FR2683114A1

FR2683114A1 - INSTALLATION FOR THE PROCESSING OF CIRCUIT BOARDS PRINTED BY A FLOW.

Info

Publication number: FR2683114A1
Application number: FR9113275A
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
Also published as: WO1993009653A1

Abstract

An apparatus for treating printed circuit boards with a flux, including a chamber receiving a printed circuit board, wherein said chamber (16) is at least half sealed and said board (10) is placed in the chamber so as to define an upper space (24) and a lower space (26) on either side of the board. Devices (28, 60) for micro-spraying the flux are located in at least one of the spaces, while a suction device (36) operating for a set time is placed in at least the other space.

Description

INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT DE CARTES
DE CIRWTT IMPRIME PAR UN FLUX
La présente invention a pour objet une installation pour le traitement de cartes de circuit imprimé par un flux.INSTALLATION FOR CARD PROCESSING
OF CIRWTT PRINTED BY A FLOW
The present invention relates to an installation for the treatment of printed circuit boards by a flow.

On sait que la fixation et la liaison électrique entre les éléments de connexion de composants électroniques et les pistes conductrices d'une carte de circuit imprimé se réalisent le plus souvent par une opération de soudage par apport de métal. Cette opération de soudage, lorsqu'il s'agit de circuits qui doivent être réalisés en grand nombre, est effectuée maintenant par la technique dite de soudage à la vague. Qu'il s'agisse d'un soudage à la vague ou de tout autre type de soudage, une opération préliminaire au soudage proprement dit consiste dans le fait de nettoyer et de décaper les surfaces conductrices qui doivent être reliées entre elles par le métal de soudure ou de brasure afin de permettre une adhérence correcte de ce métal de soudage sur les éléments conducteurs. Le produit de décapage utilisé est appelé flux. Il peut se présenter sous forme d'une pate, d'un liquide, etc., selon les types de soudure ou de brasage considérés. It is known that the fixing and the electrical connection between the connection elements of electronic components and the conductive tracks of a printed circuit board are most often carried out by a welding operation by adding metal. This welding operation, when it comes to circuits which must be produced in large numbers, is now carried out by the technique known as wave welding. Whether it is a wave welding or any other type of welding, a preliminary operation to the actual welding consists in cleaning and pickling the conductive surfaces which must be connected together by the metal of solder or solder in order to allow correct adhesion of this welding metal to the conductive elements. The pickling product used is called flux. It can be in the form of a paste, a liquid, etc., depending on the types of soldering or brazing considered.

Il est particulièrement important que cette opération de décapage des surfaces conductrices à relier soit réalisée, même dans les zones les moins facilement accessibles telles que l'espace très limité qui existe entre les trous métallisés réalisés dans la carte de circuit imprimé et les pattes des composants électroniques qui doivent être fixées sur les cartes. It is particularly important that this pickling operation of the conductive surfaces to be connected is carried out, even in the least easily accessible areas such as the very limited space which exists between the metallized holes made in the printed circuit board and the tabs of the components. which must be fixed on the cards.

En effet, les dimensions de l'espace libre sont très réduits et on comprend que, par les techniques connues, il est difficile d'assurer que le flux pénètre et circule effectivement dans ces orifices de dimensions très réduites.Indeed, the dimensions of the free space are very small and it is understood that, by known techniques, it is difficult to ensure that the flow effectively penetrates and circulates in these orifices of very small dimensions.

En outre, dans le cas d'opérations portant sur de grandes quantités de cartes à circuit imprimé, ce qui est typiquement le cas du soudage à la vague, il est nécessaire que la pénétration du flux dans toutes les parties de la carte à décaper soit obtenue non seulement de façon efficace mais également de façon rapide, compatible avec les cadences de soudage à la vague. In addition, in the case of operations involving large quantities of printed circuit boards, which is typically the case with wave soldering, it is necessary that the penetration of the flux in all the parts of the board to be stripped is obtained not only efficiently but also quickly, compatible with wave welding rates.

Un objet de la présente invention est de fournir une installation pour le traitement par un flux de cartes de circuit imprimé qui réponde aux deux impératifs mentionnés ci-dessus mieux que les techniques de l'art antérieur. An object of the present invention is to provide an installation for processing by a flow of printed circuit boards which meets the two requirements mentioned above better than the techniques of the prior art.

Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'installation pour le traitement de cartes de circuit imprimé par un flux comprend une enceinte pour recevoir la carte à circuit imprimé et elle se caractérise en ce que l'enceinte est au moins semi-étanche, en ce que la carte est disposée dans l'enceinte pour définir un volume supérieur et un volume inférieur, en ce que des moyens pour produire une micro-pulvérisation du flux vers ladite carte sont disposés dans au moins un desdits volumes et en ce que des moyens pour créer un phénomène d'aspiration pendant une durée déterminée sont disposés dans au moins l'autre volume. To achieve this object, according to the invention, the installation for processing printed circuit boards by a flux comprises an enclosure for receiving the printed circuit board and it is characterized in that the enclosure is at least semi-sealed , in that the card is arranged in the enclosure to define a higher volume and a lower volume, in that means for producing a micro-spraying of the flow towards said card are arranged in at least one of said volumes and in that means for creating a phenomenon of aspiration for a determined period are arranged in at least the other volume.

On comprend qu'ainsi au lieu d'avoir un répandage du flux statique comme dans les techniques connues précédemment, on a une circulation effective du flux entre les deux faces de la carte à circuit imprimé et donc à l'intérieur en particulier des trous métallisés de cette carte grâce à l'aspiration qui est créée sur un côté de la carte favorisant ainsi le passage du flux, notamment dans les trous métallisés. It is understood that thus instead of having a spread of the static flux as in the techniques known previously, there is an effective circulation of the flux between the two faces of the printed circuit board and therefore inside in particular the metallized holes. of this card thanks to the suction which is created on one side of the card thus favoring the passage of the flow, in particular in the metallized holes.

Par simplification dans la suite de la description, on appellera "fluxage" l'opération consistant à répandre le flux sur la carte de circuit imprime. For simplification in the following description, the operation consisting in spreading the flux on the printed circuit board will be called "fluxing".

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 en élévation longitudinale d'une installation de fluxage ; et
- la figure 2 est une vue de l'installation de la figure 1 en coupe selon la ligne II-II de la figure 1.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 longitudinal elevational view of a fluxing installation; and
- Figure 2 is a view of the installation of Figure 1 in section along the line II-II of Figure 1.

Sur la figure 1, on a représenté une carte de circuits imprimés 10 montée sur son cadre support 12 de type classique. In Figure 1, there is shown a printed circuit board 10 mounted on its support frame 12 of conventional type.

Par simplification on n'a pas représenté les ocmposants électroniques déjà mis en place sur la carte et qui doivent être soudés sur celle-ci. Le cadre support 12 de forme rectangulaire est lui-même monté sur un convoyeur linéaire 14 qui permet de déplacer de façon continue les cartes de circuit imprimé entre les différents postes du circuit de soudage et notamment le poste de fluxage.For the sake of simplicity, the electronic components already installed on the card have not been shown and which must be soldered thereon. The support frame 12 of rectangular shape is itself mounted on a linear conveyor 14 which makes it possible to continuously move the printed circuit boards between the various stations of the welding circuit and in particular the fluxing station.

