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PROCEDE DE SOUDURE DES CIRCUITS IMPRIMES.
La présente Invention concerne,de façon générale, un procédé perfectionné de soudure et, plus spécialement, un procédé perfectionné de soudure simultanée de toutes les connexions d'un ensemble comprenant plusieurs conducteurs électriques disposés sur une surface de matière électriquement isolante.
Quoique divers types de circuits Imprimés aient été utilisés dans le passé, un type courant consiste en une plaque de matière électrique- ment Isolante, par exemple des feuilles de papier Imprégné d'une résine syn- thétique, portant sur une face, un ou plusieurs conducteurs électriques ayant la forme de minces bandelettes plates faisant corps avec la matière isolante. Quand on désire monter, sur l'autre face de la plaque de matière isolante, plusieurs éléments de circuit qu'on veut connecter en divers points aux conducteurs imprimés:, sur la première face, c'est tout un problème de faire toutes ces connexions rapidement et sûrement. Dans un ensemble type, il peut y avoir plus de cent connexions à faire, et établir celle-ci l'une après l'autre par soudure au moyen d'un fer à souder est un procédé fasti- dieux.
Il est donc bon de pouvoir utiliser un procédé qui permette à un opé- rateur de souder toutes les connexions dans la même ou les mêmes opérations.
Un procédé de soudure simultanée de toutes les connexions est la technique de la soudure par trempage. Dans ce genre de procédé, la face entière de l'ensemble portant les conducteurs imprimés avec les extrémités des fils des éléments de circuit dépassant par les différents trous, peut être trempée, face dirigée vers le bas, dans un bain de soudure en fusion et retirée après une courte Immersion. De cette manière, tous les conducteurs sont recouverts de soudure et toutes les connexions sont soudées en même temps. On a qpnsta- té cependant que, si les conducteurs sont très rapprochés, il reste toujours de la soudure qui ponte les conducteurs rapprochés en des endroits où il ne faut pas de soudure, et qui provoque des courts-circuits.
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La présente invention concerne un procédé perfectionne'de soudure d'un ensemble par trempage,et spécialement un circuit imprimé comme décrit ci-dessus dans lequel les conducteurs font corps avec une surface de matière isolante, permettant d'enlever l'excès de soudure entre les points' de connexion du circuit imprimé, là où il n'en faut pas. De façon générale, le procédé de la présente invention comprend une première opération d'immersion de la face inférieure de l'ensemble à souder, dans un bain ordinaire de soudure en fusion.
A la suite de cette opération, chacun des conducteurs électriques est recouvert de soudure, mais de la soudure en excès reste habituellement adhérer à la surface électriquement isolante, entre les conducteurs. L'opération suivante consiste à immerger l'ensemble dans un second bain de matière en fusion. Le second bain contient de la soudure qui peut être semblable à celle du premier bain et une couche supérieure d'un liquide organique relativement inerte qui peut être choisi dans un groupe d'huiles, cires et résines thermiquement stables entre env3ron 400 F (205 C) et 600 F (315 C). L'ensemble est plongé et, de préférence, manipulé dans le second bain jusqu'à enlèvement pratiquement total de toute la soudure adhérente à la face de matière isolante.
Dans les dessins annexés :
La figure 1 est une vue en perspective de la face inférieure d'un ensemble auquel la technique de soudure de la présente invention peut être appliquée.
La figure 2 est une vue en coupe d'un bain de soudure type avec une couche de matière pour l'enlèvement de l'excès de soudure pouvant être utilisé dans le procédé de la présente invention.
La figure 3 est une coupe montrant une 'façon d'immerger l'ensemble de la figure 1 dans le bain de la figure 2, et
La figure 4 est une vue perspective montrant une fagon préférée de retirer l'ensemble de la figure 1 du bain de la figure 2.
Un exemple préféré de procédé conforme à l'invention est donné ci-après.
