FR2487857A1 - Procede et dispositif d'etamage des fils de connexion d'un composant electrique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES PROCEDES ET LES DISPOSITIFS QUI PERMETTENT D'ETAMER LES FILS DE CONNEXION DES COMPOSANTS ELECTRIQUES. ELLE CONSISTE A PLACER LE CORPS 104 D'UN COMPOSANT TEL QU'UNE DIODE DANS LES ENCOCHES D'UNE ROUE 307 DE GRAND DIAMETRE ET A AXE HORIZONTAL. DES MOYENS 308 PERMETTENT DE MAINTENIR CE CORPS DANS LES ENCOCHES ET LES FILS DE CONNEXION DEBORDENT DE CHAQUE COTE DES FACES DE LA ROUE. LA PARTIE INFERIEURE DE LA ROUE VIENT PASSER AU-DESSUS D'UN BAIN D'ETAMAGE 101 ET ENTRE DEUX VAGUES 103 D'ETAIN QUI JAILLISSENT HORS DE LA SURFACE DU BAIN EN FORMANT UN ANGLE AVEC LES FACES LATERALES DE LA ROUE. LES FILS 106 DE CONNEXION PENETRENT DANS LES DEUX VAGUES EN COMMENCANT PAR LE COTE DU CORPS ET EN RESSORTENT PROGRESSIVEMENT EN TERMINANT PAR LEURS EXTREMITES LIBRES. ON SIMULE AINSI LE MOUVEMENT DESCENDANT PUIS ASCENDANT D'UNE CONNEXION TREMPEE VERTICALEMENT DANS UN BAIN D'ETAMAGE. ELLE PERMET D'AUTORISER LES PROCEDES D'ETAMAGE DE CES FILS DE CONNEXION.

Description

La présente invention se rapporte aux procédés d'étamage des fils de connexion d'un composant électrique, qui permettent de recouvrir ces fils d'une couche d'étain de manière à faciliter les soudures ultérieures de ces composants dans les dispositifs où ils sont placés. Elle concerne également les dispositifs qui permettent de mettre en oeuvre ce procédé.

On utilise pour fabriquer les appareils électriques, et plus spécialement les appareils électroniques, un grand nombre de composants élémentaires tels que des diodes et des résistances. Ces composants comprennent des fils de connexion qui permettent d'appliquer et de recevoir les différents signaux électriques utiles pour l'usage de ces composants. Le procédé le plus utilisé pour relier électriquement ces fils de connexion à l'appareillage dans lequel se trouve inclus le composant, consiste à souder ces fils aux circuits d'utilisation. Dans la plupart des cas cette soudure se fait à basse température avec un alliage de composition diverse mais comprenant une proportion importante d'étain.

De ce fait on utilise usuellement le terme "d'étain" et ses dérivés, tels qu'étamage, pour désigner tant la matière de soudure que diverses opérations connexes à cette soudure.

Les fils de connexion sont le plus souvent en cuivre. Dans le cas du cuivre et des autres matériaux constituant ces fils, la soudure' à l'étain ne donne des résultats corrects et rapides que si l'on a préalablement étamé les fils. Cette opération d'étamage consiste à recouvrir la surface de ces fils avec une mince pellicule d'étain qui permet au métal d'appport de mouiller le fil rapidement lors de l'opération de soudure en évitant les échecs connus sous le nom de "soudures sèches". Cette couche d'étain permet de protéger également le métal du fil de connexion en évitant l'oxydation pendant la durée du stockage.Ainsi le flux à utiliser pour la soudure pourra être un flux très peu agressif tel que la résine au lieu d'un flux très corrosif tel que le chlorure de zinc, dont l'élimination est délicate et les résidus dangereux pendant la durée de vie de l'appareillage.

Parmi les procédés utilises pour cet étamage des fils de connexion, les deux plus courants sont l'électrolyse et l'étamage au trempé.

