FR2613898A1 - Procede de soudage de composants pour montage en surface (cms) sur circuit imprime - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE PERMETTANT DE SOUDER LES BROCHES METALLIQUES D'UN COMPOSANT POUR MONTAGE EN SURFACE SUR LES PASTILLES METALLIQUES D'UN CIRCUIT IMPRIME, A L'AIDE D'UNE MACHINE A SOUDER A LA VAGUE. DES CHEMINS DE CAPILLARITE, CONSTITUES DANS LE CIRCUIT IMPRIME, PERMETTENT DE PRELEVER DE L'ETAINPLOMB LIQUIDE LORS DU PASSAGE EN VAGUE, ET DE L'ACHEMINER AU CONTACT DES BROCHES ET DES PASTILLES METALLIQUES FACE ELEMENTS. LA REALISATION DU CHEMIN DE CAPILLARITE EST DECRITE CI-DESSOUS. IL EST CONSTITUE D'UNE PASTILLE METALLIQUE 9, D'UN TROU METALLISE 10 ET D'UNE PASTILLE METALLIQUE 11. L'AXE DU TROU 10 EST SITUE A PROXIMITE, SOIT MOINS DE 25 MM, DE LA ZONE DE CONTACT BROCHE 8 ET PASTILLE 9. LE PROCEDE SELON L'INVENTION EST PARTICULIEREMENT DESTINE A L'INDUSTRIE ELECTRONIQUE POUR SOUDER, SUR UN CIRCUIT IMPRIME, DES COMPOSANTS POUR MONTAGE EN SURFACE.

Description

La présente invention concerne un procédé de soudage des broches de composants électroniques pour montage en surface sur les pastilles métalliques d'un circuit imprimé.
Le soudage des composants pour montage en surface est réalisé traditionnellement par fusion de pâte à souder déposée au préalable sur les pastilles métalliques du circuit imprimé.
Après dépôt de cette pâte, le composant est fixé sur le circuit imprimé et l'ensemble est chauffé à 2150C pendant 20 s environ dans une cuve contenant un mélange de fréon et de fluorine à l'état gazeux ou dans un four, ce qui provoque la fusion de la pâte à souder et réalise ainsi le soudage.
Le procédé présente de nombreux inconvénients: élévation importante de la température des composants et du circuit imprimé qui doit dans certains cas être renforcé de cure /invar / cuivre ou de fibres de carbone, apparition de micro - billes métalliques qui se détachent de la pâte à souder et provoquent des courts - circuits, limitation de la densité des pistes à 1 mm d'écartement entre pistes au fait des risques de courts - circuits dûs aux micro - billes, mauvaise qualité du soudage du fait que la pâte à souder n'enrobe pas les broches des composants. De plus, en cas de défaut de soudage ou de panne constatée sur un composant, le déssoudage est difficile de manière industrielle.
Le procédé, objet de cette invention, permet de remédier à ces inconvénients.
Il consiste à créér à travers le circuit imprimé au droit des broches des composant à souder, des chemins de capillarité. Les composants sont ensuite fixés sur ce circuit imprimé, puis l'ensemble est chargé sur le chariot convoyeur d'une machine à souder à la vague, composants vers le haut. La machine à souder à la vague est utilisée traditionnellement pour souder, sur circuit imprimé, des composants à broches traversantes. Elle, comporte 3 éléments: la cuve à flux résineux, le dispositif de préchauffage et le bain d'étain/plomb en fusion. Le chariot convoyeur passe tout d'abord au dessus de la cuve à flux résineux;le flux lèche le dessous du circuit imprimé et décape l'intérieur du chemin de capillarité, assurant ainsi une meilleure mouillabilité de ce chemin.Puis, le chariot passe au dessus du dispositif de préchauffage qui élimine les alcools du flux résineux et réchauffe progressivement le circuit imprimé et ses composants de manière à éviter tout choc thermique. Enfin le chariot passe au dessus du bain d'étain/plomb en fusion. L'étain/plomb est aspiré par les chemins de capillarité puis acheminé aux contacts des broches et des pastilles, réalisant ainsi leur soudage.
Dans les explications qui suivent, la face soudure désigne la face du circuit imprimé en contact avec le bain d'étain/plomb et la face éléments l'autre face.
Ce chemin de capillarité traversant le circuit imprimé est constitué de 3 éléments qui sont en continuité métallique: une petite pastille métallique face soudure, qui amorce la remontée de l'étain/plomb, un trou métallisé qui transporte l'étain/plomb sur l'autre face du circuit imprimé et une grande pastille métallique face éléments. C'est sur cette dernière pastille que l'étain/plomb se dépose en finale et qu'a lieu le soudage avec la broche du composant.
