Niveau 2 Assemblage M1 H1PS8011 2013 Debeda

MICROASSEMBLAGE PACKAGING

M1,UEH1PS8011techno

HlneDebdaMaitredeConfrencesUFRBordeaux1/LaboratoireIMS

1

A.Introduction

Microassemblage A.Introduction

Dfinition:

Packaging = Le packaging en lectronique est lart et la science dtablirles interconnexions et lenvironnement permettant des circuits prdominance lectronique de traiter ou de stocker linformation

Techniques de lingnieur, Packaging des circuits intgrs

2

A.IntroductionDfinitions:Niveaux de Packaging =

niveau 1 = liaison du circuit intgr ( puces ) son boitier ; prise en compte des exigences vacuationchaleur, propagation signal et protectionenvironnement

niveau 2 = liaison entre carte (circuit imprimle plus souvent) et boitiers ; cartes peut comporterdautres composants (connecteurs, condensateurs,voyants)

niveau 3 = ralis autour dun fond de panierrecevant plusieurs cartes et pouvant possder certainesfonctions collectives (alimentation, ventilation)

niveau 4 aussi appel macropackaging =ralise une machine lectronique complte ; ilcomporte toutes les liaisons de lquipement verslextrieur

Techniques de lingnieur, Packaging des circuits intgrs


A.Introduction

Niveau1(puce/boitier)

Niveau2(boitier/carte)

Niveau3(carte/coffret)

Elmentsmisenjeu: puces boitiers supportdinterconnexion=carte

Procdsdassemblage

1

2

ET


5PARTIE I : MICROASSEMBLAGE Niveau 2

Boitiers sur carte

PARTIE II : MICROASSEMBLAGE Niveau 1

Puces dans boitier

A.Introduction


volutiondelatechnologieMINIATURISATION

Densification(puce, botier, carte)

diminution pas technologique+

augmentation nombre E/S

Botier

nombre connexions E/S

espace entre connexions

Carte

nombre couches

largeur lignes

espace entre lignes

A.Introduction


A.Introduction

7

Nombre de fonctions logiques par circuit intgr croissante

Exemple : En 2004 taille de grille de transistor = 0,09m (1000 fois plus fin quun cheveu), 200 millions de transistors par circuit logique Vers la nanolectronique

Taille rduite (rem : taille plots ne suivent pas la taille de la surface active)


volutiontechnologie:densificationpuces

A.Introduction

8

Nombre dentres/sorties


volutiontechnologie:densificationpuces

9A. Introduction

B. Botiers

C.Circuitimprim

D.Assemblage

PARTIE I : MICROASSEMBLAGE Niveau 2

Boitiers sur carte

Microassemblage B.Boitiers

B.Boitiers

10

B.Boitiers

Connexions :

Brochetraversante(composant

insr)

Montage ensurface(CMS)

1994 : dbut grand public

11Microassemblage B.Boitiers

B.BoitiersBroches (lead)


13

B.BoitiersSlection de boitiers CMS


SOICPLCC-68broches

Micro BGA

SOT23-5

VSOP (56broches) LQFP (80 broches)

PQFP (132 broches)QFN (28 connections)

CLCC-68broches

Type LongueurLLargeurl

Hauteur Hmin / max

Mtallisation Mmin / max

0402 1,00 0,50 0,500603 1,60 0,80 0,80

0805 2,00 1,25 0,6 ou 0,85 ou 1,25 0,25 / 0,75

1206 3,20 1,60 0,85 ou 1,15 ou 1,6 0,3 / 1,0

1210 3,20 2,501,15 ou 1,35 ou 1,8 ou 2,5

0,3 / 1,0

1812 4,50 3,20 2,0 max 0,3 / 1,02220 5,70 5,00 2,0 max 0,3 / 1,0

Dimensions des Chips (rsistances, capacits)

B.BoitiersDimensions boitiers CMS chips


Chip R

Chips inductors

B.BoitiersDimensions boitiers CMS chips


17

B.BoitiersDimensions boitiers CMS (empreintes)

mm


inch

18

B.BoitiersDimensions boitiers CMS(empreintes)


mm

nombredE/S nombredE/S:> problmesdalignement,deplanit> problmesdetest,

derparabilitdesconnexionssouslasurface

corpsdubotier plastique > faiblecot

cramique > bonnehermticitbonnevacuationchaleur

mtallique > bonnehermticit(niveau1ou2) trsbonnevacuationchaleur

typedeconnecteur traversant(PTH:PinThroughHole)

montensurface(CMSouSMT)

