FR2682903A1

FR2682903A1 - Device for controlling the wave height in a wave soldering installation

Info

Publication number: FR2682903A1
Application number: FR9113276A
Authority: FR
Inventors: Brizais Jacqueline
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1993-04-30
Anticipated expiration: 2011-10-28
Also published as: FR2682903B1

Abstract

The invention relates to a device for controlling the wave height in a wave soldering installation comprising a soldering liquid tank, a vessel arranged in the said tank and fitted with at least one nozzle for creating a wave, propelling means for causing the soldering liquid to pass from the said tank into the said vessel in order to create the wave and means for moving, above the nozzle, a printed-circuit board to be soldered, characterised in that it comprises a well (70) open at its upper part (72) and brought into communication with the said nozzle (36) via a conduit (76) in such a way that the said soldering liquid fills the said conduit and penetrates into the said well, and means (80) for detecting the level (78) of the soldering liquid in the said well.

Description

DISPOSUIF DE CONTROLE DE HAUTEUR DE VAGUE
DANS UNE INSTALLATION DE SOUDAGE A LA VAGUE
La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de hauteur de vague dans une installation de soudage à la vague.WAVE HEIGHT CONTROL DEVICE
IN A WAVE WELDING INSTALLATION
The present invention relates to a wave height control device in a wave welding installation.

Les installations de soudage à la vague sont bien connues maintenant. Elles comprennent essentiellement une enceinte allongée dans laquelle on déplace longitudinalement des cartes de circuit imprimé sur lesquelles des composants électroniques doivent être soudés. A l'intérieur de l'enceinte, on trouve un dispositif de création de vague qui sert à élaborer sur toute la largeur de la plaque de circuit imprimé une ou plusieurs vagues successives du liquide de soudure afin de réaliser le soudage des éléments de connexion des composants sur la carte. Wave soldering facilities are well known now. They essentially comprise an elongated enclosure in which printed circuit boards are moved longitudinally on which electronic components are to be soldered. Inside the enclosure, there is a wave creation device which is used to develop over the entire width of the printed circuit board one or more successive waves of the solder liquid in order to perform the welding of the connection elements of the components on the board.

Par ailleurs, il est connu que, pour obtenir une bonne qualité de soudage, il est nécessaire que la hauteur de la vague arrive entre les deux-tiers et les trois-quart de l'épaisseur de la carte sur laquelle on veut souder les composants électroniques. Furthermore, it is known that, in order to obtain good quality welding, it is necessary for the height of the wave to reach between two-thirds and three-quarter of the thickness of the card on which the components are to be welded. electronic.

L'épaisseur de la carte étant de l'ordre de 1,8 mm, on comprend que ce réglage est délicat. Certes, la carte est parfaitement positionnée par rapport au dispositif de création de vague à l'aide du convoyeur sur lequel la carte est montée mais le réglage effectif de hauteur de vague et le maintien constant de cette hauteur durant les opérations successives de soudage est critique.The thickness of the card being of the order of 1.8 mm, it is understood that this adjustment is delicate. Admittedly, the card is perfectly positioned relative to the wave creation device using the conveyor on which the card is mounted, but the effective adjustment of wave height and the constant maintenance of this height during successive welding operations is critical. .

Dans les installations connues jusqu'ici, le réglage de la hauteur de vague est effectué en commandant la vitesse de rotation de propulseurs, tels que des hélices qui entraînent la circulation du liquide de soudure entre une cuve de stockage et un bac de création de vague, c'est-à-dire le débit du liquide formant la vague. Le brevet français No. 84 17448 décrit un tel dispositif de création de avague. In the installations known up to now, the adjustment of the wave height is effected by controlling the speed of rotation of propellants, such as propellers which cause the circulation of the welding liquid between a storage tank and a wave creation tank. , i.e. the flow of the liquid forming the wave. French patent No. 84 17448 describes such an avague creation device.

On comprend qu'avec les techniques antérieures, en contralant de façon très précise dans une phase initiale la vitesse de rotation des propulseurs, on peut définir très précisément la hauteur de vague initiale mais cette hauteur risque d'être modifiée au cours de l'utilisation de la machine du fait par exemple de la modification de la vitesse de rotation effective des propulseurs ou de certaines instabilités de circulation du liquide de soudure. We understand that with the previous techniques, by controlling very precisely in an initial phase the speed of rotation of the thrusters, we can very precisely define the initial wave height but this height may be modified during use of the machine due, for example, to the modification of the effective rotation speed of the thrusters or to certain instabilities in the circulation of the welding liquid.

