FR2812080A1 - Procede de refusion ou de polymerisation a atmosphere conducto-convective et dispositif de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un moyen de refusion de crème à braser ou de polym erisation de colle sur une carte electronique (1) en vue d'y fixer des composants utilisant un gaz (36) pr esentant un pouvoir de conduction thermique sup erieur à 0, 04 W. m-1 . K-1 et une capacit e calorifique sup erieure à 1,5J.Kg-1 .K-1 circulant dans une enceinte, comme coupleur et vecteur thermique du fait de sa haute conductibilit e thermique, et de sa haute capacit e calorifique par rapport à tous les autres gaz habituellement utilis es. Ce proc ed e permet d'associer efficacement la conduction et la convection comme moyen de transfert thermique en neutralisant au maximum le rayonnement infrarouge. A param etrage identique, ce proc ed e permet d'obtenir des vitesses de mont ee en temp erature plus rapides qu'avec les autres gaz ainsi que des profils thermiques extrêmes très resserr es moins tributaires des variations de masse thermique.

Description

PROCEDE DE REFUSION OU DE POLYMERISATION A ATMOSPHERE

CONDUCTO-CONVECTIVE ET DISPOSITIF DE MISE EN (EUVRE

Pour le brasage des cartes électroniques équipées de composants montés en surface appelés CMS, il est généralement fait usage de crème à braser pour assurer s l'interconnexion entre les pattes de composants et le circuit imprimé. Cette crème à braser est déposée par sérigraphie ou à la seringue, ensuite les CMS sont posés sur ladite crème à braser et enfin la crème à braser doit être portée à une température suffisante de façon à ce qu'elle refonde, c'est à dire qu'elle va passer à l'état liquide; s'ensuit une phase de refroidissement permettant de solidifier les brasures. A l'issue de

cette dernière étape les brasures assurant l'interconnexion sont réalisées.

La crème à braser est composée d'une partie- métallique représentant environ 88 à 91 % de la masse mais occupant environ 50 % du volume. Généralement cette partie métallique se présente sous forme de billes dont les dimensions peuvent

varier de 10 à 20 Il, 20 à 40 it, 40 à 80 g et 80 à 160 g, selon la classe de granulométrie.

Cet alliage peut contenir du plomb, de l'étain, de l'argent en combinaison de façon à former un alliage dit eutectique. Actuellement, de nouvelles générations d'alliage appelé " sans plomb" apparaissent afin de répondre à des contraintes environnementales. Plusieurs formulations intégrant de l'étain et/ou de l'argent et/ou du

cuivre et/ou du bismuth vont être utilisées.

La partie organique occupant le reste du volume représente quant à elle 9 à 12 % de la masse. Cette partie organique remplit plusieurs fonctions et permet en combinaison avec la chaleur de conduire le processus de brasage jusqu'à son terme, c'est à dire la réalisation d'un alliage de liaison appelé aussi intermétallique, de qualité optimum. Le profil thermique, c'est à dire la courbe représentant la température en fonction du temps constitue l'élément fondamental dans la réalisation du joint brasé. Ce profil thermique se décompose en trois phases à.la montée en température et une phase à la descente en température. A la montée, à partir de la température ambiante, il y a une première phase consistant à évaporer les solvants légers contenus dans la partie organique. Cette phase permet de " sécher " la crème à braser et de renforcer l'influence des résines adhérentes contenues dans celle-ci et ainsi de fixer par collage les connexions du composant. Généralement cette première phase de montée en température est limitée à environ 90 à 110 degrés selon la nature des solvants contenus et à une vitesse de montée se situant entre 1,5 degrés par seconde et 3,5 degrés par seconde. La deuxième phase marque généralement un palier en légère montée. Cette phase consiste à mettre en action d'une façon soutenue et efficace les activateurs de surface permettant de désoxyder les surfaces métalliques à braser et permettant ainsi de réduire les tensions de surfaces afin de favoriser le mouillage de ces parties métalliques par l'alliage qui entre en fusion lors de la phase numéro trois. Nous voyons donc que cette phase deux est très importante, le profil thermique met en mouvement deux actions successives: chimique et physique. La troisième phase consiste à élever la 0 température des sites à braser à une valeur suffisante pour faire passer la crème à braser de l'état solide à l'état liquide et ensuite d'assurer une diffusion de l'alliage en fusion dans les plages d'accueil. A ce stade il s'agit d'une action métallurgique déterminante conditionnant la qualité de l'intermétallique ainsi constitué. La phase quatre est une étape de refroidissement dont la vitesse est très importante car elle conditionne la structure métallurgique du joint brasé. Nous voyons donc que le profil thermique conditionne la réalisation des brasures. Or, sur les circuits électroniques actuels les brasures sont de plus en plus nombreuses, de ce fait les brasures doivent être réalisées collectivement dans le même générateur de calories. De même les composants à interconnecter sont de plus en plus hétérogènes. Il est aisé de comprendre que la qualité métallurgique d'une brasure devrait être indépendante du type de connexion ou du type de composant concerné. Or les élévations de températures en fonction du temps ne peuvent pas être les mêmes pour des connexions de surfaces identiques mais qui supportent des composants de tailles très différentes. Ainsi sur une même carte, nous pouvons avoir des composants dont le rapport de masse varie de un à mille. De même, chaque composant aura des comportements différents vis à vis du rayonnement infrarouge, certains CMS vont se rapprocher d'émissivités proches de 0,9 à I tandis que d'autres très brillants auront des émissivités proches de 0,2. Ces valeurs montrent à quel point nous encourrons le risque d'observer une multitude de profils thermiques très différents malgré la réalisation collective des brasures relatives à un même circuit du

fait du passage dans le même générateur de calories.