19

B.BoitiersCaractristiques


Evolutiongnrale: Detraversant/+deCMS

20

B.Boitiers


Detraversant/+deCMSmais

Avantages Composant insr

Avantages CMS

- meilleure tenue mcanique (cisaillement et traction) : > 20 kg (qqs kg pour CMS) - matriaux, automatisation matriss

- miniaturisation plus facile - report plat pas de perage montage sur 2 faces placement automatique plus simple -> diminution des dfauts de report - possibilit pas de sortie plus faible - auto-alignement la refusion

21Microassemblage B.Boitiers

B.Boitiers

1994 1996 1998 2000

Nombre dE/S

Pas (mm)

paisseur (mm)

Dimensions (mm)

256

1,5

2

25,52

360

1,27

1,7

25,52

484

1

1,6

232

625

0,6

1,4

162

TendancesdvolutiondesbotiersbillesBGA:BallGridArray(Pistes&Pastilles,n6,juin1996)

22

Evolutiongnrale:vers une densification maximum


B.Boitiers

Evolutiongnrale:miniaturisation Avantages Inconvnients

Mcanique - diminution masse, volume (composants plus petits, plus lgers, sur 2 faces)

- augmentation dissipation thermique par unit de volume

- trous mtalliss plus fragiles

lectrique - diminution longueurs diminution R sries, L parasites diminution T propagation augmentation vitesse, frquence - fiabilit (moins d'interfaces mcaniques)

- diminution largeurs augmentation R sries, C parasites diminution isolement interpiste

Industrialisation - diminution nombre composants et couches circuit imprim ( fonctionnalit gale)

- positionnement moins critique (autocentrage, pas de trous de fixations)

- nouvelles lignes de production - nouvelles technologies d'assemblage,

nouveaux matriaux, substrats - nouvelles rgles de conception

(empreintes, contraintes de dessin) - disponibilit - prix composants - pas de rfrence sur certains composants - diminution rparabilit - problme contrle d'entre (inspection

dtruit emballage)

Microassemblage B.Boitiers 23

B.Boitiers

B.Boitiers

24

CSP


Botiers BGA

Evolution

Vers du 3D . Exemple : POP (Package On Package)

Top

Bottom

B.Boitiers


Evolution

Conditionnementdescomposants

Magasin linaire


B.BoitiersEN VRAC

(rangement automatique par pot vibrant)Avantages :- simple, conomique- rserve importante

Inconvnients :- risque de mlange de composants non marqus- composants non protgs- position alatoire des composants polariss

EN MAGASIN

linaire, en barre, empilage, plaques alvolesInconvnients :- contenance faible- plus cher

Conditionnementdescomposants

Bande alvole pour composant CMS

Conditionnement en bandede condensateurs

cramiques radiaux

EN BANDE

Largeur normalise : 8, 12, 16 ou 24 mmRouleaux de 180 325 m

Avanta ges :- conditionnement normalis trs utilis(donc conomique), accept par la plupartdes machines dinsertion automatique- composants protgs- position et orientation prcises


B.Boitiers

ReportdescomposantssurcarteManuel

sous binoculaire, laide de prcellesou dune pipette aspirante100 400 composants par heure

Avantages :- simple

Inconvnients :- erreurs de positionnement- petites quantits

Automatique

Avantages :- 500 (report squentiel) plus de 100 000 (dpose collectiveavec magasins empilage)composants par heure

Inconvnients :- ncessite une machine de report- ralisation dun programme par circuit(position des composants sur le circuit,position magasins, conditionnements)


B.Boitiers

29

Reportdescomposantssansbrochessurcarte(QFN,flipchip)

B.Boitiers

(mm)

30


B.Boitiers

31


B.Boitiers

Connecteurs,adaptateurs

Support fixer sur un circuit imprim, prt recevoir un botier

Intrts :

Circuits de test de composants avant assemblage

Support sur circuit dfinitif

- vite contraintes thermiques pour le composant lassemblage (refusion)