L'installation de fluxage comporte tout d'abord une enceinte 16 constituée par une demi-enceinte supérieure 18 et une demi-enceinte inférieure 20. Par exemple, chacune des demi-enceintes a une forme générale parallélépipédique. Comme on le voit mieux sur la figure 2, la demi-enceinte inférieure 20 est fixe alors que la demi-enceinte supérieure 18 peut être soulevée verticalement de manière à dégager un espace entre les bords libres, respectivement 18a et 20a, des demi-enceintes. La demi-enceinte 18 peut être soulevée verticalement par des moyens de levage schématisés en 22. Dans un plan horizontal, les dimensions de l'enceinte 16 sont inférieures à celles du cadre 12 de supportage des cartes de circuits imprimés. Le système de convoyage linéaire 14 est disposé de telle manière que, lorsque la demi-enceinte 18 est soulevée, la carte de circuit imprimé avec son support 12 est amenée au-dessus du bord libre 20a de l'enceinte inférieure 20 de telle manière que le support 12 recouvre sensiblement le rebord. Lorsque la demi-enceinte supérieure 18 est abaissée, son rebord périphérique 18a vient au contact de la face supérieure du cadre de l'élément support 12. The fluxing installation firstly comprises an enclosure 16 constituted by an upper half-enclosure 18 and a lower half-enclosure 20. For example, each of the half-enclosures has a generally parallelepiped shape. As best seen in Figure 2, the lower half-enclosure 20 is fixed while the upper half-enclosure 18 can be lifted vertically so as to leave a space between the free edges, respectively 18a and 20a, of the half-enclosures . The half-enclosure 18 can be lifted vertically by lifting means shown diagrammatically at 22. In a horizontal plane, the dimensions of the enclosure 16 are smaller than those of the frame 12 for supporting printed circuit boards. The linear conveying system 14 is arranged in such a way that, when the half-enclosure 18 is raised, the printed circuit board with its support 12 is brought above the free edge 20a of the lower enclosure 20 so that the support 12 substantially covers the rim. When the upper half-enclosure 18 is lowered, its peripheral rim 18a comes into contact with the upper face of the frame of the support element 12.

Ainsi, l'enceinte 16 constituée par les demi-enceintes 18 et 20 est du type semi-étanche puisqu'une certaine étanchéité est réalisée par le poids propre et éventuellement par des moyens de pressage de la demi-enceinte supérieure 18. Le circuit imprimé 10 avec son cadre support 12 définit ainsi dans l'enceinte 16 un volume supérieur 24 et un volume inférieur 26. Le volume inférieur 26 disposé en dessous du circuit imprimé 10 est muni d'une rampe 28 de micro-pulvérisation du flux. La rampe 28 comporte un certain nombre de buses telles que 30 réparties sur la largeur de l'enceinte 16 et tournées vers la carte 10. Cette rampe est mobile en translation selon la direction D parallèle à la longueur de l'enceinte. La rampe 28 est alimentée par un réservoir de flux 32 via des canalisations telles que 34.Thus, the enclosure 16 constituted by the half-enclosures 18 and 20 is of the semi-sealed type since a certain seal is achieved by the self-weight and possibly by means of pressing the upper half-enclosure 18. The printed circuit 10 with its support frame 12 thus defines in the enclosure 16 an upper volume 24 and a lower volume 26. The lower volume 26 disposed below the printed circuit 10 is provided with a ramp 28 for micro-spraying of the flow. The ramp 28 comprises a number of nozzles such as 30 distributed over the width of the enclosure 16 and turned towards the card 10. This ramp is movable in translation in the direction D parallel to the length of the enclosure. The ramp 28 is supplied by a flow reservoir 32 via pipes such as 34.

La demi-enceinte supérieure 18 est munie d'une buse de sortie 36 qui est reliée par la canalisation 38 à une source de vide 40 par l'intermédiaire d'une électrovanne 42. La source de vide est reliée, de préférence, à une pompe à vide 44 par l'intermédiaire d'une deuxième électrovanne 46. En outre, dans la demi-enceinte inférieure 20, sont prévus des buses telles que 48 pour injecter un gaz inerte à l'intérieur de l'ensemble de l'enceinte à partir d'une réserve de gaz inerte 50 via une électrovanne de commande 52. Il s'agit par exemple d'azote. Un dispositif central de commande 54 permet par des moyens électroniques de piloter le fonctionnement des électrovannes 42, 46 et 52 ainsi que de la pompe à vide 44. The upper half-enclosure 18 is provided with an outlet nozzle 36 which is connected by the pipe 38 to a vacuum source 40 by means of a solenoid valve 42. The vacuum source is preferably connected to a vacuum pump 44 by means of a second solenoid valve 46. In addition, in the lower half-enclosure 20, nozzles such as 48 are provided for injecting an inert gas inside the entire enclosure from an inert gas reserve 50 via a control solenoid valve 52. This is for example nitrogen. A central control device 54 makes it possible by electronic means to control the operation of the solenoid valves 42, 46 and 52 as well as of the vacuum pump 44.