Geénéralement les fours utilisés en assemblage électronique se présentent sous forme d'un tunnel divisé en plusieurs zones et traversé par un convoyeur. Lorsque la carte à traiter circule sur le convoyeur, elle est successivement soumise aux conditions régnant dans les différentes zones. Le paramétrage de la température de chaque zone ainsi que la vitesse de passage de la carte permet de faire subir un profil

thermique à la carte.

Afin de traiter les problèmes de plus en plus cruciaux et préoccupants sur le plan qualitatif, induits par les contraintes thermiques, un certain nombre de réponses ont été apportées ces dernières années. Ces solutions visent précisément à proposer des moyens de minimiser le plus possible les écarts entre les profils thermiques extrêmes d'une même carte. Les fours à rayonnement infrarouge émis par des panneaux radiants ou des lampes à quartz, bien qu'il s'agisse d'un moyen de chauffe très efficace, ont été progressivement abandonnés car les variations d'émissivités ainsi que les différences d'exposition au rayonnement infrarouge des composants sont de nature à provoquer des différences de températures très importantes entre connexions, conduisant inexorablement à des variations qualitatives de brasures sur une même carte. La technologie phase vapeur ou méthode dite par condensation qui utilise le principe de changement d'état d'un gaz lors de son passage à l'état liquide pour libérer des calories et provoquer l'élévation de température est une technique qui n'est utilisée que dans des faibles volumes de production car elle se prête mal à la mise en ligne et de plus cette technique permet de traiter uniquement la troisième phase du profil thermique. La technologie la plus couramment utilisée à ce jour est la convection forcée d'air ou d'azote. Cette technique consiste à échauffer le gaz et à la faire circuler à une certaine vitesse sur le circuit. L'avantage de ce procédé par rapport à l'infirarouge est qu'il permet de niveler les écarts thermiques encore appelés amplitude thermique entre les plus grosses masses et les petites et ainsi il assure une meilleure homogénéité de température. Toutefois cette homogénéité n'est obtenue qu'au prix d'une vitesse de montée en température ne dépassant pas certaines valeurs, sinon l'écart entre grosses et petites masses s'accentue encore. De plus la vitesse de circulation des gaz ne peut pas dépasser certaines valeurs car ceci est de nature à provoquer des déplacements de composants sur le circuit électronique. Pour juguler ce dilemme il est nécessaire d'avoir des fours sous forme de tunnel à passage relativement long en fonction des volumes de production à assurer. Pour ces fours à convection, dans la zone de refusion, les températures nécessaires sont évidemment élevées et de ce fait il y a une production de rayonnement infrarouge, ce qui est de nature à provoquer un écart thermique en fonction de l'émissivité. Quant au refroidissement des brasures réalisées, ce problème est difficilement traité par la convection, en effet il est aisé de comprendre qu'il est plus facile d'homogénéiser des températures sur une période de temps relativement longue et c'est ce qui se passe dans la montée, or dans la descente, la nécessité métallurgique exige une baisse très rapide des températures or dans ce cas les connexions des gros composants subiront bien souvent une vitesse de descente trop faible par rapport aux

petits ce qui provoque des différences de structures métallurgiques.

Le brevet US5,573,174 décrit un autre type de four constitué par des

caissons étanches individuels pouvant recevoir chacun une carte électronique à traiter.

Le profil thermique est obtenu en injectant un gaz comme de l'air ou de l'azote à une température qui varie en fonction du temps dans le caisson. Pour augmenter la performance de chauffage, il est également évoqué la possibilité de disposer des éléments radiants dans le caisson. Ce dispositif vise à améliorer le contrôle du profil thermique sur la carte en permettant par exemple un meilleur contrôle de l'atmosphère régnant dans le caisson et surtout en évitant les phénomènes d'interactions entre les différentes zones d'un four tunnel. Bien que ce type de fours offre une souplesse temps température plus importante que les fours tumnel, il ne permet pas d'améliorer l'homogénéité des températures sur les cartes car il utilise les mêmes modes de transfert de calories que les fours tunnel, c'est à dire la convection et le rayonnement, qui comme cela est évoqué plus loin génèrent des hétérogénéités de température. De plus, comme chaque caisson ne peut recevoir qu'une seule et même carte, il est nécessaire de

prévoir un système d'aiguillage relativement complexe.

Le transfert de calories par conduction est certainement le plus rapide et le plus efficace mais il est impossible de le réaliser correctement car un circuit sensiblement plan ne peut toucher une plaque chauffante régulièrement sur toute sa surface. Le circuit se déforme sous l'effet de la chaleur et au maximum il y aura trois

points de contacts.