L'étamage au trempé est le meilleur. La couche d'étain est régulière, adhérente et étanche. Lors de la soudure le métal d'apport mouille très facilement la couche d'étain et le pourcentage d'échec est très faible. Toutefois cet étamage au trempe est très onéreux. Il faut en effet plonger les fils dans un bain d'étain, puis les sortir doucement et dans une position verticale.

Les difficultés pour mécaniser ce processus sont grandes, et il ne peut être utilisé économiquement que sur des pièces dont le prix unitaire est important pour que le prix de l'opération d'étamage soit faible devant le coût total de la pièce.

La couche d'étain obtenue par électrolyse est d'une qualité médiocre. Elle est irrégulière et granuleuse, et de ce fait son adhérence et son étanchéité sont faibles. De plus, pour mécaniser l'étamage électrolytique on utilise un procédé dit "d'étamage au tonneau" qui provoque la torsion des fils de connexion. Il faudra alors ultérieurement redresser ceux-ci, ce qui augmente les coûts et le taux de rebut.

Toutefois, l'étamage électrolytique est le plus utilisé pour les pièces à bas prix de revient, telles que les diodes et les résistances, en raison de son coût très faible.

Pour pouvoir mécaniser l'étamage au trempé, l'invention propose un procédé d'étamage des fils de connexion d'un composant électrique, du type consistant à plonger au moins l'un de ces fils dans un bain d'étamage en fusion, puis à le retirer progressivement de ce bain en terminant par son extrémité libre, principalement caractérisé en ce que le bain d'étamage comporte une vague faisant une saillie verticale au-dessus de la surface horizontale de ce bain et ayant une première direction déterminée, et que l'on fait défiler le composant au-dessus de cette surface en maintenant le fil à étamer horizontal et parallèle à une deuxième direction déterminée faisant un angle aigu non nul avec la première direction pour que ce fil plonge dans la vague puis en ressorte.

D'autres particularités et avantages de l'invention appa raîtront clairement dans la description suivante présentée à titred'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées ci-dessous - la figure 1, qui représente une vue de profil illustrant le
principe du cheminement du composant à travers les vagues de
soudure ; - la figure 2, qui représente une vue de dessus complémentaire de
la figure 1 - la figure 3, qui représente une vue schématique d'une machine
à étamer selon l'invention - la figure 4, qui représente un fragment agrandi et détaillé de
la périphérie de la roue 307 de la figure 3 ; - la figure 5, qui représente l'organe de fluxage 309 de la
figure 3.

Le bain d'étain en fusion présente normalement une surface libre horizontale. C'est ce qui oblige à mettre les fils de connexion des composants verticaux, puis à les faire plonger et ressortir dans ce bain selon un mouvement alternatif. Dans le cas d'un composant ayant deux fils de connexion axiaux, il faut en plus procéder en deux étapes, et retourner entre ces deux étapes le composant pour que les deux fils soient étamés l'un après l'autre. C'est tout ce mouvement qui rend le processus difficile et cher à mécaniser.

En fait le point essentiel à respecter pour obtenir un bon revêtement est la sortie progressive et se terminant par l'extrémité libre de la connexion hors de la surface du bain.

Selon l'invention on utilise un bain d'étain 101 muni d'un dispositif connu par ailleurs et qui permet à l'aide d'une pompe immergée dans ce bain et d'une buse de sortie 102 d'obtenir une vague d'étain 103. L'étain en fusion est entraîné par la pompe qui le force au travers de la buse. Sous l'effet de la pression il jaillit de l'extrémité supérieure de la buse pour s'écouler ensuite dans le bain où il est repris par la pompe de circulation. Le jet d'étain ainsi forme a des dimensions transversales qui sont celles déterminées par la buse, et une hauteur libre en dessus de l'ex- trémité supérieure de celle-ci qui dépend de la puissance de la pompe et atteint facilement Icm.

En régime continu, l'écoulement de l'étain est très régulier et l'on dispose ainsi des deux côtés de la vague d'une surface d'étain en fusion qui est sensiblement verticale.