- facilite le test et le remplacement du composant

autant de connecteurs que de types de botiers


B.Boitiers

Connecteursforcedinsertionnulle(ZIF)

Connecteur ZIFpour botier DIP

(Zero Insertion Force)

1. insertion aisedu composant

2. levier pour positionnerle composant

dans le connecteur


B.Boitiers

34

Fabriquants : CGS, Meggit Electronic Component, BI Technologies, Multicomp, Welwyn

Proprits de ces R : R : 10 15M Tolrance: 0,5 2% CTR : 50ppm 250ppm/C Puissance : 0,1 2W Tfonctionnement : -55C 125C Drive : 0,5% aprs 2000h

B.BoitiersExempledefabricationdechipsR


35

1. Alumine prdcoupe (laser) 2. Srigraphie terminaison Ag ou AgPd et cuisson 850C

3. Srigraphie R et cuisson 850C 4. Srigraphie overglaze n1 (couverte verre)et cuisson 600C



36

5. Ajustage laser (tenir compte drives R pendant cuissons ultrieures)

7. Sparation ranges

6. 2nd overglaze (rsistant aux acides)cuisson 600C


Microassemblage B Boitiers

37

9. Marquage chip de range

10. Nickelage lectrolytique et ventuellement tain lectrolytique

11. Chip individuel

8. Trempage range dans pte Ag pour contacts sur 2 faces et bords ; cuisson 600C



Structures multicouches (co-cuits)Poudre Prparation

de la pteBande

cramiqueImprssion

des lectrodes

EmpilementPressagePavsCuisson

etFrittage

Fixation des contactset application d'une couche

conductrice

B.BoitiersExempledefabricationdechipscondensateursC


P 200bars 10-20min, 70C 850-950C

(electrodes Ag) BaTi5O11 + additifs

feuilles ou rouleauxpaisseur 50-320m

(DuPont, ESL,Ferro, Heraeus)

B.BoitiersExempledefabricationdechipsC


Microassemblage C.Circuitimprim

C.Circuitimprim

40

Support dinterconnexion= ensemble de lignes conductrices isolesmatrialisant un schma de liaisons lectriques entre lments lectroniquesau sein dun mme sous ensemble. A aussi le rle de maintien mcanique deces lments lectroniques

Deux types de supports dinterconnexions :

- Organiques (conducteur= cuivre, isolant = verre-poxyde, verre-polyimide)

Circuit imprim classique en verre-poxyde

- Cramiques (conducteur = or, argent, palladium, isolant = alumine + verre)

Rserv aux circuits requrant grande fiabilit

41

Pays 1 9 9 5 ( %) pr v.2 0 0 0 ( %)U.S.A.JaponTaw anAl l emagneHong Kong / Chi neCor e du SudRoyaume UniSi ngapourI t al i eFr ance

7 1107 0101 8501 4951 460

974735621572495

27,327,0

7,15,75,63,72,82,42,01,9

9 0108 3303 1501 7402 5201 450

940970590500

26,324,3

9,25,17,34,22,72,51,71,5

Tot al TOP 1 0Tot al Monde

2 2 2 7 72 6 0 0 5

8 5 ,51 0 0

2 9 2 0 03 4 3 1 0

8 4 ,81 0 0

Applications 2000* % prv.2004*

TlcomsIndustrielInformatiqueMat. professionnelsElectromnager-outillageAutomobileAudio-vido

15,59,78,45,54,43,72,2

31,419,617,011,1

8,97,54,5

22,211,811,4

7,25,15,3

3Total 49,4 100 66

Top 10 des pays producteursde circuits imprims

(en millions de dollars)(IPC/TMRC, JPCA, N.T.Info)

Production lectronique par secteurs en France

(* en milliards deuros)(Dcision, juin 2001)

Marchducircuitimprim


C.Circuitimprim

Rles du substrat :- support mcanique

- isolant lectrique (diminuer les capacits parasites)

- adhrence pistes conductrices

- si possible bon conducteur de chaleur

-> rpartition homogne de la temprature

-> faciliter lvacuation de la chaleur

C.Circuitimprim


Matriaux?