De manière à obtenir un bon amorçage de l'étain/plomb en fusion sur la broche du composant, l'axe du trou du chemin de capillarité est situé à proximité, soit 25 mm maximum, de la zone de contact de la broche et de la pastille métallique.
Pour obtenir une bonne remontée de l'étain/plomb, le chemin de capillarité et les broches des composants peuvent être décapés par application d'un flux résineux face éléments et par passage au dessus de la cuve à flux résineux face soudure.
Le flux résineux appliqué face éléments peut également assurer le maintien du composant avant soudage, évitant ainsi l'emploi de colle.
Lors du passage au dessus du bain d'étain/plomb à 250 C, le composant est thermiquement isolé de ce bain par le circuit imprimé qui joue un rôle d'écran protecteur. Seules les broches du composant sont au contact de l'étain/plomb en fusion.
Lors du passage au dessus du bain de soudure en fusion, l'étain/plomb remonte par le chemin de capillarité et mouille les broches du composant. L'étain/plomb enrobe ces broches et réalise ainsi une soudure d'excellente qualité avec les pastilles du circuit imprimé.
Le procédé de soudage convient à tous types de composants pour montage en surface placés côté éléments quelle que soit leur forme et le nombre des broches. Les broches peuvent être par exemple recourbées vers l'extérieur ou vers l'intérieur ou peuvent encadrer le composant tels les condensateurs et les résistances.
On peut réaliser sur le même circuit imprimé et au cours de la même opération le soudage de composants montés en surface face éléments, de formes et de caractéristiques quelconques, de composants traditionnels à broches traversantes montés également face éléments et de composants pour montage en surface collés face soudure et soudés au trempé, au passage dans le bain d'étain/ plomb. Il faut bien sûr que ces derniers supportent la température de l'étain/plomb en fusion, soit 2500C pendant 5 secondes environ.
L'absence totale de risque de courts - circuits face éléments et d'apparition de micro - billes rend possible l'emploi de circuits imprimés très denses, comportant des écartements de pistes imférieurs à 1 mm.
La technique antérieure imposait au circuit imprimé et aux composants des contraintes thermiques élevées. Le procédé objet de cette invention réduit ces contraintes, si bien que le circuit imprimé n'a plus besoin d'être renforcé de cuivre /invar /cuivre ou de fibres de carbone.
Les chemins de capillarité peuvent également être utilisés pour dessouder les composants en v-e de remplacer un composant mal monté ou défectueux. Il sur de chauffer face soudure par les chemins de capillarité tores les broches d'un même composant pour faire fondre l'étainip:amb face éléments et d'aspirer le composant par une pompe à dépression.
Le procédé de soudage et de démontage peut être étendu à tout équivalent fonctionnel d'un circuit imprimé, tels les circuits obtenus par moulage et métallisazion de plastique ou les circuits céramiques sérigraphiés par encre conductrice.
La figure 1 représente, en coupe dérents types de boîtiers de composants électroniques.
La figure 2 représente, en coupe e -.-ue de dessus, la réalisation d'un chemin de capillarité.
La figure 3 représente, en coupe, If passage en vague du circuit équipé.
La figure 4 représente, en coupe, le résultat du soudage.
La figure 5 représente, en coupe, -'association du procédé de soudage objet de cette invention et des procédés classiques.
Les différents types de boîtiers de composants utilisés en électonique sont représentés figure 1. Le composant (1) est à broches traversantes. Les autres composais sont pour montage en surface avec broches recourbées vers extérieur (2), vers l'intérieur (3) ou encadrant le composant i4). Les composants sont présentés montés sur la face éléments ;5) du circuit imprimé (6). L'autre face (7) qui sera ulrérieurement en contact avec le bain d'étain/plomb en fusion s'appelle face soudure.
Un exemple de réalisation du chemin de capillarité est présenté figure 2. La broche (8) du composant (2) repose sur une pastille métallique (9) qui est en continuité métallique avec un trou métallisé (10), lui même en continuité métallique avec une autre pastille métallique (11) située face soudure (7) du circuit imprimé (6). C'est cette pastille (11) qui amorce la remontée de l'étain/plomb dans le trou métallisé (10) lors du passage au dessus du bain dlétain/plomb en fusion. L'étain/plomb traverse ainsi le circuit imprimé (6) et se fixe à la fois sur la pastille métallique (9) et tout autour de la broche (8). Avant passage en vague, le circuit imprimé (6) dépouillé de ses composants (2) peut être éventuellement recouvert face éléments (5) d'un flux résineux qui décape la pastille métallique (9) et la broche du composant (8).Le composant (2) est alors présenté sur le circuit imprimé (6) et s'y maintient du fait d'un collage (12) ou de l'adhérence du flux résineux.
