FR2795596A1 - Procede et installation de soudure de composants sur un support, tels que notamment des composants electriques et/ou electroniques sur un circuit imprime - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et une installation de soudure de composants sur un support, tels que notamment des composants électroniques et/ ou électriques sur un circuit imprimé.Lesdits composants et/ ou support (4) sont enduits, préalablement au traitement, en tout ou partie, d'au moins une pâte de soudage réagissant à la chaleur selon une courbe spécifique.L'installation comporte une enceinte de confinement (6) apte à recevoir les composants sur le support à souder (4), au moins une réserve (8, 11, 13) de fluide caloporteur (10), et des moyens (9) pour élever la température intérieure de ladite enceinte de confinement.Selon l'invention, ces moyens (9) sont constitués au moins de moyens de chauffage, aptes à provoquer le passage du fluide caloporteur en phase vapeur, coopérant avec des moyens de régulation afin que l'élévation de température décrive ladite courbe spécifique de ladite pâte de soudage.

Description

L'invention est relative à un procédé et une installation de soudure de composants sur un support, tels que notamment des composants électriques et/ou électroniques sur un circuit imprimé.

Bien que plus spécialement développée dans ce domaine, l'invention pourra trouver à s'appliquer dans d'autres domaines où l'on retrouvera les mêmes problèmes spécifiques engendrés.

Pour fixer et connecter des composants électriques et/ou électroniques sur un circuit imprimé, une première technique consiste en un procédé dit de soudure à la vague. Selon cette technique, le circuit imprimé, sur lequel les composants électriques et/ou électroniques sont installés, est mis en contact avec un bain d'étain qui va coopérer avec les zones de connexion. Selon une autre technique de soudure, notamment développée pour fixer et solidariser des composants montés en surface, on enduit, en tout ou partie, lesdits composants et/ou support d'une pâte de soudage réagissant à la chaleur selon une courbe spécifique, nécessitant au moins une étape de préchauffage, une étape de refusion et une étape de refroidissement.

Le circuit imprimé ainsi équipé est alors disposé dans une enceinte de confinement, dans laquelle on va élever la température, au niveau desdits composants et/ou support, de façon à permettre la soudure, à l'aide d'un fluide caloporteur, qui est notamment porté à ébullition pour créer dans l'enceinte une atmosphère saturée de vapeur dudit fluide caloporteur.

Selon un type de machine de soudure existant, l'intérieur de ladite enceinte de confinement est équipé d'un dispositif ascenseur permettant de faire évoluer les circuits à traiter dans trois zones superposées, dites d'assemblage, de préchauffage et de refroidissement, afin de mener à bien la soudure compte tenu des caractéristiques des pâtes de soudage.

Bien qu'apportant de bons résultats, de telles installations nécessitent la mise en oeuvre d'une mécanique de déplacement des éléments sophistiquées sujettes à grippage, notamment compte tenu des chocs thermiques et des réactions engendrées pendant le procédé de soudure et capable d'engendrer des vibrations néfastes à la soudure.

Par ailleurs, dans les dispositifs connus, les conditions spécifiques de mise en oeuvre de la pâte de soudage ne sont pas toujours respectées avec efficacité, ce qui peut engendrer non pas une soudure des composants électriques et/ou électroniques, mais leur collage , provoquant alors ultérieurement des dysfonctionnements du circuit.

En outre, les cycles imposés par de telles machines ne sont pas toujours compatibles avec des cadences élevées d'appareillage des cartes imprimées. II faut également noter l'importance du coût du fluide caloporteur utilisé, ce qui oblige une parfaite maîtrise de sa mise en oeuvre afin de maîtriser le coût de revient de la soudure.

Le but de la présente invention est de proposer un procédé et une installation de soudure de composants sur un support, tels que notamment des composants électriques et/ou électroniques sur un circuit imprimé, qui permettent de pallier les inconvénients des procédés et machines connus, en proposant la mise en oeuvre d'une technique fiable, maîtrisable, et efficace.

Un des buts de la présente invention est de proposer un procédé et une installation de soudure de composants sur un support qui permettent une maîtrise complète de la technique de soudage par refusion, notamment en prévoyant une corrélation adaptée de la pâte de soudage, et du fluide caloporteur utilisés afin que la température au niveau desdits composants et/ou supports décrive la courbe spécifique de ladite pâte de soudage.

Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et une installation de soudure de composants sur un support, autorisant un fonctionnement statique de l'opération de soudure, palliant tous défauts de cette dernière engendrés par d'éventuelles vibrations lors de la mise en oeuvre du processus.

Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et une installation de soudure de composants sur un support, qui permettent une bonne maîtrise du coût de l'étape de soudure et/ou la mise en oeuvre de cadences élevées, compatibles avec les cadences des fabrications actuelles. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et une installation de soudure de composants sur un support qui permettent une bonne gestion de l'utilisation du fluide caloporteur, et par suite une maîtrise de l'incidence du coût de celui-ci dans le processus de soudure.

D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Selon l'invention, le procédé de soudure de composants sur un support, tels que notamment des composants électriques et/ou électroniques sur un circuit imprimé, dans lequel on enduit en tout ou partie, lesdits composants et/ou support d'une pâte de soudage réagissant à la chaleur selon une courbe spécifique, nécessitant au moins une étape de préchauffage et une étape de refusion, puis on élève la température, au niveau desdits composants et/ou supports, de façon à permettre ladite soudure, à l'aide d'un fluide caloporteur, est caractérisé en ce que - on choisit ledit fluide caloporteur en fonction de ladite pâte de soudage, afin que la phase vapeur dudit fluide permet d'atteindre la température typique de refusion de la pâte de soudage, - on prévoit au moins deux étapes statiques d'élévation de température, l'une dite de préchauffage, l'autre dite de refusion, - on régule, selon le temps, l'élévation de température pendant lesdites étapes afin que ladite température au niveau desdits composants et/ou supports décrive ladite courbe spécifique de ladite pâte de soudage.

L'installation de soudure de composants sur un support, conçue pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, comportant une enceinte de confinement, apte à recevoir les composants sur le support à souder, au moins une réserve de fluide caloporteur, et des moyens pour élever la température intérieure de la dite enceinte de confinement, permettant de soumettre lesdits composants et/ou supports à une atmosphère saturée de vapeur dudit fluide caloporteur, lesdits composants et/ou support étant enduits, en tout ou partie d'une pâte de soudage réagissant à la chaleur selon une courbe spécifique, est quant à elle caractérisée en ce que les moyens pour élever la température intérieur de ladite enceinte de confinement sont constitués au moins de moyens de chauffage, aptes à provoquer le passage du fluide caloporteur en phase vapeur, coopérant avec des moyens de régulation afin que l'élévation de température décrive ladite courbe spécifique de ladite pâte de soudage.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faisant référence aux dessins annexés qui en font partie intégrante.

La figure 1 montre une vue schématique d'une installation de soudure de composants sur un support selon la présente invention.

La figure 2 montre, à titre d'exemple, divers profils de courbes spécifiques de pâtes de soudage utilisées dans l'installation de la figure 1.

La présente invention concerne un procédé de soudure de composants sur un support, tels que notamment des composants électriques et/ou électroniques sur un circuit imprimé.

Le procédé de soudure met en oeuvre une technique connue de soudure par refusion, selon laquelle lesdits composants et/ou supports à souder sont enduits préalablement, en tout ou partie, d'au moins une pâte de soudage réagissant à la chaleur selon une courbe spécifique nécessitant au moins une étape de préchauffage et une étape de refusion.

A ce sujet, la figure 2 montre un graphe représentant deux courbes spécifiques 1 ; 2 représentant la température en C en fonction du temps en secondes, et montrant l'évolution nécessaire de la température en fonction du temps pour atteindre une bonne soudure par refusion.

Sur les deux courbes, l'étape de préchauffage est identifiée par les repères 1' et 2', et l'étape de refusion est identifiée respectivement par les repères 1" et 2", celles-ci étant suivies d'une étape de refroidissement repérée 1 "' et 2"'.

Bien naturellement, les valeurs sont données à titre indicatif, la courbe 1 réagissant, pour la soudure, à une température de 215 C, et la courbe 2 concernant une pâte dont la température de refusion est de 175 C.

Cela étant, pour obtenir une bonne soudure selon cette technique, il est important que la température en fonction du temps, au niveau des composants et/ou support, décrive la courbe correspondante 1 ; 2 le plus fidèlement possible.