Les premiers circuits imprims :

- pistes en cuivre sur support papier imprgn

- composants insrs dun ct, brasage de lautre ct (cuivre)

Aujourdhui, multicouche classique :

- pistes en cuivre

- support enverre + epoxy > moins cherverre + polyimide > CDT* en z plus faible

CDT* en x-y proche du cuivre

* CDT : Coefficient de Dilatation Thermique


C.CircuitimprimMatriaux?

Verre E / epoxy (FR-4)

Verre / polyimide

Alumine 96% (Al2O3)

Temprature de transition vitreuse (TG, C) 120 - 130 210 - 220 (275) Constante dilectrique (1 MHz) 4,0 - 5,5 4,0 - 5,0 9,4 Rsistivit surfacique () 1014 1014 Force de pelage du cuivre (kg/cm) 1,8 - 2,1 1,5 - 1,6 Absorption deau (24h lambiante, %) 0,3 0,15 - 0,4 Coefficient de dilatation thermique (ppm/C) en x,y (T < TG) en z (T < TG)

16 - 20 50 - 70

14 40

6,6

Conductivit thermique (W/m.K) 0,2 0,2 20 Cot relatif 1 5 1,3

partir de Microelecronics Packaging Handbook,dit par R. R. Tummala et E. J. RymaszewskiVan Nostrand Reinhold1989


C.CircuitimprimMatriaux?

Cu : CDT=16,5ppm/CSi : CDT= 2,6ppm/C

Dusimplefaceaumulticouche

45Microassemblage C.Circuitimprim

C.Circuitimprim

Exempledecircuitmulticouche

(vue en coupe)

46

C.Circuitimprim


E F G H I J K L MStandard 100 E+200 E+200 300 H+350 30 600 250 L+350High End 75 E+175 E+175 250 H+300 40 400 250 L+300

Aspect ratios E / J min L min K max L / KStandard 1.75 250 2000 8High End 1.25 250 2500 10

Minimum dimensions in micron


C.CircuitimprimStandards : matriaux, fabrication, taille

Standards:rglesdeconception=>classesClasse de conception selon le niveau de complexit : Faible cot, production de masse Standard industriel, classe 3 Industriel CMS, classe 4 March professionnel CMS haute densit, classe 5 March professionnel BGA, classe 6


C.Circuitimprim

Rglesdeconception


C.Circuitimprim

Rglesdeconception:classes


C.Circuitimprim

A.Fabricationsubstratorganique Prepreg B.Mtallisationcuivre= lamin C.Gravureducuivre= pistes


C.Circuitimprim

Ralisationcircuitimprimmonocouche

MonocoucheA.Fabricationsubstratorganique:Prepreg1.Imprgnation

dersine,souventadditionnedautresproduits(activateur,diluant,agentdemouillage,fireretardant)

dansuntissuenfibredeverre

2.Passagedelafibredeverreimprgnesurdesrouleaux>uniformiserlpaisseurdersine

3.Prpolymrisation>vaporerlessolvants,obtenirlamassemolculairevouluepourlarsine

prepreg

filmmanipulablecommercialis,stockenrouleauxouenfeuilles


C.Circuitimprim

+

Cu2+

Cu2+Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cuivre

Prepreg

Chaleur,Pression

1.Feuilledecuivreproduiteparlectrodptsurcathodeenrotation>1ctrugueux,1ctlisse

2.Mtallisationprepregprpolymris: uneouplusieursfeuillesdeprepreg, placagecuivre, ctrugueuxcontresubstrat(bonneadhsion), ctlisseextrieur(bonnersolutiondesmotifs)>ensemblepress(typ.18kg/cm2),chauffentredeuxplaquesdacierpoli(typ.175C,1h;monte descente47C/min)

lamin( laminate)

Remarque:sicuivrectsubstrattroplisse,attaquechimique(oxydationalcaline)ouabrasionmcaniquepourassurerunebonneadhrence.

MonocoucheB.Mtallisationcuivre lamin


C.Circuitimprim

1.Dptrsinephotosensible

2.InsolationUVtraversmasquecomportantlemotifreprsenter

3.Dveloppement

4.Gravurersinepositive:dissolutionpartiesinsolesrsinengative:dissolutionpartienoninsoles

5.Nettoyagedelarsinerestante

6.selonutilisation:multicouche >oxydation ducuivre>rugueuxfincircuit >protection

MasqueRsineCuivreSubst rat

U.V.