La solution consistant à plonger un circuit électronique dans un liquide chauffé selon le profil thermique désiré est intéressante sur le plan thermique car toutes les surfaces sont enveloppées par ledit liquide chauffé et celui-ci transfère ses calories par conduction. La montée en température des composants est idéale car elle est directement maîtrisable par le profil thermique subit par le liquide. L'inconvénient majeur d'une telle solution est que la crème à braser est lavée lors de la mise en contact

avec le liquide, ce qui rend cette solution inenvisageable.

L'application brasage ou collage de composants sur une carte s électronique génère comme cela a été évoqué précédemment un certain nombre de contraintes. La première de ces contraintes est sans aucun doute d'assurer une bonne homogénéité de température durant tout le profil thermique et quel que soit le type de carte électronique. Plusieurs paramètres concourent au respect de cette contrainte: o - la mise en mouvement du fluide gazeux selon un écoulement turbulent pour générer un flux convectif le plus uniforme possible sur la carte et limiter au maximum la formation d'une couche limite quelle que soit la géométrie et la disposition des composants. De façon théorique ceci est respecté si le coefficient de transfert thermique

est le plus élevé et le plus homogène possible.

- limiter l'écart de température entre le fluide gazeux et la pièce à chauffer. En effet, en plus des hétérogénéités liées aux différences de masses thermniques m x c (m étant la masse des différents composants et c étant la capacité calorifique correspondante), le flux d'énergie convective n'est pas transmis uniformément sur la carte. Le coefficient de transfert thermique peut varier dans des proportions de 1 à 5 selon la disposition des composants sur la carte et le générateur de flux gazeux. Par exemple, une connexion qui se situe en dessous d'un composant voit un coefficient de transfert thermique beaucoup plus faible qu'un petit pavé résistif qui est placé devant une buse d'injection de gaz chaud. Par conséquent un flux gazeux présentant une température trop élevée par rapport à celle de la carte (par exemple un écart supérieur à 300 C) est une source

d'hétérogénéité de température sur les cartes électroniques.

- réduire le rayonnement infrarouge en diminuant l'émissivité et la température des parois par rapport à celle de la pièce à chauffer (par exemple un écart de 300 C maximum associé à une émissivité de l'ordre de 0,3 donne de bons résultats). En effet comme cela a été dit précédemment les émissivités varient de façon importante sur la carte et par conséquent le chauffage par rayonnement infrarouge constitue une source

d'amplitude thermique importante sur une carte.

- maximiser le chauffage par conduction thermique dans le fluide de façon à niveler les

écarts de températures entre les différentes zones de la carte.

La deuxième contrainte liée à l'application réside dans le fait qu'il faut limiter la vitesse de circulation du fluide gazeux pour ne pas déplacer les composants durant le cycle de température (cette vitesse devra par exemple rester en dessous de 4 m/s). Une troisième contrainte de l'application implique de pouvoir provoquer et contrôler des variations rapides de température sur la carte (plusieurs degrés par seconde) afin par exemple de minimiser les risques d'affaissement de la crème à braser lors de la première phase de mise en température ou encore pour assurer une structure métallurgique de qualité grâce à un refroidissement efficace de plusieurs degrés par seconde. Cette contrainte peut être respectée en combinant: - un niveau de convection important par le biais d'un coefficient de transfert élevé tout en maintenant la différence de température entre le fluide et la carte à un niveau satisfaisant (inférieur à 300 C), - un niveau de conduction important dans le fluide gazeux tout en maintenant la différence de température entre la paroi et la carte à un niveau satisfaisant (inférieur à

300 C).

Une quatrième et dernière contrainte de l'application est de ne pas condenser les vapeurs de flux générées par l'opération de brasage sur les parois du four pour minimiser les temps d'arrêt nécessaires au nettoyage du four. Le respect de cette contrainte est assuré à condition de vérifier que la température de paroi du four soit

toujours supérieure à celle du fluide gazeux utilisé.

La présente invention vise à améliorer l'efficacité du transfert thermique en apportant une solution globale qui va permettre d'utiliser les avantages de chacune des technologies de chauffage en évitant leurs inconvénients et en tenant compte des contraintes de l'application de brasage ou de polymérisation en vue de braser ou de

fixer les composants sur une carte électronique.

La technologie qui permet d'assurer le plus rapidement et de la façon la plus homogène en accord avec les exigences chimiques et métallurgiques une montée et une descente en température selon un profil thermique bien défini la plus indépendante

possible de l'hétérogénéité des composants en présence est assurément la meilleure.