C'est ainsi, que selon le procédé de la présente invention postérieurement à l'enduction desdits composants et/ou support de la pâte de soudage choisie, on élève la température, au niveau desdits composants et/ou supports, de façon à permettre la soudure, ce à l'aide d'un fluide caloporteur.

Le fluide caloporteur sera choisi notamment parmi les liquides perfluorocarbonés, tels que notamment connu sous la marque FLUORINERT de la Société 3M FRANCE. Lorsque ce liquide est porté à ébullition, il se crée une atmosphère saturée de vapeur. A la pression atmosphérique, la température de la vapeur saturée est la même que celle du point d'ébullition du liquide.

Ainsi, lorsqu'une pièce froide entre dans la zone de vapeur, celle-ci enveloppe la pièce provoquant une condensation sur toutes les surfaces. Durant ce changement de phase, la chaleur latente stockée dans la vapeur est transférée à la pièce, fournissant ainsi la chaleur nécessaire à la refusion.

Cela étant, selon une caractéristique du procédé de la présente invention, on choisit ledit fluide caloporteur en fonction de ladite pâte de soudage afin que la phase vapeur dudit fluide permette d'atteindre au moins la valeur typique 1" ; 2" de refusion de la pâte de soudage.

De plus, on prévoit au moins deux étapes, statiques, d'élévation de température. Par statique, il faut comprendre que selon le procédé de l'invention, lesdits composants et/ou support sont assujettis à un traitement pendant lequel ils resteront immobiles, ceci notamment afin de prévenir tout phénomène de vibration préjudiciable à une soudure efficace.

Par ailleurs, les deux dites étapes vont correspondre à une étape de préchauffage, et à une étape de refusion, celles-ci correspondant à leur tour aux étapes caractéristiques de la pâte de soudage utilisée.

Enfin, selon le procédé de la présente invention, on régule, selon le temps, l'élévation de température pendant lesdites étapes, afin que ladite température au niveau desdits composants et/ou support décrive ladite courbe spécifique de la pâte de soudage utilisée, le plus fidèlement possible.

Selon une caractéristique additionnelle du procédé de la présente invention, on va également réguler avantageusement la température pendant ladite étape de refroidissement, spécifique de la pâte de soudage, afin que ladite température au niveau desdits comportants etlou supports décrive ladite courbe spécifique de la pâte de soudage considérée, dans cette phase postérieure à la refusion, le plus fidèlement possible.

Un tel procédé peut être mis en oeuvre dans l'installation 3 de soudure, objet de la présente invention, et illustrée à titre d'exemple à la figure 1.

Sur cette vue, les composants électriques et/ou électroniques à souder sur le circuit imprimé sont schématisés en 4, et sont respectivement disposés sur des grilles 5, notamment en inox, réparties régulièrement à l'intérieur d'une enceinte de confinement 6, notamment fermée par une porte frontale 7.

Le volume de l'enceinte de confinement sera fonction des dimensions des circuits à souder et de leur nombre à traiter en une seule opération.

L'installation 3 est également équipée d'au moins une réserve 8 de fluide caloporteur 10 et de moyens 9 pour élever la température intérieure de ladite enceinte de confinement 6. Plus précisément, pour permettre de soumettre lesdits composants et/ou support 4 à une atmosphère saturée de vapeur dudit fluide caloporteur 10, l'enceinte de confinement 6 présente, notamment, en partie inférieure un réservoir 11 de fluide caloporteur 10 équipé, de résistances 12, ou ensembles de résistances, aptes à être plongés dans le fluide caloporteur 10 contenu dans le réservoir 11.

Ces éléments constituent des moyens de chauffage, pour ladite installation, aptes à provoquer le passage du fluide caloporteur en phase vapeur, permettant de soumettre lesdits composants et/ou support 4, disposés dans l'enceinte 3, à une atmosphère saturée de vapeur du fluide caloporteur 10.

Ainsi, selon la présente invention, lesdits moyens 9 pour élever la température intérieure de l'enceinte de confinement 6 sont constitués au moins desdits moyens de chauffage décrits ci-dessus, ces derniers coopérant avec des moyens de régulation, non représentés sur la figure, afin que l'élévation de température, au niveau desdits composants et/ou support 4 préalablement enduits, en tout ou partie, d'une pâte de soudage, décrive la courbe spécifique 1 ; 2 de ladite pâte de soudage, le plus fidèlement possible.