Monocouche C.Ralisation pistespargravureducuivre


C.Circuitimprim

Finition:protectiondespistescuivre

SnPb

Cu

AuNiCu

poxy

Vernispargne,vernissoudable

tamagetainplomb(SnPb) passageentredeuxrouleauxplongeantdansunbaindtainplombenfusion trempagedansunbaindtainplombenfusion,aveclasortielaminationdudeptparuncouteaudairchaud:techniquediteHAL,pourHotAirLevelling

Finitiontainchimique(Sn) trempagebaintide>dptSnfin(1m),rgulier,planproblmesdebrasabilit,stockage,pollutiondubainencuivre amlioration:coucheorganiqueintermdiaire

MtallisationNickelOr dptautocatalytique(electroless)denickel(35m)puisflashor(0,1m)

55

C.Circuitimprim


HAL Nickel-Or

- le plus rpandu(1995 : 70 % aux E.U., 40 % au Japon)- faible cot- paisseur du dpt plus importantesur les plots t roit s

SnPb

Cu

-> sur un dme :srigraphie de crme braser dlicate,t rop dalliage, glissement des broches- convient aux BGA (pas > 0,6 mm)car plots circulaires larges- cont ient du plomb

- bonne planit(1995 : 5 % aux E.U., 15 % au Japon)

- protge les bords du cuivre

- or mince (50 nm) car :1. cher2. est dissout dans la crme braser la refusion un excsdor rend la brasure cassante

(Protect ion Ni-Au pour un circuit hybride :protect ion or mince pour cblage fil Al1 1,5 m dor pour cblage fil Au)

56

Finition:protectiondespistescuivreC.Circuitimprim


RalisationclassiquecircuitmulticoucheDimensionstypiques:

substratpaisseur1,6mmpoursimpleoudoubleface(0,5 0,8 1 1,2 1,6 2 2,4 3,2mm)

100mpourmulticouche(50m1,9mm)

cuivre35m18m

lignes100mespacesde250m75m(Europe),35m(Japon)

viasmtallissencuivre0,25mm,pastilles0,5mmmicrovias75m,pastilles250m

1mmentrevias

tapes:

a.Fabricationsubstratorganique

b.Mtallisationcuivre

c.Ralisationdespistespargravureslectiveducuivre

d.Fabricationdesviasenterrs

e.Empilementplusieurscouches

f.Viasmtalliss

g.Test,protection


C.Circuitimprim

a.Imprgnation dersine(+fireretardant,activateur) dansuntissuenfibredeverre

>prepreg,filmmanipulablecommercialis,stockenrouleauxouenfeuilles

Mtallisation(feuilledecuivreproduiteparlectrodptsurcathodeenrotation)>ensemblepress,chauffentredeuxplaquesdacierpoli

58

Ralisationclassiquecircuitmulticouche


C.Circuitimprim

b.Gravureclassiquedesplansdepuissance(alimentation),ventuellementviasenterrs

59



C.Circuitimprim

c.d. Ralisation des couches de signal enterres,vias mtalliss

60



C.Circuitimprim

e.f.g.Ralisationdelacouchede signalextrieuretest,protection

61



C.Circuitimprim

Autres compositions rsines et fibres

C.CircuitimprimEvolution : lamin


63

Fibres de verre



Rsines : Epoxy multifonctionnel (High TG) Bismaleinimid-triazine : BT Cyanate Ester : CE Polyimide : PD PolyPhnylne Ether : PPE hyper 100 MHz-10 GHz Polybutadine styrne (+ charge cramique) hyper 100 MHz-10 GHz Polyttrafluorothylne : PTFE (tflon) hyper 40 GHz,

mais : 20 fois prix FR4, trous nettoys par plasma pour se laisser mtalliser

Evolution : Amlioration dissipation chaleur : Substrat MCM-L -> MCM-D cuivre-polyimide

C.Circuitimprim


Evolution:Microvias

Microvia par ablation laser

Coupe d un circuit microvias


C.Circuitimprim

Microvias : trous 75-100 m, pastilles 250 450 m-> haute densit de trous-> possibilit de placer directement botier billes

Ralisation : ablation laser (possibilit interconnexion multicouche), BuildUp Squentiel (SBU)

avec dilectrique photoimageable (PID), BuildUp Squentiel (SBU) avec ablation plasma