Le fonctionnement de l'installation de fluxage est le suivant : dans une position d'attente, la demi-enceinte supérieure 18 est en position relevée. Le convoyeur 14 apporte la carte de circuit imprimé 10 avec son support 12 dans une position telle que le support en forme de cadre 12 recouvre le rebord 20a de la demi-enceinte inférieure 20. Dans cette position de la carte à circuit imprimé, les organes de commande 22 provoquent l'abaisse- ment de la demi-enceinte supérieure 18. On réalise ainsi une enceinte semi-étanche avec les volumes supérieur 24 et inférieur 26 disposés de part et d'autre de la carte à circuit imprimé 10. Puis le circuit général de commande 54 commande le réservoir d'alimentation en flux 32 pour que celui-ci alimente la rampe de micro-pulvérisation 28. Simultanément, des moyens de transfert non représentés commandent le déplacement de la rampe 28 selon la direction D sur toute la longueur de la carte de circuit imprimé avec une vitesse prédéterminée. Dans certains cas, on peut prévoir plusieurs allers et retours de la rampe. A la fin de ce déplacement qui a permis l'épandage de flux par micro-pulvérisation sur la totalité du circuit imprimé et au moins les éléments de connexion des composants électroniques qui doivent être fixés sur la carte, le circuit général de commande 54 commande l'électrovanne 42 qui met ainsi en liaison la réserve de vide 40 avec le volume supérieur 24 de l'enceinte 16. On réalise ainsi un phénomène d'aspiration dans le volume supérieur de l'enceinte qui favorise le passage du flux en particulier dans les trous métallisés entourant les pattes des composants électroniques à souder sur la carte. Le vide partiel ainsi créé favorise également l'extraction du surplus de flux, ainsi que son épandage à tous les endroits nécessaires. Au bout d'une durée prédéterminée, la vanne 42 est fermée et on commande l'introduction par les buses 48 de gaz inerte dans l'ensemble de l'enceinte, par exemple d'azote. Puis on ouvre la vanne 46 pour que la pompe à vide 44 reconstitue la réserve de vide. Alors la vanne 46 est fermée et l'installation est prête pour une nouvelle opération de fluxage. The operation of the fluxing installation is as follows: in a standby position, the upper half-enclosure 18 is in the raised position. The conveyor 14 brings the printed circuit board 10 with its support 12 in a position such that the frame-shaped support 12 covers the edge 20a of the lower half-enclosure 20. In this position of the printed circuit board, the organs 22 cause the lowering of the upper half-enclosure 18. A semi-sealed enclosure is thus produced with the upper 24 and lower 26 volumes arranged on either side of the printed circuit board 10. Then the general control circuit 54 controls the flow supply reservoir 32 so that it feeds the micro-spraying boom 28. Simultaneously, transfer means not shown control the movement of the boom 28 in the direction D over the entire length of the printed circuit board with a predetermined speed. In some cases, there can be several back and forth ramps. At the end of this movement which has allowed the spreading of flux by micro-spraying over the entire printed circuit and at least the connection elements of the electronic components which must be fixed to the card, the general control circuit 54 controls the solenoid valve 42 which thus links the vacuum reserve 40 with the upper volume 24 of the enclosure 16. This produces a phenomenon of aspiration in the upper volume of the enclosure which promotes the passage of the flow in particular in the metallized holes surrounding the tabs of the electronic components to be soldered on the card. The partial vacuum thus created also favors the extraction of the surplus flux, as well as its spreading in all the necessary places. At the end of a predetermined period, the valve 42 is closed and the introduction by the nozzles 48 of inert gas into the entire enclosure, for example nitrogen, is controlled. Then the valve 46 is opened so that the vacuum pump 44 reconstitutes the vacuum reserve. Then the valve 46 is closed and the installation is ready for a new fluxing operation.

On comprend qu ainsi on obtient une circulation dynamique du flux de décapage sur la face inférieure de la carte et également dans les trous métallisés qui traversent celles-ci en raison de l'aspiration créée dans le volume supérieur 24. Le flux vient donc décaper et traiter effectivement toutes les zones métalliques conductrices qui seront ultérieurement concernées par l'opération de soudage ou de brasage. On obtient de plus une uniformisation du fluxage. De plus, la totalité des vapeurs émises durant l'opération de fluxage sont récupérées par la pompe d'aspiration et les filtres associés. It is understood that in this way a dynamic circulation of the pickling flux is obtained on the underside of the card and also in the metallized holes which pass through them due to the suction created in the upper volume 24. The flux therefore comes to etch and effectively treat all conductive metal areas which will subsequently be affected by the welding or soldering operation. In addition, uniform fluxing is obtained. In addition, all of the vapors emitted during the fluxing operation are recovered by the suction pump and the associated filters.