L'ensemble circuit (6) et composant (2) est alors chargé sur le chariot convoyeur (13) d'une machine à souder à la vague représentée figure 3. Le chariot passe au dessus du bac (14) contenant du flux résineux liquide (15) et gazeux (16). Le flux lèche la face soudure (7) du circuit imprimé (6) et décape la pastille métallique (11) et le trou métallisé (10). Le chariot convoyeur (13) passe ensuite au dessus du dispositif de préchauffage (17) qui élimine les alcools du flux résineux et réchauffe l'ensemble circuit (6) et composant (2), évitant ainsi tout choc thermique. Le chariot convoyeur (13) passe enfin au dessus de la cuve (18) remplie d'étain/plomb en fusion (19) en circulation dans le sens (20).
L'étain/plomb liquide lèche la pastille métallique (11) puis s'engoufre dans le trou métallisé (10) etjaillit face éléments (5), enrobant la broche (8) et la pastille métallique (9).
Le détail de la soudure (21) ainsi obtenue est représenté figure 4. La soudure enrobe la broche (8) et remplit le trou métallisé (10). Le déssoudage s'éffectue en chauffant les pastilles métalliques (11) et en aspirant le composant (2) face élément ( 5).
Le soudage simultané de composants à broches traversantes (1) et à montage en surface (2) et (22) est représenté figure 5. Le composant (22) est fixé au circuit imprimé (6) par une goutte de colle (23). Lors du passage au dessus du bain d'étain/plomb, le composant (1) se soude de manière classique par dépôt de soudure entre ses broches (24) et les pastilles métalliques (25), le composant (22) résistant à 2500C se soude au trempé par dépôt d'étain/plomb entre la broche (26) et la pastille métallique (27). Le composant (2) se soude comme décrit précedemment figure 3 et 4.
Le procédé selon l'invention est particulièrement destiné à l'industrie electronique, pour souder sur circuit imprimé, des composants pour montage en surface.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1) Procédé de soudage des broches (8) d'un composant pour montage en surface (2) sur les pastilles (9) d'un circuit imprimé (6) caractérisé en ce qu'il met en oeuvre une machine à souder à la vague traditionnelle comportant une cuve à flux résineux (14), un dispositif de préchauffage (17) et un bain d'étain/plomb en fusion (19) et qu'il utilise des chemins de capillarité traversant le circuit imprimé (6) pour faire remonter l'étain/plomb en fusion (19) au niveau des broches (8) et des pastilles (9) réalisant ainsi le soudage de ces broches (8) sur les pastilles (9).
2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le chemin de capillarité est constitué d'une pastille métallique (11) face soudure (7), d'un trou métallisé (10) et d'une pastille métallique (9) face éléments (5), les pastilles et trous étant en continuité métallique.
3) Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'axe du trou du trou métallisé (10) est situé à proximité, soit 25 mm maximumm, de la zone de contact de la broche (8) et de la pastille (9).
4) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le chemin de capillarité est décapé avant soudage, face éléments (5), par application d'un flux résineux et face soudure (7), par passage au dessus de la cuve à flux résineux (14).
5) Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le flux résineux appliqué face éléments (5) assure le maintien du composant (2) sur le circuit imprimé (6).
6) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit imprimé (6) constitue un écran pour protéger le composant (2) de la température élevée de l'étain/plomb en fusion (19) lors du passage au dessus du bain d'étain/plomb.
7) Procédé selon les revendication 1, 2 et 3 précédentes caractérisé par le fait que l'étain/plomb (21) enrobe les broches (8) des composants (2), réalisant ainsi avec la pastille métallique (9) une soudure d'excellente qualité.
8) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on peut souder face éléments (5) tous types de composant pour montage en surface, indépendemment de leur forme, de leur nombre de broches et de la forme de ces broches.
9) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on peut souder face éléments (5) des composants pour montage en surface (2) et des composants à broches traversantes (1), et face soudure (7) des composants pour montage en surface (22) résistant à 250 C.
10) Procédé selon les revendications 1, 2, 3, 7, 8 et 9 caractérisé par le fait que l'absence de pâte à souder et des micro - billes qui en résultent rend possible l'emploi de circuits imprimés très denses avec écartements de pistes inférieurs à 1 mm.
11) Procédé selon les revendications 1, 6, 8 et 9 caractérisé par le fait que le circuit imprimé (6) n'a pas besoin d'être renforcée de matériaux tels que le cuivre /invar /cuivre ou les fibres de carbone.
12) Procédé selon les revendications 1, 2, 3, 7, 8 et 9 caractérisé par le fait que les chemins de capillarité peuvent être également utilisés pour déssouder les composants.
13) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le circuit imprimé peut être par extension tout équivalent fonctionnel, tels les circuits obtenus par moulage et métallisation de plastique ou les circuits céramiques sérigraphiés par encre conductrice.
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