En outre, selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, lesdits moyens de chauffage sont prévus pour autoriser deux allures de chauffe du fluide caloporteur 10, l'une pour ladite étape de préchauffage 1' ; 2', l'autre pour ladite étape de refusion 1" ; 2".

Pour permettre ces deux allures de chauffe, les moyens de chauffage comporteront deux résistances 12, ou ensembles de résistances. En ce qui concerne lesdits moyens de régulation, selon l'invention, ils sont avantageusement constitués, au moins, par un circuit de régulation électronique PID, apte à fonctionner soit selon un mode d'apprentissage, soit selon un mode normal.

Dans le mode d'apprentissage, le circuit de régulation PID, par l'intermédiaire d'un microcontrôleur, enregistrera les paramètres d'évolution de la température dans l'enceinte de confinement, par rapport à une courbe caractéristique 1 ; 2 de pâte de soudage connue et préenregistrée.

Une fois ce mode d'apprentissage terminé, l'installation sera à même à reproduire le cycle d'élévation de température, selon la pâte de soudage utilisée, en mode normal.

S'agissant du circuit de circulation du fluide caloporteur 10, soit en phase liquide, soit en phase vapeur, il est constitué au moins d'une cuve principale 13, sur laquelle est connectée une pompe 14 de circulation, apte à alimenter le réservoir 11 disposé à l'intérieur de ladite enceinte de confinement 6, ce via des canalisations 15 et électrovannes correspondantes 16.

Par ailleurs, l'installation de la présente invention comporte des moyens de recyclage, notamment équipés de moyens de condensation 18 et de moyens de filtration 24, afin de piéger et filtrer les gouttelettes de fluide caloporteur, lorsque l'étape de refusion est terminée.

Cela étant, selon une autre caractéristique additionnelle de l'invention, l'installation 3 présente en outre des moyens 19 pour refroidir lesdits composants et/ou support 4, postérieurement à ladite étape de refusion, coopérant avec lesdits moyens de régulation, afin que leur température décrive ladite courbe spécifique 1 ; 2 de la pâte de soudage utilisée, le plus fidèlement possible.

Ces moyens 19 effectuent le refroidissement en injectant par exemple de l'air atmosphérique, par l'intermédiaire notamment d'un ventilateur 20, l'air étant préalablement refroidi par un condenseur 21, et d'un registre 22 libérant une trappe 23, afin de mettre en communication cet air refroidi et l'intérieur de l'enceinte de confinement 6.

En outre, lesdits moyens de régulation précités permettront de gérer le déroulement de l'étape de refroidissement, notamment consécutivement aux étapes précédentes, selon ladite courbe caractéristique 1 ; 2 de la pâte de soudage utilisée. Par ailleurs, un ensemble d'électrovannes 25, 26, 27, pilotées par lesdits moyens de régulation permettent un bon fonctionnement du circuit de refroidissement du fluide caloporteur 10.

Cela étant, il est à noter que l'installation de la présente invention n'est pas nécessairement limitée à la mise en oeuvre d'une seule pâte de soudure, mais au contraire peut être adaptée afin de pouvoir pratiquer une soudure recto verso , lesdits composants et/ou support 4 étant préalablement alors enduits, en tout ou partie, respectivement de deux pâtes de soudage réagissant chacune à la chaleur selon une courbe spécifique 1 ; 2, différentes l'une de l'autre.

Alors, l'installation présente un double circuit de fluide caloporteur, et notamment deux cuves principales, deux pompes de circulation, deux circuits de régulation, etc.

Par ailleurs, les pâtes de soudage sont choisies avec des points de refusion différents, afin de ne pas perturber la première soudure lors de la réalisation de la seconde.

Par exemple, il est possible d'abord de mettre en oeuvre une première soudure, sur la face recto par exemple, avec une température spécifique de refusion de 215 , et de faire suivre un deuxième traitement à partir d'une pâte de soudage, sur la face verso par exemple, réagissant à une température de 175 C.

Bien naturellement, d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'homme du métier, pourraient être envisagés, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

En particulier, une gestion des deux fluides, par PC, peut permettre le stockage de x programmes mémorisés.