En appelant D1 une direction parallèle à la plus grande dimension de la vague, et D2 une direction formant un angle aigu non nul avec D1, on peut alors faire circuler une diode telle que 104 parallèlement à la surface du bain d'étain et perpendiculairement à D2 de telle manière que l'une de ses connexions 106 pénètre dans la vague par celle de ses extrémités qui est raccordée au corps de la diode. Comme cette diode comporte deux fils de connexion, on utilisera deux vagues symétriques par rapport à D2 et la description sera faite pour une vague et le fil de connexion correspondant. Au fur et à mesure que la diode se déplace dans la direction D2 comme on le voit sur les figures 1 et 2, le fil de connexion pénètre dans la vague puis en ressort progressivement.On réalise ainsi le mouvement relatif d'entrée et de sortie du fil de connexion dans un bain d'étain en ne faisant subir à la diode qu'un déplacement continu et non alternatif. De plus ce même déplacement permet d'étamer les deux fils de connexion en même temps. Sur la figure 2 on a représenté trois diodes 104, 105 et 107 à trois étapes du procédé, avant, pendant et après la traversée de la vague.

Un déplacement rigoureusement horizontal des diodes supposerait que celles-ci soient disposées sur un support se déplaçant linéairement. Un tel support pourrait être par exemple une chaîne.

Comme la vague a une hauteur relativement grande par rapport aux dimensions transversales des fils de connexion, le trajet horizontal peut suivre un arc de cercle de grand rayon comme représenté sur la figure 1. Dans ces conditions les diodes pourront être placées sur une roue qui est un mécanisme plus simple qu'une chaîne.

Pour mettre en oeuvre ce procédé, on utilise une machine à étamer dont le schéma est représenté sur la figure 3.

Les diodes qui sortent de la chaîne de fabrication prêtes à être étamées, sont disposées directement et en vrac dans une trémie vibrante 301 qui sert de réservoir d'alimentation. Cette trémie vibrante alimente un bol vibrant 302 qui permet de les faire sortir une par une pour alimenter un dispositif à cascade 303.

Ce dispositif à cascade permet d'aligner les diodes toutes dans le même sens horizontal et avec le corps positionne correctement dans le sens latéral.

Les diodes ainsi positionnées sont reprises par une première roue dentée 304 qui régularise le débit et les présente en bon ordre à un dispositif redresseur de connexios 305. Cette combinaison cinématique est jusqu'ici #### connue.

A la sortie du redresseur de connexiors 305, les diodes sont reprises par une deuxième roue dentée 306 qui permet de faire la liaison avec une roue de transfert 307.

Cette roue de transfert présente des encoches ouvertes à la dimension du corps des diodes et sa largeur est telle que ce corps déborde légèrement des faces de la roue. La roue tourne dans la direction R et les diodes qui sont déposées dans ces encoches sont entraînées par le mouvement de la roue en dessous d'un guide 308 qui présente sur le dessus de la roue 307 tout d'abord la forme d'une lame de même largeur que celle-ci. Ce guide appuie légèrement sur la surface des diodes de façon à les maintenir dans les encoches de la roue 307.

Au sommet de la roue de transfert un dispositif 309 de décapage comprend de chaque coté de la roue deux rouleaux et un bac.

Le rouleau inférieur trempe dans une solution de décapage, du chlorure de zinc par exemple, et entraîne cette solution sur les connexions qu'il vient pincer avec le rouleau supérieur. Sous l'action de ce flux, les connexions sont nettoyées et décapées pour que l'étain les mouille parfaitement.

Dès la sortie de ce dispositif de décapage, le guide 308 se referme en forme de coquille autour d'une couronne de la roue de transfert de façon à améliorer la tenue des diodes sur la roue 307. Cette coquille s'arrête juste au ras des connexions et vient enfermer la partie externe du corps des diodes.

Elle se termine peu avant le bas de la roue de façon à dégager de nouveau les connexions. Le guide reprend alors à ce niveau la forme d'une lame pour continuer à maintenir les diodes pendant tout leur trajet inférieur et une fraction de la remontée de la roue.