Selon une variante de réalisation représentée en pointillés sur les figures 1 et 2, le volume supérieur 24 peut également être muni d'une rampe de micro-pulvérisation de flux 60 qui est déplacée en translation en synchronisme avec la rampe 28. According to an alternative embodiment shown in dotted lines in FIGS. 1 and 2, the upper volume 24 can also be provided with a flow micro-spraying boom 60 which is moved in translation in synchronism with the boom 28.

De même, la demi-enceinte inférieure 20 peut être munie d'une buse 62 d'aspiration reliée à la réserve de vide 40. En combinant convenablement les phases de micro-pulvérisation à la rampe 28 et les phases de micro-pulvérisation à l'aide de la rampe supérieure 60 peut optimiser l'épandage du flux sur la totalité des portions métalliques à traiter.Likewise, the lower half-enclosure 20 can be provided with a suction nozzle 62 connected to the vacuum reserve 40. By suitably combining the micro-spraying phases with the boom 28 and the micro-spraying phases with the using the upper ramp 60 can optimize the spreading of the flow over all of the metal portions to be treated.

Les essais effectués à l'aide de la machine qui vient d'être décrite ont montré que les meilleurs résultats étaient obtenus avec une pulvérisation par la rampe supérieure 60 de six secondes, suivi d'une pulvérisation à l'aide de la rampe inférieure 28 de 10 secondes et une aspiration à l'aide de la buse d'aspiration supérieure 36 de 14 secondes, puis remise en pression en atmosphère neutre par les buses 48 d'injection de gaz inerte. The tests carried out using the machine which has just been described have shown that the best results are obtained with a spraying by the upper ramp 60 for six seconds, followed by a spraying using the lower ramp 28 of 10 seconds and suction using the upper suction nozzle 36 of 14 seconds, then pressurized in a neutral atmosphere by the nozzles 48 for injecting inert gas.

On comprend au vu de la description précédente que l'étape de fluxage des cartes à circuit imprimé préalable à l'étape de soudage peut être réalisée entièrement automatiquement tout en obtenant une excellente efficacité du fluxage dans toutes les zones de métallisation à traiter. It is understood from the previous description that the step of fluxing printed circuit boards prior to the soldering step can be carried out entirely automatically while obtaining excellent efficiency of fluxing in all the metallization zones to be treated.

Claims

1. Installation for the processing of printed circuit boards by a stream comprising an enclosure for receiving said printed circuit board, characterized in that said enclosure (16) is at least semi-sealed, in that said board (10) is disposed in the enclosure to define an upper volume (24) and a lower volume (26) on either side of the card, in that means (28, 60) for producing a micropulverization of said flow are arranged in at at least one of said volumes and in that means (36) for creating a phenomenon of aspiration for a determined period are arranged in at least the other volume.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the flow spraying means (28, 30) are arranged in the lower volume (26), and in that the suction means (36) are arranged in the volume upper (24).

3. Installation according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said enclosure (16) is constituted by a fixed lower half-enclosure (20) forming said lower volume (26), an upper half-enclosure (18 ) removable forming said upper volume (24) and in that it further comprises means (14) for placing said printed circuit card (10) with its support means (12) between said first and second half-enclosures.

4. Installation according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the means for creating a suction comprise a pipe (36, 38, 62) opening into the said volume or volumes (24, 26), a vacuum reserve (40) and means (42, 54) for controlling the communication of at least one of said volumes with said vacuum reserve.

5. Installation according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the means for producing a micro-spray (60) are also arranged in said upper volume (24).

6. Living room installation any one of claims 1 to 5, characterized in that said means for producing a micro-spray comprise a ramp (28, 60) movable in translation in a plane parallel to that of the card (10) nozzles (30) carried by said ramp turned towards said card and a flow reserve (32) connected to said ramp.