Claims (9)

<B>REVENDICATIONS</B>

1. Procédé de soudure de composants sur un support, tels que notamment des compostants électriques et/ou électroniques sur un circuit imprimé (4), dans lequel on enduit, en tout ou partie, lesdits composants et/ou support d'une pâte de soudage réagissant à la chaleur selon une courbe spécifique (1 ; 2) nécessitant au moins une étape de préchauffage (1' ; 2') et une étape de refusion (1" ; 2"), puis on élève la température, au niveau desdits composants et/ou support (4), de façon à permettre ladite soudure, à l'aide d'un fluide caloporteur (10), caractérisé par le fait que - on choisit ledit fluide caloporteur (10) en fonction de ladite pâte de soudage, afin que la phase vapeur dudit fluide (10) permette d'atteindre la température typique (1" ; 2") de refusion de la pâte de soudage, - on prévoit au moins deux étapes statiques d'élévation de température, l'une dite préchauffage, l'autre dite de refusion, - on régule, selon le temps, l'élévation de la température pendant lesdites étapes afin que ladite température au niveau desdits composants et/ou support décrive ladite courbe spécifique (1 ; 2) de ladite pâte de soudage.

2. Procédé selon la revendication 1, la courbe spécifique de ladite pâte de soudage présentant en outre une étape de refroidissement (1"' ; 2"'), procédé dans lequel on régule la température pendant ladite étape de refroidissement afin que ladite température au niveau desdits composants et/ou supports (4) décrive ladite courbe spécifique (1 ; 2) de ladite pâte de soudage.

3. Installation (3) de soudure de composants sur un support, conçue pour la mise en oeuvre du procédé de soudure selon la revendication 1, comportant une enceinte de confinement (6) apte à recevoir les composants sur le support à souder (4), au moins une réserve (8, 11, 13) de fluide caloporteur (10), et des moyens (9) pour élever la température intérieure de ladite enceinte de confinement (6), permettant de soumettre lesdits composants et/ou support (4) à une atmosphère saturée de vapeur dudit fluide caloporteur (10), lesdits composants et/ou support (4) étant enduits, en tout ou partie, d'une pâte de soudage réagissant à la chaleur selon une courbe spécifique (1 ; 2), caractérisée par le fait que les moyens (9) pour élever la température intérieure de ladite enceinte de confinement (6) sont constitués au moins de moyens de chauffage, aptes à provoquer le passage du fluide caloporteur en phase vapeur, coopérant avec des moyens de régulation afin que l'élévation de température décrive ladite courbe spécifique (1 ; 2) de ladite pâte de soudage.

4. Installation, selon la revendication 3, dans laquelle lesdits moyens de chauffage sont prévus pour autoriser deux allures de chauffe du fluide caloporteur (10), l'une pour ladite étape de préchauffage (1' ; 2'), l'autre pour ladite étape de refusion (1" ; 2").

5. Installation, selon la revendication 4, dans laquelle lesdits moyens de chauffage sont constitués par deux résistances (12), ou ensembles de résistances, plongés dans un réservoir (11) de fluide caloporteur (10) prévu à l'intérieur de ladite enceinte de confinement (6).

6. Installation, selon la revendication 3, dans laquelle lesdits moyens de régulation sont constitués, au moins, par un circuit de régulation électronique PID apte à fonctionner soit selon un mode d'apprentissage, soit selon un mode normal.

7. Installation, selon la revendication 3, présentant un circuit de circulation du fluide caloporteur (10), soit en phase liquide, soit en phase vapeur, comportant au moins une cuve (13) principale, une pompe (14) de circulation, un réservoir (11) de liquide caloporteur à l'intérieur de ladite enceinte de confinement (6), des moyens de recyclage (17, 18) de la vapeur, et des moyens de filtration (24).

8. Installation, selon la revendication 3, présentant en outre des moyens (19) pour refroidir lesdits composants et/ou support (4) postérieurement à ladite étape de refusion, coopérant avec lesdits moyens de régulation afin que leur température décrive ladite courbe spécifique (1 ; 2) de ladite pâte de soudage.

9. Installation, selon la revendication 3, présentant un double circuit de fluide caloporteur, afin de pouvoir pratiquer une soudure recto verso , lesdits composants et/ou support (4) étant préalablement enduits, en tout ou partie, respectivement de deux pâtes de soudage réagissant chacune à la chaleur selon une courbe spécifique (1 ; 2), différentes l'une de l'autre.