En dessous de la roue on a disposé un bain d'étain 101 muni de deux vagues 103 placées symétriquement autour de la partie inférieure de la roue de manière à ce que les diodes dans leur trajet viennent passer entre ces vagues de la façon représentée sur les figures 1 et 2.

Après leur sortie des vagues d'étamage, les diodes continuent leur trajet dans les encoches de la roue de transfert tant qu'elles sont maintenues par le guide 308. Ce guide 308 s'arrête à un niveau tel que les diodes soient dégagées du bain d'étain et qu'elles puissent tomber dans une goulotte 310 qui les recueille et qui les amène dans un réceptacle 311 où l'on trouve donc les diodes étamées en vrac.

La dentelure de la roue 306 est, comme celle de la roue 304 en forme de dents de loup pour maintenir les diodes par leurs connexions en les prenant à la partie supérieure de la roue pour les délivrer seulement à sa partie inférieure.

La dentelure de la roue 307 est pa#r contre différente et on en a représenté un fragment sur la figure 4. Les dents sont formées à l'aide d'entailles 401 de forme semicirculaire aux dimensions du corps des diodes. Ainsi les diodes s'ajustent parfaitement dans ces entailles mais elles n'y sont pas maintenues.

Pendant un court instant après la sortie de la roue 306 elles reposent dans ces entailles sous l'effet de la gravité puis le guide 308 vient s'appuyer sur le corps pour les maintenir en place. Comme il ne faut pas qu'elles se coincent dans les entailles on prévoit un léger jeu, et pour éviter tout-déplacement on a ménagé une gorge circulaire sur la périphérie de la roue de transfert dans laquelle on a inséré un anneau élastique 402 qui déborde légèrement dans le fond des entailles 401. Lorsque les diodes viennent appuyer sur cet anneau sous l'effort exercé par le guide 308, il se déforme et joue le rôle d'un ressort qui maintient les diodes en place. Ce ressort a de plus pour effet d'éviter toute vibration des diodes dans leur logement.En effet une telle vibration,même très faible, provoquerait l'apparition de rides sur la surface de la couche d'étain déposée sur les fils de connexion. A la sortie du guide 308 enfin, il éjecte les diodes dans la goulotte 310.

Dans un exemple de réalisation dti dispositif de décapage et de fluxage représenté en figure 5, on voit un fragment de la roue de tranfert 307 en coupe au niveau d'une encoche 401. Dans cette encoche, une diode comportant un corps 504 muni de deux fils de connexion 506 est enfoncée sous l'action du guide 308 en comprimant l'anneau 402.

Les deux dispositifs de décapage sont identiques et situés de part et d'autre de la roue de transfert. ils comprennent chacun un rouleau supérieur 509 cylindrique et un rouleau inférieur 609 conique dont l'extrémité la plus petite est tournée vers l'extérieur. Ces rouleaux sont entraînés en rotation par le mécanisme cinématique qui entraîne toutes les roues de la machine. Le rouleau conique inférieur plonge dans un bac 709 rempli d'un bain de décapage tel que du chlorure de zinc. Sous l'effet de la rotation le liquide de décapage est entraîne par le rouleau 609 qu'il recouvre entièrement d'une couche suffisamment épaisse pour que le rouleau 509 en entraîne une partie et soit lui-meme recouvert d'une couche de ce liquide. Le liquide ruissèle le long du rouleau 609 vers la face de la roue de transfert puis retombe dans le bac 709. La connexion 506 est pincée entre le rouleau 509 et le rouleau 609 et elle est mouillée par le liquide de décapage sur toute sa surface, y compris la petite partie libre entre les extrémités des rouleaux et le corps de la diode. Après passage dans ce dispositif les fils de connexion sont parfaitement prêts pour ltoperation d'étamage suivante.