En outre, dans le cas où des composants sont montés sur la face inférieure de la carte, c'est-à-dire celle qui est tournée vers le dispositif de création de vague, il est particulièrement important de contrôler la pression de la vague sur la face inférieure de la carte afin de chasser les bulles de gaz qui peuvent rester emprisonnées entre les composants et la face inférieure de la carte. En effet, la présence de bulles d'air ou d'azote ou de micro-bulles d'air ou d'azote risque d'altérer très sensiblement la qualité de la soudure obtenue. In addition, in the case where components are mounted on the underside of the card, that is to say the one facing the wave creation device, it is particularly important to control the pressure of the wave on the underside of the card in order to expel gas bubbles which can remain trapped between the components and the underside of the card. Indeed, the presence of air bubbles or nitrogen or micro-bubbles of air or nitrogen risks very significantly altering the quality of the weld obtained.

Pour remédier à ces inconvénients, un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de contrôle de hauteur de vague qui permette à chaque instant de contrôler la hauteur effective de la vague afin de la ramener à sa valeur de consigne. To remedy these drawbacks, an object of the present invention is to provide a wave height control device which makes it possible at all times to control the effective height of the wave in order to bring it back to its set value.

Pour atteindre ce but, selon l'invention, le dispositif de contrôle de hauteur de vague dans une installation de soudage à la vague comprenant une cuve de liquide de soudage, un bac disposé dans ladite cuve et muni d'au moins une buse de création d'une vague, et des moyens pour provoquer le passage du liquide de soudure de ladite cuve dans ledit bac pour créer la vague et des moyens pour déplacer au-dessus de la buse une carte de circuit imprimé à souder, se caractérise en ce qu'il comprend un puits ouvert à sa partie supérieure et mis en communication avec ladite buse par une conduite de telle manière que ledit liquide de soudage remplisse ladite conduite et pénètre dans ledit puits et des moyens pour détecter le niveau libre du liquide de soudage dans ledit puits. To achieve this object, according to the invention, the wave height control device in a wave welding installation comprising a tank of welding liquid, a tank disposed in said tank and provided with at least one creation nozzle of a wave, and means for causing the solder liquid to pass from said tank into said tank to create the wave and means for moving a soldering printed circuit board above the nozzle, is characterized in that '' it comprises a well open at its upper part and placed in communication with said nozzle by a pipe so that said welding liquid fills said pipe and enters said well and means for detecting the free level of welding liquid in said well.

Comme la carte de circuit imprimé recouvre la totalité de la vague formée par la buse, on comprend que la mesure de la hauteur de la surface libre du liquide de soudure dans le puits de détection donne non seulement une indication sur la hauteur de la vague mais également sur une éventuelle surpression exercée par celle-ci sur la face inférieure de la carte de circuit imprimé. As the printed circuit board covers the entire wave formed by the nozzle, it is understood that the measurement of the height of the free surface of the solder liquid in the detection well gives not only an indication of the height of the wave but also on any overpressure exerted by it on the underside of the printed circuit board.

Selon un mode préféré de mise en oeuvre, les moyens de mise en circulation du liquide de soudure comportent un propulseur dont la vitesse de rotation est commandée en fonction de la mesure de hauteur fournie par les moyens de détection. According to a preferred embodiment, the means for circulating the welding liquid comprise a propellant, the speed of rotation of which is controlled as a function of the height measurement provided by the detection means.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles
- la figure 1 est une vue de dessus d'une installation de soudage à la vague montrant l'implantation du dispositif de contrôle de hauteur de vague
- la figure 2 est une vue en coupe verticale selon la ligne II-II de la figure 1 ; et
- la figure 3 est une vue en coupe partielle selon la ligne III de la figure 1 montrant en détails le dispositif de mesure de hauteur de vague.Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following description of an embodiment of the invention given by way of non-limiting example. The description refers to the appended figures in which
- Figure 1 is a top view of a wave welding installation showing the installation of the wave height control device
- Figure 2 is a vertical sectional view along line II-II of Figure 1; and
- Figure 3 is a partial sectional view along line III of Figure 1 showing in detail the wave height measurement device.