L'invention consiste à donner un moyen pour augmenter l'efficacité ou la vitesse du transfert de calories par conduction en utilisant toutes les surfaces en présence, en évitant tout phénomène de lavage de la crème à braser ou de la colle et ceci de façon quasi indépendante des composants électroniques en présence. Elle se caractérise essentiellement en ce que le transfert de calories est obtenu par convection forcée et par conduction dans une enceinte, dans laquelle règne une atmosphère à pouvoir de

conduction supérieur à 0,04W.m-1. K-1 et à capacité calorifique supérieure à 1,5J.Kg-

t.K', permettant ainsi un couplage thermique efficace entre les cartes électroniques et la source de température. A titre d'exemple non limitatif, ladite atmosphère peut être de l'hélium ou un mélange d'hélium et d'air ou d'azote, en effet l'hélium présente des caractéristiques thermiques notamment sa capacité calorifique et sa conductibilité thermique particulièrement intéressantes pour l'application. Ce gaz présente aussi l'avantage d'être l'un des moins dense qui soit, ce qui va éviter tout phénomène de lavage et de dislocation de la crème à braser. La structure moléculaire permet à ce gaz de se loger dans les moindres interstices ce qui permnnet d'atteindre les zones les plus cachées, par exemple les points de connexion d'un flip-chip tout en maintenant des vitesses de fluides raisonnables (inférieures à 4 m/s). Pour des valeurs égales à deux fois celle de l'air ou de l'azote en ce qui concerne la conductivité et la capacité calorifique, des expérimentations en laboratoire montrent que l'efficacité du transfert thermique est amélioré de façon significative. L'atmosphère ainsi constituée joue un rôle de vecteur de calories entre la source de température et la carte électronique à braser en permettant un couplage thermique efficace qui permet d'augmenter simultanément la vitesse du transfert thermique tout en diminuant l'amplitude then-rmique liée à l'hétérogénéité des

composants présents sur la carte.

La conductibilité thermique de l'hélium;X est de 0,43 W/m K, sa capacité thermique massique à pression constante est de 5,2 Kj/kg. Comparé à l'air pour lequel ?,=0,024 et capacité thermique est égale à 0,718, la conductibilité thermique de l'hélium est multipliée par 5,83 et la capacité thermique est multipliée par 7,24. Par conséquent l'hélium permet de répondre à toutes les contraintes imposées pour la fixation de composants sur une carte électronique que ce soit par brasage ou par collage. En effet l'hélium présente un coefficient de transfert thermique environ 2,5 fois supérieur à l'air dans des conditions équivalentes, ce qui associé à sa bonne conductibilité et à sa capacité calorifique, lui permet de combiner une bonne homogénéité de température à une efficacité de chauffage et de refroidissement importante tout en conservant des écarts de température raisonnables entre le fluide et la pièce, et, les parois du four et la pièce, ainsi qu'une vitesse de circulation de fluide

gazeux modérée.

Selon l'invention il devient intéressant d'utiliser une atmosphère présentant un pouvoir de conduction supérieur à 0,04W.imn. K-1 et une capacité calorifique supérieure à 1,5J.Kg-I.K- remplissant une enceinte étanche dans laquelle sont placés les circuits électroniques à braser ou à polymériser. Les parois de cette enceinte sont chauffées par un moyen approprié intégré ou indépendant à ladite enceinte, dans un tel cas de figure, si nous négligeons le transfert calorifique par rayonnement infrarouge nous sommes en présence d'un transfert énergétique par conduction et par convection naturelle car il n'y a aucun mouvement forcé dans l'enceinte étanche. Ainsi les parois chauffées transmettent les calories par conduction au gaz présent dans l'enceinte et lui-même les transfère à son tour au circuit électronique à braser. Un couplage thermique est réalisé entre les surfaces chauffantes et le circuit par l'intermédiaire du gaz. Grâce à ce couplage, il n'est pas nécessaire d'avoir une différence de température très importante entre la pièce à chauffer et les parois du four. En fonction de la vitesse de montée en température désirée les parois de l'enceinte contenant le gaz seront plus ou moins chauffées. Pour augmenter la vitesse de montée de la masse il suffit de déplacer la couche limite du gaz entourant toutes les surfaces de la masse. Ce déplacement de couche limite pourra se faire par exemple avec un ventilateur ou des venturis de mise en mouvement du gaz ou du mélange interne à l'enceinte. Pour une même température de paroi d'enceinte des essais en laboratoire ont montré une augmentation de vitesse de montée en température de 20 % en régime statique par rapport à l'air et une augmentation de 40 % en régime dynamique en utilisant un mélange gazeux d'air et d'hélium. Dans ces mêmes conditions, il a été constaté une diminution de l'amplitude thermique liée aux hétérogénéités des composants sur la carte électronique en régime dynamique par rapport à un régime

statique, c'est-à-dire chaque fois que l'on évite la formation d'une couche limite.

Le brevet Japonais JP61251413 utilise de l'héliun gazeux à cause de ses propriétés non oxydante et de conductivité pour effectuer la refusion de la crème à braser. Dans cette application, il n'y a aucune convection de l'atmosphère, ceci a pour conséquence une hétérogénéité encore plus importante des températures en fonction du volume et des masses des composants en présence car il se produit une couche limite formant une barrière isotherme. Par conséquent, il est obtenu dans ce cas là l'effet inverse de ce qui est recherché à savoir, une hétérogénéité encore plus importante des températures liée à l'hétérogénéité des composants en présence sur la carte électronique. Dans une telle situation, il ne sert à rien de chercher à améliorer le transfert thermique car c'est au détriment de la qualité métallurgique des brasures qui

n'auront pas subies les mêmes profils thermiques.

