dispositif selon une quelconque des revendications 12 à 14 dans lequel ledit support supérieur (61) présente typiquement une section extérieure adaptée à celle de ladite ouverture supérieure (41), de manière à ce que ledit support supérieur (61) ou ledit support tubulaire axial (62), si nécessaire, soit apte à coulisser dans ladite ouverture supérieure (41) selon un déplacement axial dit supérieur.
16. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 15 dans lequel ladite enceinte (4) comprend un orifice d'entrée (43) permettant une alimentation en gaz ayant ladite composition prédéterminée et un orifice de sortie (44) pour l'évacuation dudit gaz, afin d'assurer un balayage de ladite enceinte (4) par ledit gaz, ladite enceinte (4) restant à une pression constante, typiquement à la pression atmosphérique, de manière à former ledit moyen pour obtenir dans ladite enceinte une atmosphère gazeuse de composition prédéterminée.
17. Dispositif selon la revendication 16 dans lequel ladite atmosphère gazeuse est constituée par un mélange gazeux comprenant typiquement de l'azote et de l'hydrogène, avec un pourcentage molaire d'hydrogène dans le mélange allant de 1 % à 10 %, et de préférence de 2 % à 5 %.
18. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 17 dans lequel ledit moyen de chauffage (11) comprend typiquement une pluralité d'éléments chauffants (110) extérieurs à ladite enceinte (4), typiquement une pluralité de lampes axiales (110') entourant ladite enceinte (4), de manière à ce qu'une partie de ladite enceinte, typiquement une partie centrale (46) de ladite enceinte d'une longueur axiale Lc < L, soit une partie dite "chaude", ladite partie chaude étant la partie de ladite enceinte comprenant ladite portion de ladite surface destinée à être portée au moins à ladite température de fusion dudit produit métallique.
19. Dispositif selon la revendication 18 dans lequel ladite enceinte (4) comprend une 30 partie supérieure (45) dite "froide", typiquement une partie supérieure de ladite enceinte d'une longueur axiale LsF < L, avec LsF allant de 100 mm à 500 mm, dans laquelle se trouve tout ou partie dudit produit métallique (3, 3') à l'état solide.
20. Dispositif selon une quelconque des revendications 18 à 19 dans lequel ladite enceinte (4) comprend une partie inférieure (47) dite "froide", typiquement une partie inférieure de ladite enceinte d'une longueur axiale LIF < L, avec LSF allant de 100 mm à 500 mm, dans laquelle se trouve une partie inférieure dudit support inférieur (50).
21. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 20 dans lequel ledit moyen to de dépôt pour déposer sur ladite surface dudit objet (2, 2') une quantité prédéterminée dudit produit métallique (3) ou de ladite portion (30) comprend un moyen de mise en oeuvre (6) dudit produit métallique (3) ou dudit fil métallique (3'), et typiquement un moyen de déplacement supérieur (63) dudit fil métallique (3').
22. Dispositif selon une quelconque des revendications 13 à 21 dans lequel ladite portion (30) est formée par une longueur prédéterminée LF dudit fil métallique (3').
23. Dispositif selon la revendication 22 dans lequel ladite longueur prédéterminée LF est une longueur de fil métallique libre sortant dudit support tubulaire axial (62), afin de former ladite portion (30), ladite longueur de fil métallique libre étant localisée dans ladite partie supérieure froide (45) de ladite enceinte (4), ledit moyen de déplacement supérieur (63) dudit fil métallique (3') permettant de déplacer axialement, par exemple pas à pas, ledit fil de ladite longueur prédéterminée LF et/ou de déplacer ledit support tubulaire axial (62) comprenant à son extrémité ladite longueur de fil libre (30').
24. Dispositif selon une quelconque des revendications 8 à 23 dans lequel ledit moyen de déplacement inférieur asservi (52) permet un déplacement axial relatif dudit objet (2, 2') par rapport à ladite portion (30, 30') dudit fil métallique (3'), de manière à établir un contact entre ledit objet (2, 2') et ladite portion (30, 30'), ledit contact conduisant à une 3o fusion de ladite portion (30, 30') ou d'une quantité prédéterminée dudit produit métallique (3) en contact avec ledit objet (2, 2'), ledit objet (2, 2') étant porté à ladite température prédéterminée.
25. Dispositif selon la revendication 24 dans lequel ledit moyen de déplacement inférieur (52) assure un déplacement séquentiel avec une première étape destinée à établir ledit contact, puis une seconde étape correspondant à un déplacement sur une hauteur prédéterminée typiquement égale à LF.
26. Dispositif selon une quelconque des revendications 24 à 25 dans lequel un circuit 1 o électrique est utilisé pour définir le moment précis de la mise en contact du fil métallique (3, 3') et de l'objet (2, 2').
27. Dispositif selon une quelconque des revendications 24 à 26 dans lequel ledit déplacement axial relatif comprend un déplacement axial dudit objet (2, 2') de ladite 15 zone centrale "chaude" (46) vers ladite zone supérieure "froide" (45).
28. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 27 dans lequel un moyen de commande (8) coordonne une séquence d'opérations élémentaires permettant la mise en oeuvre des différents moyens nécessaires à l'invention.
29. Utilisation du dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 28 pour le contrôle de la mouillabilité de la surface métallique (20) dudit objet (2, 2'), ledit objet (2, 2') étant un produit laminé à base de cuivre typiquement destiné à servir de support de puces en silicium.
30. Procédé de mesure de la mouillabilité d'une surface métallique (20) d'un objet (2, 2') par un produit métallique (3), typiquement un alliage de brasage, dans lequel: a) on porte ladite surface métallique (20) dudit objet (2, 2') à une température au moins égale à la température de fusion dudit produit métallique (3), b) on dépose sur ladite surface métallique (20) une quantité prédéterminée dudit produit métallique (3), de manière à former un ménisque (7) dudit produit métallique (3) par fusion de ladite quantité prédéterminée dudit produit métallique (3), c) on évalue la forme dudit ménisque (7) et typiquement l'angle 0 dudit ménisque (7).
31. Procédé selon la revendication 30 dans lequel ladite quantité prédéterminée dudit produit métallique (3) est déposée sur ladite surface métallique (20) à l'aide du dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 2'7.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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