En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on va décrire l'ensemble d'une installation de soudage à la vague. Referring first to Figures 1 and 2, we will describe the whole of a wave welding installation.

L'installation particulière décrite ici fait l'objet du dépôt d'une demande de brevet ce même jour au nom de la demanderesse.The particular installation described here is the subject of the filing of a patent application on the same day in the name of the applicant.

Cette installation se caractérise essentiellement en ce que son enceinte est étanche et en ce qu'on réalise un vide poussé à l'intérieur de cette enceinte durant la phase de soudage afin d'éviter d'une part l'oxydation des éléments conducteurs et d'autre part la présence de bulles de gaz lors de l'opération de soudage.This installation is essentially characterized in that its enclosure is sealed and in that a high vacuum is produced inside this enclosure during the welding phase in order to avoid on the one hand the oxidation of the conductive elements and of on the other hand the presence of gas bubbles during the welding operation.

On va décrire rapidement l'ensemble de cette installation. L'enceinte étanche 10 de forme allongée comporte un sas d'entrée 12 et un sas de sortie 14. A l'intérieur de l'enceinte, on trouve des convoyeurs auxiliaires 16 et 18 et un convoyeur principal 20 qui permet de déplacer une carte de circuit imprimé 22 depuis l'entrée de l'enceinte jusqu'à sa sortie en passant au-dessus d'un ensemble de création de vague portant la référence générale 24. Pour permettre l'inclinaison ou la modification de l'inclinaison de la carte de circuit imprimé lors de l'opération de soudage, l'ensemble de l'enceinte 10 peut pivoter autour d'un axe horizontal 26. Comme on l'expliquera ultérieurement plus en détails, le dispositif de création de vague comporte une cuve fixe externe 28 remplie du liquide de soudure 30 et dans laquelle est montée un bac de création de vagues 32. Dans l'exemple considéré, le bac est associé à deux buses de création de vague 34 et 36. Pour maintenir l'étanchéité, l'enceinte 10 comporte une jupe 40 qui pénètre en permanence dans le liquide de soudure 30 contenu dans la cuve 28. En outre, pour créer un vide à l'intérieur de l'enceinte 10 lors de l'opération de soudage, cette enceinte est reliée par une canalisation 41 à une pompe à vide 42. Sur la figure 1, on a également représentée dans le bac 32 et la cuve 28 des propulseurs 44 et 46 pour le liquide de soudure entraînés par des moteurs 48 et 50. We will quickly describe the whole of this installation. The watertight enclosure 10 of elongated shape comprises an inlet airlock 12 and an outlet airlock 14. Inside the enclosure, there are auxiliary conveyors 16 and 18 and a main conveyor 20 which makes it possible to move a card of printed circuit 22 from the entry of the enclosure to its exit passing over a wave creation assembly bearing the general reference 24. To allow the inclination or the modification of the inclination of the printed circuit board during the welding operation, the entire enclosure 10 can pivot around a horizontal axis 26. As will be explained later in more detail, the wave creation device comprises a fixed tank external 28 filled with solder liquid 30 and in which is mounted a wave creation tank 32. In the example considered, the tank is associated with two wave creation nozzles 34 and 36. To maintain the seal, the enclosure 10 has a skirt 40 which penetrates e permanently in the welding liquid 30 contained in the tank 28. In addition, to create a vacuum inside the enclosure 10 during the welding operation, this enclosure is connected by a pipe 41 to a pump vacuum 42. In FIG. 1, thrusters 44 and 46 have also been shown in the tank 32 and the tank 28 for the welding liquid driven by motors 48 and 50.

En se référant maintenant à la figure 3, on va décrire un mode préféré de réalisation du dispositif de contrôle de hauteur de vague. Bien entendu, ce dispositif pourrait être prévu dans une installation de soudage à la vague d'un type différent de celui qui a été décrit précédemment et notamment dans laquelle il est n'est pas fait un vide lors de l'opération de soudage. Referring now to Figure 3, we will describe a preferred embodiment of the wave height control device. Of course, this device could be provided in a wave welding installation of a different type from that which has been described previously and in particular in which there is no vacuum during the welding operation.