EXEMPLE 1.-
Comme la figure 1 le montre, un ensemble 2, prêt à la soudure, comprend une plaque de montage 4 qui peut être faite de feuilles de papier superposées, imprégnées et recouvertes d'une résine synthétique. Cette plaque porte, sur une face, un circuit électrique 6 composé de plusieurs fils ou conducteurs, par exemple de fines bandelettes 8 de cuivre en feuille. Les bandelettes font corps avec une face de la plaque imprégnée de résine synih é- tique. Sur la face opposée à celle comportant le circuit électrique, sont montés plusieurs éléments de circuit, comme des condensateurs 10, des résistances 12. et des tubes à vide 14. Ces éléments de circuit ont des fils de connexion 16 qui traversent la plaque 4.
Des trous de petit diamètre 18 sont prévus dans la plaque, pour laisser passer les fils de connexion.
Pour souder, la face inférieure de cet ensemble est d'abord mise en contact avec un décapant, comme une solution de résine dans l'alcool.
On retire ensuite l'ensemble du décapant et on le plonge rapidement, face inférieure vers le bas, dans un bain de soudure en fusion qui peut être de la soudure courante à 60 % d'étain et 40 % de plomb. Le bain de soudure doit être maintenu à une température convenant au genre de soudure utilisé. Cette température est normalement comprise entre 400 F (205 C) et 600 F (315 C) environ.
Quand on retire l'ensemble du bain de soudure, les bandelettes de cuivre sont entièrement recouvertes de soudure et tous les fils de connexion 16 sont soudés aux bandelettes. On constatera cependant d'ordinaire que de la soudure eu excès reste adhérer aux différentes parties de la surface de la plaque de montage en résine synthétique, entre les bandelettes de cuivre. Ces "pontages" sont évidemment indésirables, puisqu'ils provoquent des courts-circuits en fonctionnement.
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Comme les figures 2 et 3 le montrent, l'opération suivante consiste à introduire 19ensemble, après la sortie du premier bain de soudu- re, face inférieure''vers le bas, dans un récipient 20 contenant un autre bain de soudure 22 sur lequel flotte une couche de liquide 24. De préféren- ce, l'immersion dans le second bain se fait immédiatement après le premier, pour ne pas devoir réchauffer la plaque de montage et les éléments de cir- cuit. De cette manière, il y a moins de risques d'endommagement. La sou- ' dure peut être de nouveau à 60% d'étain et 40% de plomb. La couche liquide
24, épaisse d'environ 1/16 pouce (1,6 mm), peut consister en cire cérsihe fondue.
Le bain entier peut être maintenu à une température fonction de la matière utilisée et qui peut être comprise entre 400 F (205 C) et 600 F (315 C). En plongeant l'ensemble dans le bain de soudure, on l'agite l'hgrizontalément pendant quelques secondes, une dizaine par exemple, avec le cir- cuit imprimé se trouvant au niveau de la surface de séparation de la soudu- re et de la couche de cire. Afin d'éliminer la possibilité que des bulles d'air Testent accrochées, il est utile aussi de faire balancer légèrement l'ensemble autour de son axe longitudinal horizontal. Pendant ce mouvement, il est souhaitable que le circuit étamé, c'est-à-dire les conducteurs recou- verts de soudure, vienne, de façon répétée, en contact avec la surface du bain de soudure en fusion sous la couche de cire.
La dernière opération du procédé est la sortie de l'ensemble du bain, en inclinant d'abord l'ensemble autour de son axe longitudinal ho- rizontal suivant un angle de 5 , pais en avançant et remontant lentement la plaque de montage le long de la pente ainsi déterminée par l'inclinaison, jusqu'au moment où la plaque perd contact avec la soudure puis avec la cire.
Un bon résultat est obtenu, en balançant l'ensemble pendant environ trois se- condes ?1 en le retirant ensuite à une vitesse d'un pouce par cinq secondes environ (un centimètre par deux secondes), cette vitesse étant maintenue,' aussi longtemps qu'une partie quelconque du circuit reste en contact avec une partie quelconque du bain. La vitesse à laquelle l'ensemble peut être retiré dépend partiellement de 19écartement des conducteurs. Plua grand sera l'écartement, -plus rapide sera la sortie.
Dans le procédé décrit ci-dessus,le rôle de la couche de ci- re est d'enlever par écoulement la soudure adhérant à la surface de résine synthétique, en tout endroit isolant, sans détacher exagérément la soudure des surfaces métalliques conductrices. La soudure semble être repoussée de la surface isolante et attirée dans le bain de soudure par la force de cohésion de celui-ci, auquel elle retourne.