Une autre forme de mise en oeuvre de l'invention consiste à chauffer séparément le gaz dans une enceinte indépendante de l'enceinte de brasage. Dans ce cas, le profil thermique de l'hélium est étroitement associé au profil thermique du circuit à braser. Cette disposition permet de faire subir à l'enceinte contenant les circuits à braser le même profil thermique que les circuits à braser, il suffit que celle-ci possède une inertie très faible pour que la totalité du volume et des surfaces en présence soient thermiquement couplés. Le gaz chauffé dans une enceinte indépendante est considéré dans ce cas comme un vecteur ou porteur de calories qui se charge et se décharge dans un flux circulatoire continue. Les molécules de gaz se chargent en calories par conduction au contact des zones chaudes de l'enceinte de chauffe et libèrent leurs charges thermiques par déplacement de la couche limite sur la totalité des surfaces à chauffer dans l'enceinte de travail. Cette méthode permet d'exploiter d'une façon indépendante et maîtrisable les caractéristiques thenrniques du gaz, à savoir sa haute conductibilité et sa haute capacité thermique. D'une certaine façon conduction et convection sont additionnées pour fournir l'énergie désirée au moment voulu. Ce cas de figure permet de minimiser l'incidence du rayonnement infrarouge dans l'enceinte de travail. La température du gaz contrôlée à l'entrée de l'enceinte de travail combinée au débit de celui-ci et à sa vélocité procurent une élévation de température programmée des surfaces en présence. Il est notable de constater que ces deux propriétés conduction et capacité thermique utilisées dans ces conditions de mise en oeuvre permettent de minimiser de façon significative par rapport à l'air les effets induits par les variations de masse thermique liées aux hétérogénéités de composants sur une carte. De ce fait, la corrélation entre le profil thermique reçu par une carte et le profil thermique subit par le

gaz devient beaucoup plus précis qu'avec l'air ou tout autre gaz inerte ou non.

Compte tenu du prix du gaz utilisé par rapport à l'azote, une autre caractéristique du dispositif selon l'invention pernnet de le faire fonctionner en circuit fermé recyclable. Après chaque cycle thermique le gaz encore chaud est prélevé par aspiration en passant au préalable par un condenseur de fumées et stocké dans une réserve permettant sa réutilisation au prochain cycle. Cette caractéristique s'applique

aux deux formes de mise en oeuvre de l'invention précédemment citées.

Le refroidissement constitue une étape très importante dans le processus de formation du joint brasé, elle conditionne notamment la structure métallurgique finale de la brasure. De même que pour la montée en température, il pourra être utilisé un gaz directement refroidi au contact des parois thernniquement régulées de l'enceinte de travail. Ou bien un circuit indépendant avec enceinte de refroidissement qui permet de faire le gaz à température, vélocité et débit contrôlé afin de capter par convection les

calories directement au contact des éléments à refroidir.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte de travail peut recevoir plusieurs circuits pour subir le cycle de refusion ou de polymérisation simultanément. Ainsi, si le cycle de refusion dure 150 secondes et que l'enceinte peut

recevoir vingt circuits, le temps de cycle par circuit correspond à 7,5 secondes.

Evidemment un nombre plus important de circuits conduirait à des temps de cycle encore plus faibles. De façon alternative, il est également envisageable de multiplier le nombre d'enceintes. Le four selon l'invention, permet donc sur une surface au sol environ trois fois plus petite, d'atteindre des niveaux de productivité deux fois

supérieurs aux installations actuelles tout en assurant un niveau de qualité supérieur.

Selon une autre caractéristique de l'invention le gaz présentant un pouvoir de conduction supérieur à 0,04W.m-l.K- et une capacité calorifique supérieure à 1,5J.Kg-l.K-1 peut être utilisé dans un four tunnel comparable aux fours convectifs de l'art antérieur, dans lequel les cartes défilent ce qui permet d'assurer une production en continu. Evidemment il faudra prévoir des dispositifs de confinement à l'entrée et à la sortie du four pour isoler l'intérieur du four avec le milieu extérieur. Ce confinement pourra être réalisé, soit avec des sas d'entrée ou de sortie, soit avec des rideaux de flux gazeux, soit encore par des chicanes selon le niveau de confinement que l'on souhaite obtenir. Il Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible d'améliorer de façon significative la conductibilité et la capacité calorifique du gaz utilisé qui dans ce cas pourrait être de l'air ou de l'azote en faisant préalablement barboter dans de

l'eau ledit gaz afin de le charger en humidité relative.

Selon un mode de réalisation particulièrement inventif et dans la mesure o le gaz utilisé présente une densité nettement inférieure à l'air (comme l'hélium pur ou en mélange par exemple), il peut être judicieux que le convoyeur qui traverse l'enceinte présente une partie centrale surélevée par rapport à l'entrée et à la sortie de la

dite enceinte, de sorte que le gaz soit naturellement confiné dans l'enceinte.