Sur cette figure 3, on a représenté la cuve 28 avec le liquide de soudure 30 et le bac interne 32 d'où sort une des buses, par exemple la buse 36, de formation de vague. In this FIG. 3, the tank 28 is shown with the welding liquid 30 and the internal tank 32 from which one of the nozzles, for example the nozzle 36, for wave formation, comes out.

Sur cette figure, et sur un prolongement 50 du bac 32, on a représenté plus en détails le propulseur 44. Celui-ci comporte à son extrémité inférieure une hélice 52 montée dans un compartiment 54 qui fait communiquer l'intérieur du bac 32 avec l'intérieur de la cuve 28. On comprend que par la mise en rotation de l'axe 56 du propulseur 44 on provoque le passage d'une quantité de liquide de soudure de la cuve à l'intérieur du bac 32 et donc dans la buse 36 de formation de vague. On comprend également que, en réglant la vitesse de rotation de l'axe 56, on définit le débit de liquide de soudure pénétrant dans le bac 32 et donc dans la buse 36. Sur la figure, on a représenté schématiquement une poulie 58 montée sur la deuxième extrémité de l'axe 56 qui est reliée cinématiquement à un moteur 60 à vitesse variable. In this figure, and on an extension 50 of the tank 32, the propellant 44 is shown in more detail. The latter comprises at its lower end a propeller 52 mounted in a compartment 54 which makes the interior of the tank 32 communicate with the inside the tank 28. It is understood that by the rotation of the axis 56 of the propellant 44 is caused the passage of a quantity of welding liquid from the tank inside the tank 32 and therefore in the nozzle 36 wave training. It is also understood that, by adjusting the speed of rotation of the axis 56, the flow rate of welding liquid penetrating into the tank 32 and therefore into the nozzle 36 is defined. In the figure, a pulley 58 mounted on the second end of the axis 56 which is kinematically connected to a variable speed motor 60.

Sur la figure 3, on a également représenté, disposée immédiatement au-dessus de la buse 36 de formation de vague, une carte 22 à circuit imprimé. Comme cela est bien connu la carte 22 est montée sur un cadre support 62. Le cadre support 62 est lui-même porté par le convoyeur principal 20 des figures 1 et 2. In Figure 3, there is also shown, arranged immediately above the wave-forming nozzle 36, a printed circuit board 22. As is well known, the card 22 is mounted on a support frame 62. The support frame 62 is itself carried by the main conveyor 20 of FIGS. 1 and 2.

Comme le montre mieux la figure 3, la carte 22 recouvre la totalité de la section de sortie 36a de la buse 36. En outre, on voit mieux sur cette figure que la position du convoyeur principal 20 définit la position de la carte 22 par rapport au bord 36a de la buse 36.As best shown in Figure 3, the card 22 covers the entire outlet section 36a of the nozzle 36. In addition, it is better to see in this figure that the position of the main conveyor 20 defines the position of the card 22 with respect to at the edge 36a of the nozzle 36.

Pour mesurer la hauteur de vague, l'intérieur de la buse 36 est relié à un puits de mesure 70 dont l'extrémité supérieure 72 est ouverte et dont le fond fermé 74 est raccordé à l'intérieur de la buse 36 par une canalisation en charge 76. On- comprend aisément que la hauteur de la surface libre 78 du liquide de soudure dans le puits 70 correspond exactement à la hauteur de la vague tant que celle-ci n'est pas soumise à une pression du fait de la présence de la carte 22. On comprend donc qu'en détectant la position de la surface libre 78 du liquide de soudure dans le puits 70 on en déduit une information correspondant à la hauteur de vague ou à la pression qu'exerce la vague sur la carte de circuit imprimé. Pour détecter cette hauteur, le dispositif de mesure comporte un capteur de distance 80 qui mesure la hauteur de la surface libre 78 par rapport à une référence fixe et transmet un signal électrique à un circuit de commande 82, ce signal électrique étant représentatif de la hauteur de la surface 78. Le circuit de commande 82 commande la vitesse de rotation du moteur 60 et donc la vitesse de rotation du propulseur 52. On peut ainsi adapter en permanence la vitesse de rotation du propulseur et donc le débit d'entrée du liquide de soudure dans le bac 32 à la hauteur effective de vague afin de corriger les fluctuations éventuelles de celle-ci en cours d'opération de soudage. To measure the wave height, the interior of the nozzle 36 is connected to a measurement well 70 whose upper end 72 is open and whose closed bottom 74 is connected to the interior of the nozzle 36 by a pipe in load 76. It is easy to understand that the height of the free surface 78 of the welding liquid in the well 70 corresponds exactly to the height of the wave as long as the latter is not subjected to pressure due to the presence of the card 22. It can therefore be understood that by detecting the position of the free surface 78 of the welding liquid in the well 70, information is deduced therefrom corresponding to the wave height or to the pressure exerted by the wave on the card. printed circuit board. To detect this height, the measuring device comprises a distance sensor 80 which measures the height of the free surface 78 relative to a fixed reference and transmits an electrical signal to a control circuit 82, this electrical signal being representative of the height of the surface 78. The control circuit 82 controls the speed of rotation of the motor 60 and therefore the speed of rotation of the propellant 52. It is thus possible to permanently adapt the speed of rotation of the propellant and therefore the inlet flow of the welding in the tank 32 at the effective wave height in order to correct any fluctuations thereof during the welding operation.