67

Exemple application MCM-L : modules RF en Radiotlphonie

Notes de 1 4 : 1 tant la moins bonne note

MCM-L (PCB haute densit)

MCM-C Cramique CCBT MCM-D ou Si ou Substrat Couches Minces

Nature des conducteurs Cu Ag ou Cu Al ou CuNature du dilectrique BT/poxy Vitro cramique Si, quartz ou alumine

Performances en RadioFrquences 1 4 4Compatibilit avec toutes les fonctions RF 2 3 2Difficult de conception (simulation 2D/3D) 4 2 4

Densit dinterconnexion 3 3 4Intgration des passifs Entre 1 et 2 3 4

Compatibilit avec lassemblage de puces nues 2 4 4Compatibilit avec lassemblage de CMS 4 3 1

Aptitude former un fond de botier 4 3 1Maturit des procds de fabrication 4 (sauf pour lintgration

des passifs)3 1

Importance de loffre 4 (sauf pour lintgration des passifs)

3 1

Principaux utilisateurs (liste non exhaustive) Alpha, Alps, Conexant, Motorola

CTS, Ericson, Hitachi, Kyocera, Lucent, Murata, NTK, Sorep-

Erulec

CMD, Intercia, Lucent

C.Circuitimprim


Microassemblage D.Assemblage

Principalestapes

1.Dptcrmebraser(ouflux+prforme),schage

2.Reportcomposant(aprsddoragedescomposantsfinitionor)possibilitstockagesousazote

3.Refusion(casparticulier:brasagelavague>dptdebrasureetrefusionsimultans)

4.Nettoyage

5.Test,vrification

68

D.Assemblage

69

Brasage

Soudage

Brasage!

Mtal 1 Mtal 2

Mtal dapport en fusion (brasure) (Tf < Tfmtal1 et Tfmtal2)

Mtal 1 Mtal 2

Mtaux 1 et 2 ports localement leur Tf

D.Assemblage


Report boitier CMS sur carte

Brasage par refusionBrasage la vague

D.Assemblage


Sectionfildebrasure

Crmebraser

Rlecrmebraser:Jointmcaniqueetlectriqueentrelecomposantetlesubstrat(idembrasureenfil)+maintienmcaniquedescomposantsavantrefusion

Constitution:

Poudredalliagesmtalliques=billes30150m

typique:SnPb37(183C),SnPb36Ag2 (85%delamassetotale)

sansplomb:SnAg4Cu0,5(217C),SnCu0,7(227C)

mixedansunvhiculeorganique,avec:

flux pournettoyerlessurfacesmettreencontact(plot,broche,brasure)etfaciliterlemouillage

solvants

agentthixotropepourlaviscosit71Microassemblage D.Assemblage

D.Assemblage

BillesdebrasureTaille : 30 150 m

plus gros > difficult de dpt par srigraphieplus fin > pourcentage doxydation plus grand (surface billes)poudre fine et/ou irrgulire > augmente la viscosit de la crme

(diminue ltalement)

Charge mtallique dans la crme braser : 85 92 % en masse (35 55 % en volume)

Pour avoir des billes sphriques de diamtre rgulier :poudre prpare partir de compositions varies,par atomisation de lalliage mtallique fondu par un jet de gaz inerte

D.Assemblage


Flux

Fonction : nettoyer chimiquement les surfaces mettre en contact (broche, plot)nettoyer les billes de brasuremaintenir propres ces surfaces pendant la refusion

> continuit mtallique linterface, coalescence des billes,et vacuation du flux vers lextrieur du joint (nettoyage ultrieur)

Composition : colophane (rsine naturelle des pins) = flux primaire+ activateur pour amliorer laction du flux (dcapage, mouillage)

en lectronique :flux type R (pour Rosin), ou RMA (pour Middly Activated Rosin)

D.Assemblage


Alliages Tf (C) Avantages Inconvnients

Sn-20In-2.8Ag 178-189 Point de fusion proche de Sn-37Pb Disponibilit de lInCot trs lev