Naturellement, dans le cas du four tunnel à défilement, il est tout de même judicieux de prévoir un système d'extraction et de condensation des fumées en particulier dans la zone du pic de refusion en vue d'un recyclage. De façon préférentielle, la phase de refroidissement est réalisée par injection de gaz froid pour éviter les phénomènes de condensation des capteurs de flux sur les parois dans cette zone. On peut par exemple maintenir un écart de température positif et contrôlé entre

les parois de la zone de refroidissement et le flux gazeux dans cette zone.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention

apparaîtront à la lecture des dessins et de leurs descriptions données à titre d'exemples

non limitatifs. En figure 1, est représenté un four convectif de l'art antérieur.

En figure 2, est présenté à titre d'exemple un dispositif de mise en oeuvre

de la présente invention.

En figure 3 est représenté à titre d'exemple une variante du dispositif de

mise en ceuvre de la présente invention.

En figure 4 est représentée à titre d'exemple une variante de la présente invention. La figure 1 montre en coupe un four convectif (2) dans lequel les cartes

(1) à braser défilent grâce au convoyeur (4) successivement dans les six zones du four.

Chaque zone du four étant constituée de deux ensembles de part et d'autre du convoyeur comprenant chacun un élément chauffant (3), un dispositif de mise en mouvement du fluide présent dans le four et qui peut être de l'air ou de l'azote et un diffuseur (37). En réglant les températures de consignes de chaque élément chauffant et en contrôlant la vitesse de défilement du convoyeur, on génère un profil thermnique sur la carte (1). Par contre, il est aisé de comprendre que deux zones successives vont avoir une influence mutuelle de l'une sur l'autre et par conséquent sur le produit à traiter. La figure 2 représente un générateur de calories conducto-convectif selon la présente invention. Les cartes à braser (1) sont disposées dans un rack composé de la partie (6) et de la partie (7) qui est ajustable en largeur en fonction des cartes à braser,

grâce au système de réglage (8).

L'enceinte (17) du générateur de calories est constituée par la cloche (l 8) et par la pièce (16) sur laquelle repose le rack. Le cycle de brasage est obtenu selon la gamme suivante: - mise en place des cartes (1) dans le rack, - fermeture de l'enceinte pour la montée de la pièce (16) en contact avec (18) selon la direction F, - chauffage du rack selon un cycle de température contrôlé. Ceci pourra être obtenu par des résistances chauffantes disposées sur le rack. En même temps que le rack monte en température, le gaz contenu dans l'enceinte et dans le circuit (13) est mis en

mouvement selon le sens A par le dispositif (12).

- refroidissement des cartes par la suppression du chauffage du rack et par la poursuite de la circulation du gaz dans (13). Si l'efficacité de refroidissement n'est pas suffisante, il est envisageable de placer un module (14) de refroidissement du gaz sur le circuit (13). Il est à noter que ce module (14) peut également être utilisé comme réchauffeur si

on désire obtenir une montée en température plus efficace.

- arrêt de la mise en mouvement du gaz, - ouverture de l'enceinte par la descente de la partie (16). Si le gaz a une densité plus

faible que l'air, il restera dans l'enceinte à condition de ne pas générer de turbulences.

De façon alternative et pour être certain de ne pas avoir de fuite de gaz, il est également envisageable de vider l'enceinte avant son ouverture et de remplacer le gaz par de l'air

et inversement lors de la fermeture de l'enceinte.

- évacuation des cartes traitées et remplacement par des cartes à braser ou à

polymériser.

Lors de la circulation du gaz, les orifices (9), (10) et ( 1) permettent le passage du gaz et son réchauffement au contact de (6) et (7) et ainsi de transmettre les calories à la fois par conduction et par convection aux cartes (1). Cette disposition permet d'obtenir un niveau de conduction extrêmement important car celui-ci est directement proportionnel à À(AT) avec: e - ? étant la conductibilité du gaz, - e étant la distance entre la paroi chaude et le corps à chauffer,

- AT étant la différence de température entre la paroi chaude et le corps à chauffer.

En effet, nous avons vu précédemment à titre d'exemple que la conductibilité de l'hélium est environ sept fois supérieure à celle de l'air et d'autre part, grâce à la forme de la partie (6) du rack, les cartes sont à une distance faible de la paroi chaude. De plus, de par la mise en mouvement de l'hélium et de sa faible viscosité, on évite la formation de couches limites autour des zones à chauffer sur la carte, ce qui permet à la fois d'augmenter l'efficacité du chauffage tout en réduisant les écarts de température sur la carte. De façon, alternative et par souci de simplification, il est envisageable de chauffer les

parois (18) au lieu de chauffer le rack composé de (6) et de (7).

Pour éviter les phénomènes de condensation de vapeurs sur le rack et les parois et ainsi l'encrassement de ces parties, on pourra disposer un condenseur (15) sur la conduite (13) et ainsi récupérer les résidus de flux dans le condenseur. En même temps, il faut

que les températures du rack et de l'enceinte soient toujours supérieures à celle du gaz.