En utilisant une roue de transfert de 50cm de diamètre munie d'encoches espacées de 1 cm, et des vagues de soudure inclinées de SOC sur l'axe de la roue, on a pu faire fonctionner cette machine à étamer à la cadence de 20 000 pièces par heure. Cette cadence permet notamment un passage suffisamment rapide des extrémités du corps de la diode dans le début des vagues pour que le corps en résine du type époxy ne subisse aucun dommage, et que les fils de connexion soient bien étamés jusqu'au niveau de ce corps.

D'autre part cette vitesse permet aussi un dépôt parfaitement homogène de la couche d'étain à la surface des fils de connexion.

L'invention n'est pas limitée au cas des diodes, elle s'étend à toutes sortes de composants ayant des fils axiaux et notamment aux résistances.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'étamage des fils de connexion (106) d'un composant électrique (104), du type consistant à plonger au moins l'un de ces fils dans un bain d'étamage en fusion (101), puis à le retirer progressivement de ce bain en terminant par son extrémité libre, caractérisé en ce que le bain d'étamage comporte une vague (103) faisant une saillie verticale au-dessus de la surface horizontale du bain et ayant une première direction déterminée (Dl), et que l'on fait défiler le composant selon un mouvement continu au-dessus de cette surface en maintenant le fil à étamer horizontal et perpendiculaire à une deuxième direction déterminée (D2) faisant un angle aigu non nul avec la première direction, pour que ce fil plonge dans la vague puis en ressorte.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant comporte un corps (104) et deux fils de connexion axiaux (106) symétriques par rapport à ce corps, que le bain d'étamage comporte deux vagues (103) symétriques par rapport à la deuxième direction, et que le mouvement du composant permet de faire passer simultanément les deux fils de connexion respectivement dans les deux vagues d'étamage.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que le trajet de l'élément à étamer est un arc de cercle vertical dont la partie inférieure correspondant au passage du fil de connexion dans la vague présente une flèche inférieure à la hauteur libre de cette vague.

4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens d'approvisionnement (301 - 306) permettant de

délivrer à intervalles réguliers dans une position horizontale

des composants électriques munis de deux fils de connexion axiaux

symétriques par rapport à un corps - une roue de transfert (307) à axe horizontal, munie sur sa

périphérie d'encoches (401) permettant de recevoir les corps

des composants et de les maintenir en position horizontale

l'épaisseur de la roue étant inférieure à la distance entre les

points de sortie des fils de connexion du corps ;; - des moyens (308) permettant de maintenir les composants dans les

encoches pendant que la roue tourne entre un premier endroit

les moyens d'approvisionnement les placent dans ces encoches et

un deuxième endroit où ils sortent des encoches ; la partie

inférieure de la roue étant située entre ce premier et ce

deuxième endroit; et - un bain d'étamage (101) muni de deux vagues (103) disposées

symétriquement par rapport au plan de la roue de transfert et

enserrant la partie inférieure de la roue de transfert pour

que les fils de connexion plongent dans ces vagues pendant le

mouvement de la roue ; l'angle formé par les deux vagues étant

ouvert du côté de la roue où les composants sortent des encoches.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (309) permettant d'enduire les fils de connexion avec un flux de décapage.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ces moyens de décapage comprennent de chaque côté de la roue de transfert un rouleau supérieur (509) et un rouleau inférieur (609) entre lesquels passent les fils de connexion, et un bac de flux (709) dans lequel vient tremper le rouleau inférieur.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens permettant de maintenir les composants dans les encoches comprennent un guide fixe (308) en forme d'arc de cercle enserrant la périphérie de la roue de transfert entre le premier et le deuxième endroit et permettant de presser les composants au fond des encoches ; ce guide étant muni de deux flasques latérales enserrant les faces de la roue jusqu'au niveau des fils de connexion entre la sortie des moyens de décapage et l'entrée des vagues.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la roue de transfert est munie d'une gorge périphérique comprenant un anneau élastique (402) destiné à faire pression sur les composants pour les maintenir contre le guide et les dégager des encoches à la sortie du guide.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les moyens permettant d'approvisionner les composants comprennent un dispositif redresseur des fils de connexion (305).