Le capteur de distance 80 est de préférence du type inductif puisque le liquide de soudure est métallique. Un tel capteur présente le double avantage d'être insensible à la température du liquide qui peut être de l'ordre de 2300C à 2600C et d'être sans contact avec le liquide. Ce deuxième point est très important car, en cas de contact, le phénomène de capillarité fausserait la mesure. Avec un tel capteur, on peut mesurer des distances entre 7 et 14 mm avec une précision du centième de millimètre. The distance sensor 80 is preferably of the inductive type since the welding liquid is metallic. Such a sensor has the double advantage of being insensitive to the temperature of the liquid which can be of the order of 2300C to 2600C and of being without contact with the liquid. This second point is very important because, in the event of contact, the phenomenon of capillarity would distort the measurement. With such a sensor, distances between 7 and 14 mm can be measured with an accuracy of one hundredth of a millimeter.

Ce contrôle de hauteur de vague permet de régler la pression du liquide de soudure sur la face inférieure de la carte de circuit imprimé 22, ce qui permet d'éliminer la présence éventuelle de bulles d'air. Il faut toutefois noter que dans le cas de l'installation décrite en liaison avec les figures 1 et 2, le fait que l'enceinte 10 soit maintenue sous un vide poussé permet déjà de régler le problème de dégazage de la carte de circuit imprimé. This wave height control makes it possible to adjust the pressure of the solder liquid on the underside of the printed circuit board 22, which eliminates the possible presence of air bubbles. It should however be noted that in the case of the installation described in connection with FIGS. 1 and 2, the fact that the enclosure 10 is maintained under a high vacuum already makes it possible to resolve the degassing problem of the printed circuit board.

On comprend également que ce système de détection permet, par commande du propulseur 52, d'adapter le niveau de la vague par rapport à la position de la carte 22 de telle manière que la hauteur de vague soit maintenue entre deux-tiers et trois-quart de l'épaisseur de la carte à circuit imprimé comme cela a été expliqué précédemment. It is also understood that this detection system makes it possible, by controlling the thruster 52, to adapt the level of the wave relative to the position of the card 22 so that the wave height is maintained between two-thirds and three- quarter of the thickness of the printed circuit board as previously explained.

Il va également de soi que le détecteur de niveau peut être monté sur le bac d'une installation de soudage à la vague dans laquelle l'enceinte est fixe et c'est le convoyeur qui peut pivoter à l'intérieur de l'enceinte. It also goes without saying that the level detector can be mounted on the tank of a wave welding installation in which the enclosure is fixed and it is the conveyor which can pivot inside the enclosure.

Claims

1. Wave height control device in a wave welding installation comprising a tank of welding liquid, a tank placed in said tank and provided with at least one nozzle for creating a wave, propellant means for causing the solder liquid to pass from said tank into said tank to create the wave and means for moving a soldering printed circuit board above the nozzle, characterized in that it comprises a well (70) open to its upper part (72) and placed in communication with said nozzle (36) by a pipe (76), such that said welding liquid fills said pipe and enters said well, and means (80) for detecting the level (78) welding liquid in said well.

2. Device according to claim 1, characterized in that said means (44, 52) for causing the passage of the welding liquid comprise means (60) for controlling the flow controlled as a function of said measurement of the height of the free surface in said well (70).

3. Device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said level detection means comprise an inductive sensor (80) mounted opposite the open end (72) of said well (70).