En ce qui concerne le rack celui-ci est toujours à une température plus élevée puisque c'est la source chaude. Quant à l'enceinte, il est aisé de la maintenir à une température

supérieure à celle du fluide, par exemple, par le biais de résistances chauffantes.

En figure 3 est représenté une autre version de mise en oeuvre du four

conducto-convectif selon l'invention.

Cette disposition est caractérisée en ce qu'elle est composée de 3 modules indépendants: - une enceinte de stockage (19) des circuits à braser ou à polymériser, - un module indépendant de chauffe et de circulation (20) de gaz pour les phases de montée en température des circuits à traiter, - un module indépendant de refroidissement et de circulation (21) de gaz pour les phases de refroidissement des circuits à traiter, Le module de stockage et de traitement (19) des circuits à braser est constitué par une enceinte étanche, autonome, transportable et déconnectable des modules de chauffe (20) et de refroidissement (21). Cette enceinte de stockage (19) peut aussi rester à demeure et dans ce cas, les circuits à traiter sont stockés sur un dispositif de rangement intermédiaire puis amenés collectivement dans la chambre étanche (19). Afin d'adapter le volume de traitement de la chambre (19) aux nécessités de la production à effectuer, ladite chambre (19) peut être ajustée en dimension par un dispositif mécanique non représenté. Ainsi il est possible de disposer d'un four à géométrie variable adaptable à tous les volumes de production. Le traitement séparé de la chauffe et du refroidissement dans les modules indépendants (20) et (2l) permet de coupler d'une façon précise le profil thermique du gaz chauffé ou refroidi au profil

thermique souhaité sur les circuits à traiter.

En fonction du volume de production à réaliser et des temps de cycle désirés, un ajustement des températures, des débits et des vitesses de circulation du gaz sont

effectués par un système de régulation paramétrable non représenté sur la figure.

Le module de chauffe et de circulation (20) est utilisé pour les phases de montée en température et neutralisé dans la descente. Il est composé d'une source (22) permettant de moduler la température de chauffe du gaz selon la température désirée. Un organe de mise en mouvement (23) du gaz chaud permet de faire circuler celui-ci dans le module de traitement (19) à travers le trou (26). Le gaz chaud libère ses calories par conduction et convection au contact des circuits à traiter. Le gaz refroidit au contact des circuits, repart au travers de l'orifice (27) en passant par un condenseur (15) afin de capter les

fumées puis il retourne à nouveau dans le réchauffeur (22) pour un nouveau cycle.

Le module de refroidissement et de circulation (21) est utilisé pour la phase de descente en température et neutralisé dans la montée. Il est composé d'une source (24)

permettant de moduler la température de refroidissement selon la température désirée.

Un organe de mise en mouvement (25) du gaz froid permet de faire circuler celui-ci dans le module de stockage (19) à travers l'entrée (28). Le gaz capte les calories au contact des circuits à refroidir. Le gaz ainsi réchauffé repart par l'orifice de sortie (29) et circule de nouveau à travers le refroidisseur (24) en passant au préalable par un condenseur (35). Afin d'automatiser l'ensemble du four conducto-convectif les modules indépendants de chauffe (20) et de refroidissement (21) sont chacun d'eux équipés de pompes à vide (31) et (33) avec mise à l'air libre ayant comme fonction respective de vider l'enceinte (19) de son air après son chargement de circuits, de transférer le gaz chaud ou froid contenu dans l'enceinte (19) dans des réservoirs tampon (30) ou (32) après les phases de fin de chauffe et de fin de refroidissement et enfin de remplissage s d'air à température ambiante pour la phase d'évacuation des circuits brasés. Une bouteille de stockage de gaz à haute pression (34) peut alimenter les réservoirs tampon

(32) et (30).

Selon le niveau d'impuretés acceptées, le gaz ainsi recyclé pourra être conservé plus ou

moins longtemps.

En figure 4, est représenté un four tunnel à passage selon la présente invention. Un convoyeur (4) transportant les produits à chauffer (1) traverse le four de gauche à droite. La partie centrale du four est surélevée par rapport à l'entrée et la sortie de sorte à confiner le gaz (36), qui a une densité inférieure à celle de l'air, dans l'enceinte. Dans sa partie centrale le four est équipé de 5 zones de chauffe constituées d'un dispositif de chauffage (3), d'un dispositif de mise en mouvement du gaz (5) et d'un diffuseur (37). Les fumées extraites au niveau de la dernière zone de chauffage par le biais des conduites (38) sont refroidies dans le condenseur (15) en vue d'épurer le gaz (36) puis de le réinjecter au niveau des zones de chauffage par le biais des conduites (39) et au niveau de la zone de refroidissement par le biais de (40). Au niveau de la zone de refroidissement il est également disposé un dispositif de mise en mouvement du gaz (41) et un diffuseur (42). Pour éviter des pertes importantes de gaz, il est envisageable de placer des dispositifs de confinement de tout type connus à l'entrée et à

la sortie du four.

Le dispositif selon l'invention peut avantageusement fonctionner sous une pression supérieure à la pression atmosphérique et ainsi favoriser le processus

d'échanges thermiques.