Sn-Zn8-Bi3 190-195Point de fusion

Rduction lgre de la corrosion de Zn par Bi

Sn-(2-3,5)Ag-(1-7,5)Bi 205-220Point de fusion

Excellente mouillabilitBonne rsistance mcanique

Disponibilit du BiCot lev

Sn-(3-4,7)Ag-(0,5-1,7)Cu 215-219Disponibilit

Bonne mouillabilit Bonne rsistance mcanique et en

fatigue thermo-mcanique

Formation de composs CuSnQuelques brevets

Cot lev

Sn-25Ag-10Sb 260-300 Trs fragileCot trs lev

Sn-5,5Zn-4,5In-3,5Bi 181-188 Point de fusion Problme de corrosion et de rsidus dus au Zn

Sn-Ag-Bi-Zn 203-214 Cot trs lev

Sn-Ag-Bi-Cu 198-215 Point de fusion < celui de SnAgCu Formation de leutectique SnAgBi 136,6C et de leutectique SnBi 138C

Sn-Ag-Cu-Sb 213-228Pas doxydation et de corrosion

Meilleure mouillabilit et rsistance thermo-mcanique que SnAgCu

Toxicit de SbCot lev

BrasuressansplombD.Assemblage


Manuel :laideduneaiguille,ouduneseringue associeunsystmepneumatiquepourcontrlerlaquantitdpose

Parsrigraphie (techniquedupochoir):traverslesmaillesduncran(dptde50150m)outraversunmasquemtallique(jusqu500m)>laquantitdposedpenddelatailledesouverturesetdelahauteurdumasqueparrapportausubstrat

Volumedecrmevoisinduvolumedelabrochebraser

Autrefaondenduirelesplotsdebrasure:protectiondeszonesnepasbraser(vernis)fluxpournettoyerlessurfacesbrasertrempage dansunbaindebrasureenfusion

D.Assemblage


Dptdecrmebraser

ViscositdescrmesbraserpourledptDfinition viscosit :

liquide entre deux plans parallles, un fixe et un mobileforce F parallle au plan mobile > dplacement de vitesse V

contrainte de cisaillement =F/S (Pa)gradient de vitesse D = dV/dx (s1)viscosit = /D (Pa.s) = . dV/dx(unit courante : 1 poise = 1 P = 0,1 Pa.s)

D.Assemblage


Ordres de grandeurs : eau : 103 Pa.s ; huile dolive : 101 Pa.s ; miel : 10 Pa.s ; cirage : 103 Pa.s

Type dedpt

V iscosi t (cP= cent ipoise)

V iscosi t (Pa.s)

Char ge mt al l ique(% en masse)

ManuelSr igraphie

200 000 - 450 000450 000 - 1 200 000

200 - 450450 - 1 200

< 88< 92

D.Assemblage


Viscositdescrmesbraserpourledpt

Dpt manuel > dpt dune goutte au centre du plotviscosit assez faible pour ne pas avoir une surface suprieure trop irrgulire et

assez forte pour ne pas saffaisser compltement au contact du plot et dborder

Dpt par srigraphie > dpt dune couche fine et rgulire sur le plotviscosit diminue sous leffet dune contrainte de cisaillement grande vitesse >

faible viscosit au passage travers les ouvertures, viscosit grande ensuite pour viter le dbordement

Pour un bon comportement rhologique : respect des dates de premption (+ assure faible oxydation) homognisation de la crme avant utilisation

D.Assemblage


Dptdecrmebraser

Parsrigraphie

D.Assemblage


Reportcomposant

80

12

3

4

1. Evaporation solvants (sans bulles)2. Action dsoxydation du flux3. Fusion alliage (T > Tfusion brasure (30-50C au-dessus)) 4. Redescente T solidification brasure :Couple {Temps/Temprature}important : pour bon mouillage et accrochage brasure sans polymrisation et carbonisation du flux

5. Descente 100C : assez rapide pour viter gros grains de brasure nfastes pour proprits mcaniques

6. Descente quelconque Tambiante

D.Assemblage


Refusion decrmebraser(traitementthermique)

81Procd de srigraphie de couches paisses

D.Assemblage


Refusion decrmebraser(traitementthermique)