Dans l'exemple précédent, de nombreuses variantes peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la composj- tion de la soudure peut être de tout type convenable. De même, la couche liquide précitée peut être constituée par n'importe laquelle d'un grand non- bre d'huiles, de cires ou de résines qui ne se décomposent pas entre les températures de 400 F (205 C) et 600 F (315 C) habituellement utilisées pour maintenir la soudure en fusion.
EXEMPLE IIo-
Un circuit imprimé semblable à celui décrit dans 19exemple I et portant divers éléments de circuit, comme le montre la figure I, est plongé, sans avoir besoin de décapante dans un bain de soudure ayant 35% d'étain et 65% de plomb, le bain étant maintenu à une température d'environ 500 F (260 C).
La technique de trempage est la même que dans l'exemple I.
Après soudure, la face inférieure de l'ensemble est mise en contact avec la surface de séparation du bain de soudure en fusion à 35% d'é- tain et 65% de plomb et d'une couche d'huile de ricin. Ce bain est aussi maintenu à une température d'environ 500 F (260 C) Après agitation à hauteur de la surface de séparation et sortie de l'ensemble comme décrit dans l'exem- ple I, l'huile de ricin en excès est enlevée par rinçage au toluol, et l'en- semble nettoyé est séché à l'air.
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EXEMPLE III.-
Un Ensemble circuit imprimé et éléments du type représenté à la figure l, mais dont les conducteurs électriques sont en argent imprimé dans une plaque de stéatite, l'argent faisant corps avec la plaque de stéa- tite grâce à un processus de cuisson, est soumis à une première opération de soudure, comme décrit dans les exemples précédents. Cette fois cependant, le bain de soudure comprend 82,5 % de cadmium et 17,5% de zinc et est mainte- nu à une température de 520 F (271 C). S'il faut un décapant, on utilisera du chlorure de zinc-ammonium. Après la soudure, l'ensemble est mis à refroi- dir et la partie soudée est nettoyée à l'eau chaude, pour enlever les restes de décapant. La plaque nettoyée est ensuite séchée.
Comme dans les exemples précédents, la face inférieure de la plaque portant le circuit imprimé est ensuite agitée au niveau de la surface de séparation d'une couche de soudure en fusion ayant la même composition que le premier bain et d'une couche de résine polyéthylénique fondue. Ce bain est maintenu à une température d'en- viron 520 F (2710C). La technique de sortie de la plaque traitée du bain est la même que dans les exemples précédents.
Un certain nombre de matières différentes peuvent être utili- sées comme couche liquide flottant à la surface du bain de soudure. De façon générale, ce peut être un liquide organique relativement inerte, de préféren- ce une cire, huile ou résine qui ne se décompose pas à la température à la- quelle le bain de soudure doit être maintenu. En d'autres mots, la matière ne se décomposera pas entre environ 400 F (205 C), et 600 F (315 C) Des ci- res types pouvant être utilisées sont toute cire d'hydrocarbure de pétrole comme la cire cérésine. ou un produit animal comme la cire d'abeille, ou des ci- res végétales.
Des exemples d'huiles qui ont donné satisfaction sont l'huile minérale, l'huile de .silicone, les huiles d'hydrocarbures de pétrole, l'huile d'arachide hydrogénée, l'huile de palme, l'huile de ricin, l'huile de lin, l'huile de périle et l'huile de baleine. Les matières préférées sont les huiles de pétrole comprenant au moins 20%, et, de préférence, plus de 50% d'hydrocarbures cycliques. On peut aussi utiliser diverses résines. Parmi les résines pouvant convenir, on citera les polybutène, polyindène, dipen- tène, allyls, et polyéthylène. De façon générale, on peut utiliser toute résine pouvant être fondue en un liquide non visqueux et thermiquement sta- ble à la température du bain de fusion.
On a constaté aussi que des esters, comme le stéarate butyll- que et le laurate propylénique, sont utiles, ainsi que des liquides organi- ques relativement inertes comme les glycéryl phtalate, méthoxy polyéthylène glycol et phényl diglycol carbonate.