Selon une autre caractéristique de l'invention, il est judicieux de sélectionner un gaz ou un mélange gazeux qui en plus des caractéristiques thermiques supérieures à celles de l'air soit également un gaz inerte de sorte à ne pas oxyder les surfaces à braser durant le cycle de chauffage. Eventuellement le gaz utilisé pourra

présenter des caractères réducteurs ce qui participera au décapages des surfaces.

Les avantages industriels procurés par l'invention sont de deux ordres:

technologiques et économiques.

Sur le plan technologique, le procédé permet d'élever d'une façon significative le niveau de qualité global des brasures du fait du resserrement des profils thermiques extrêmes dont une carte électronique est le siège à cause des hétérogénéités de composants en présence. Cet avantage est de nature à améliorer simultanément la

fiabilité des systèmes électroniques ainsi que leur durée de vie.

Sur le plan économique, le procédé permet d'augmenter de façon significative la productivité en raccourcissant les temps de brasage du fait de o l'amélioration des transferts thennrmiques et de disposer conjointement de fours beaucoup

moins encombrants.

Les améliorations apportées par la présente invention, sont particulièrement nécessaires pour les crèmes à braser sans plomb qui nécessitent des températures de fusion supérieures avec des niveaux de productivité au moins

équivalents aux crèmes de types Sn-Pb 63-37.

Plusieurs gaz ou mélanges gazeux ont été testés et ont donnés des résultats prometteurs. A titre d'exemple non limitatifs les gaz suivants peuvent être utilisés: - l'hélium, - l'hélium mélangé à de l'air, l'hélium mélangé à de l'azote, - l'hydrogène mélangé à de l'azote dans des proportions non explosives, Selon une autre caractéristique de la présente invention et grâce au couplage thermique réalisé par le gaz entre la source chaude et la pièce à traiter, il est possible de contrôler le profil thermique subit par les cartes électroniques à chauffer en

suivant le profil thermique subit par l'atmosphère gazeuse régnant dans l'enceinte.

Claims (14)

Revendications:

1) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle sur une carte électronique en vue d'y fixer des composants caractérisé en ce que le profil thermique nécessaire à l'opération de refusion ou de polymérisation soit obtenu par transfert de calories par convection forcée et par conduction dans une enceinte dans laquelle règne une atmosphère à pouvoir de conduction supérieur à 0,04 W.m-1.K-I et à capacité calorifique supérieure à 1,5 KJoule.Kg-l.K-1, jouant un rôle de vecteur de calories entre la source de température et la carte électronique à braser et permettant ainsi un couplage thermique efficace qui permet d'augmenter simultanément la vitesse du transfert thermique tout en diminuant l'amplitude thermique liée à l'hétérogénéité

des composants présents sur la carte.

2) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle,

selon la revendications 1, caractérisé en ce que l'atmosphère utilisée est inerte pour

éviter les phénomènes d'oxydation.

3) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle,

selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'atmosphère utilisée est de

l'hélium.

4) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère utilisée est un mélange

d'air et d'hélium.

5) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle,

selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'atmosphère utilisée est un

mélange d'azote et d'hélium.

6) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère utilisée est un mélange

d'air et d'hydrogène.

7) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle

selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'atmosphère utilisée est un

mélange d'azote et d'hydrogène.

8) Procédé de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle

selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'atmosphère utilisé est constitué

par le l'azote ou de l'air saturé en humidité.

9) Procédé de refusion de crème a braser ou de polymérisation de colle,

selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le contrôle du profil thermique

subit par les cartes électroniques est assuré par le suivi du profil thermique subit par

l'atmosphère régnant dans l'enceinte.

10) Dispositif de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle sur une carte électronique en vue d'y fixer des composants selon la revendication I caractérisé en ce qu'il associe une enceinte dans laquelle règne une atmosphère gazeuse ayant un pouvoir conducteur supérieur à 0,04W.m-'.K- et une capacité calorifique supérieure à 1,5J.Kg- l.K-1, à un moyen de mise en mouvement de ladite

atmosphère.

11) Dispositif de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle sur une carte électronique en vue d'y fixer des composants selon la revendication caractérisé en ce que l'enceinte est traversée par un convoyeur sur lequel les cartes

défilent en continu.

12) Dispositif de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle sur une carte électronique en vue d'y fixer des composants selon les

revendications 10 et 11 caractérisé en ce que le convoyeur qui traverse l'enceinte

présente une partie centrale surélevée par rapport à l'entrée et à la sortie de la dite enceinte, de sorte que si le gaz présent dans ladite enceinte est plus léger que l'air, il y

soit confiné.

13) Dispositif de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle sur une carte électronique en vue d'y fixer des composants selon les

revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'atmosphère vecteur de calories par

convection et conduction est chauffée et refroidie par une mise en température des

parois constitutives de l'enceinte ou du tunnel.

14) Dispositif de refusion de crème à braser ou de polymérisation de colle sur une carte électronique en vue d'y fixer des composants selon les

revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'atmosphère vecteur de calories par

convection et conduction est chauffée et refroidie dans des modules de chauffage et de

refroidissement indépendants.