82

D.Assemblage


Refusion decrmebraser

Plaques chauffantes

Tapis grillag Four plusieurs zones de temprature

Pardplacementduntapis surdesplaqueschauffantes

>conductionthermique

Fourtunnel

>convection(etconduction)thermique

83

D.Assemblage


Refusiondecrmebraser

quipementinfrarougeChaquematriauaunspectredabsorptiondesrayonnements,enfonctiondelalongueurdonde =23m > chauffementdelacrmebraseravantlesubstrat

84

D.Assemblage



Refusionenphasevapeur

chaleurlatentersultantdelatransitiondephasevapeur/liquidetransfreaucircuitparcondensation

prchauffe:vapeursecondairerefusion:vapeurprimaire

Liquideclassique:

FluorinertFC70>215C(socit3M)

85

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ComparaisondestechniquesMthode de refusion Avantages InconvnientsTapis Faible cot

Visibilit Surface plane, simple facePet ite surfaceAtmosphre oxydante

Four tunnel Atmosphre non oxydantepossible

Volumineuxchanges thermiques peuefficaces

Rayonnement (IR) Mise en uvre rapide Dpend du coefficientdabsorpt ion de chaquematriau

Phase vapeur Temprature uniforme, sansrisque de surchauffeAtmosphre inerte

Temprature fixe par leliquideAssez coteux

Induct ion Rapide Sur mtaux non magnt iquesLaser Chauffage localis de forte

intensitRapide

CoteuxCrme braser spciale

86

D.Assemblage


Refusion decrmebraser

87

Collagedescomposantsensurfaceparunadhsif

Dptdebrasureetralisationdujointbrassimultansparpassagelasurfacedunevaguedebrasurefondue

Vagueturbulentepourpntrerlintrieurdestrous,espacepourlaissersortirleflux(viterpigeageoxydes),vaguelaminaire+couteaudairchaudpouruniformiserledpt,vitercourtcircuits

D.Assemblage


Autretechnique:vague

Nettoyage> enlever les rsidus de flux aprs refusion

Produits :

mlange dun lment fluorocarbon ou chlorocarbon avec un alcool

ou milieu aqueux pour flux hydrosolubles (eau, + additifs pour rendre solubles ou miscibles les lments comme la colophane qui ne le sont pas)

Choix : selon crme braser utilise

protocole de Montral > restrictions pour limiter la diminution de la couche dozone

Exemples : Freon SMT (Du Pont), Forane 141b (Elf Atochem)

Procdure : par spray, par immersionliquide, vapeurcomplment temprature, ultrasons

D.Assemblage


Qualitdesjoints

corps de composant broche brasure

mtallisation

a. b. c.

Toutes les broches du composant sont relies par la brasure aux plots du circuit

Aspect brillant (alliage non oxyd, grains fins)

Angle de mouillage faiblea. bon joint,b. mauvais joint, angle de mouillage trop grand,c. mauvais joint, trop de brasure

Aspect dun bon joint

D.Assemblage


Absence de connexion effet menhir, ou Manhattan,de pierre tombale en anglaisformation dun joint avant lautre mauvaise planit des broches quantit de brasure insuffisante

Billes de brasure disperses (solder balling) mauvaise mouillabilit mauvais schage de la pte

Trous dans la brasure monte en temprature trop rapide

Leachingdissolution des couches extrieures dans la brasure

temps de refusion excessif

Fissures contraintes thermiques, mcaniques

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Qualitdesjoints,problmesrencontrs

Qualitjointdpendderactionbrasureavecmtal

formation de composs intermtalliques qui prcipitent linterface liquide / mtal fondu,la diffusion peut continuer pendant le refroidissement

Au facilite le mouillagedissolution rapide dans ltain > composs intermtalliques Au-Sn

Ni formation lente de composs intermtalliques Ni3Sn, Ni3Sn2, Ni3Sn4

Cu formation assez rapide de composs intermtalliques Cu3Sn, Cu6Sn5

Lors de lassemblage, lorsque la brasure fond : le flux est vacu ; la mince couche dor de protection (sur broche et plot), qui facilite le mouillage,est dissoute rapidement dans ltain de la brasure (compos intermtallique Au-Sn) ; la couche de nickel se dissout plus lentement, elle joue le rle de barrire de diffusionpour viter la formation de composs intermtalliques Cu-Sn (contrle temps / temprature).

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Documents

Niveau 2 Assemblage M1 H1PS8011 2013 Debeda