La matière à choisir pour la couche liquide flottant sur la soudure dépend, en partie, des résultats exacts à atteindre. Comme il a été dit, le rôle principal de cette couche est de faire en sorte que la sur- face isolante repousse la soudure qui y adhère et que celle-ci soit ramenée dans le bain de soudure même. Si on désire, en outre, que la matière liqui- . de soit plus ou moins complètement enlevée de l'ensemble après traitement, il faut utiliser une huile qui est liquide à la température ordinaire. Ces huiles peuvent habituellement être enlevées par lavage au toluol ou par d'au- tres solvants organiques courants. On peut aussi dégraissa- à la vapeur.
S on désire que le liquide utilisé pour repousser la soudure serve ensuite d'agent protecteur des éléments de circuit, il faut utiliser une cire ou une résine. On peut, si on veut, ajouter à ces cires des plastifiants et des agents fongicides.
Une autre particularité de l'invention est l'emploi;de vibra- tions sonores ou ultra-soniques appliquées à l'ensemble à circuit imprimé ou au bain, pendant la premier opération de soudure, ou pendant l'enlèvement de la soudure en excès, ou pendant ces deux opérations.
Cette variante de l'invention peut être mise en pratique de la façon suivante. Pendant la sortie de l'ensemble du premier bain de sou- dure, une tête vibrante peut être appliquée contre la face supérieure de la plaque et maintenue jusqu'à ce que la face Inférieure de la plaque perde con-
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tadt avec la surface du bain de soudure.
Des essais ont été faits avec des fréquences de vibration aussi basses que 40 cycles et aussi élevées que 24.0000 cycleso Une amélioration a été constatée dans tous les cas, en ce que l'en- semble pouvait être retiré beaucoup plus rapidement du bain de soudure et que b eaucoup moins de soudure en excès remplissait les intérêts-ces entre condm - teurso De même, des vibrations peuvent être appliquées à l'ensemb, le, à sa sortie du second bain comprenant la couche d'huile, de cire ou de résine flot- tant sur un bain de soudure en fusion. L'emploi des vibrations est même plus efficace dans ce dernier cas.
Quoique l'effet soit le plus important quand les vibrations sont appliquées directement sur la plaque de montage portant le circuit impri- mé, un effet semblable, mais moins prononcé, peut être obtenu, en appliquant les vibrations au bain, à travers des parois du récipient, par exemple.
Quoiqu'on ne connaisse pas exactement les raisons de l'amélio- ration obtenue en appliquant des vibrations au bain ou au circuit, celle-ci semble due à l'affaiblissement des forces d'attraction entre la face de ma- tière isolante et la soudure.
Dans les exemples donnés ci-dessus, le procédé pour retirer l'ensemble du second bain consistait à l'incliner, autour de son axe long3- tudinal, suivant un petit angle de 5 par exemple, quoique cet angle puisse attejndre 10 ou 15 , et à 1?avancer et le monter ainsi jusqu'à ce qu'il sorte entièrement du bain. Ceci n'est qu'un procédé préférée très utile quand les conducteurs sont très rapprochés l'un de l'autre, avec un écartement d'un centième de Pouce (0,25 mm) par exemple. L'ensemble peut aussi être sorti en l'inclinant légèrement puis en le soulevant verticalement, ou, si les conducteurs sont fort écartés, on peut simplement le soulever sans l'incliner.
REVENDICATIONS.
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1.- Procédé de soudage d'un ensemble de conducteurs électriques disposés sur une face d'une plaque de matière isolante, caractérisé en ce qu'on plonge cette face et ses conducteurs dans un bain de soudure en fusion et on la retire ensuite avec le résultat que les conducteurs sont recouverts de soudure et que de la soudure en excès adhère à la face isolante entre les conducteurs, on plonge ensuite la face avec ses conducteurs dans un second bain de soudure en fusion sur'lequel flotte une couche d'une matière liquide relativement inerte, et on tient le dit ensemble, la face avec les conducteurs vers le bas, au niveau ,en substance, de la surface de séparation du second bain de soudure et de la couche flottante, tout en mettant, de façon répétée,
la soudure adhérant à la face isolante et contact avec la soudure en fusion du second bain, jusqu'à ce que suffisamment de soudure en excès soit enlevée pour empêcher les pontages indésirables de conducteurs, et on retire l'ensemble de la couche flottante.