FR2833756A1 - Procede de soudure de pion par refusion et plaque de circuit imprime a double face - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour relier électriquement deux faces (2, 3) d'une plaque de circuit imprimé à l'aide d'un pion (10) inséré en force dans un trou traversant non métallisé.Le pion est brasé par refusion à une extrémité et brasé à son autre extrémité.L'invention concerne également une plaque de circuit imprimé.
Description
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La présente invention concerne un procédé pour relier électriquement une première et une seconde pistes d'une plaque de circuit imprimé à deux faces et une plaque de circuit imprimé à double face.
Dans la présente description, on utilisera indifféremment les termes double facs et à deux faces , que l'on considère comme synonymes.
On sait qu'un circuit imprimé à double face porte des pistes conductrices sur chacune de ses faces et qu'il est fréquent d'avoir à relier électriquement ces deux faces.
A cet effet, il est connu de réaliser un trou traversant dans la plaque et de métalliser ce trou, en général par dépôt chimique de cuivre. On obtient ainsi une liaison électrique entre les deux pistes, situées de part et d'autre de la plaque.
Mais un trou métallisé n'offrant qu'une faible épaisseur de matériau conducteur, il est impossible d'y faire passer un courant élevé, sauf à y adjoindre une pièce métallique, appelée pion ou broche, que l'on brase dans le trou métallisé pour obtenir une liaison électrique de section élevée. Le brasage du pion est réalisé par refusion d'une crème à braser déposée sur la face inférieure de la plaque positionnée sensiblement horizontalement.
Du point de vue électrique, cette solution donne satisfaction. Sa mise en oeuvre est cependant perfectible, notamment compte tenu de son prix de revient.
En effet, pour permettre à la brasure de se répandre entre la paroi du trou métallisé et le pion sur toute l'épaisseur de la plaque lors du brasage, on utilise un pion délibérément plus petit en section que le trou métallisé. De cette manière, la brasure, initialement présente sur la face inférieure de la plaque, monte dans le trou par capillarité et remplit le jeu entre le pion et la paroi du trou.
La difficulté de cette solution est que le pion ne se maintient pas dans le trou tant qu'il n'est pas brasé. Soumis à son propre poids, il traverserait la plaque si on le lâchait, ce qui oblige à lui donner une forme spécifique, par exemple un forme de clou, avec une tête plus large que le trou. La tête du clou s'appuie alors sur la face supérieure de la plaque et maintient le corps cylindrique dudit clou, qui forme le pion proprement dit, dans l'épaisseur du trou métallisé.
Cette difficulté technique se traduit donc par un inconvénient de coût, du fait du prix de revient élevé des pions en forme de clou.
La présente invention vise à proposer une solution qui assure la même qualité de liaison électrique entre les deux pistes de la plaque, mais à l'aide de moyens plus économiques.
La présente invention a pour objet un procédé pour relier électriquement une première et une seconde pistes portées par deux faces opposées d'une plaque de circuit
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imprimé à l'aide d'un pion brasé s'étendant dans un trou traversant ladite plaque dans son épaisseur et débouchant dans chacune des deux pistes.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste : - à choisir un pion ayant une section dimensionnée pour permettre son insertion en force dans le trou, de manière que même soumis à son propre poids, ledit pion inséré demeure en position dans le trou par frottement contre la paroi du trou, - à déposer de la crème à braser sur la première piste, au moins à l'embouchure du trou, - à insérer ledit pion dans le trou jusqu'à ce qu'il ait une première extrémité dépassant de la première piste et une seconde extrémité dépassant de la seconde piste, - à braser la première extrémité du pion à la première piste, par refusion de la crème à braser préalablement déposée, et - à braser ensuite la seconde extrémité du pion à la seconde piste.
En d'autres termes, le procédé selon l'invention élimine deux sources de coût de la solution antérieure, à savoir la métallisation du trou traversant d'une part, le recours à un pion de forme spécifique d'autre part.
L'invention repose sur l'observation que la section du pion peut assurer à elle seule la liaison électrique entre les deux faces de la plaque de circuit imprimé et qu'il est suffisant de braser le pion à chacune de ses extrémités sur la piste correspondante.
De ce fait, on peut éliminer d'une part le jeu auparavant nécessaire pour assurer le mouillage de la brasure sur toute l'épaisseur de la plaque, d'autre part la forme spécifique du pion auparavant nécessaire pour maintenir le corps du pion dans l'épaisseur de la plaque.
Dans un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, on brase la seconde extrémité du pion par soudure à la vague.
Cette vague passe dans un deuxième temps mais elle est souvent nécessaire, par exemple pour braser des connecteurs insérés sur la plaque après l'étape de refusion, de sorte qu'elle n'engendre par de surcoût spécifique.
Dans un autre mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, on brase la seconde extrémité du pion lors du brasage par refusion de sa première extrémité, par refusion d'une petite quantité de crème à braser préalablement placée au voisinage de ladite seconde extrémité.
Dans une variante préférée de ce mode de mise en oeuvre, on dépose la crème à braser sur la première piste en introduisant un petite quantité de crème à braser dans le trou traversant, puis on insère le pion dans le trou, de sorte que la petite quantité de crème à braser présente dans le trou est poussée par la seconde extrémité du pion et
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demeure collée sur celle-ci, puis on brase la seconde extrémité du pion à la seconde piste en utilisant la petite quantité de crème à braser présente sur la seconde extrémité du pion.
Ainsi, l'apport de crème à braser au voisinage de la seconde extrémité du pion avant la refusion se fait automatiquement, par la simple insertion du pion dans le trou traversant.
Avantageusement, le pion utilisé pour mettre en oeuvre) le procédé selon l'invention présente une section identique sur toute sa longueur. Autrement dit, il est dépourvu de tête.
De même, on comprend qu'il est avantageux, selon l'invention, que le trou traversant comporte une paroi non conductrice, de préférence directement formée par le substrat isolant portant les deux pistes sur ses deux faces. Autrement dit, il est souhaitable que le trou ne soit pas métallisé.
L'invention a également pour objet une plaque de circuit imprimé à double face, chaque face portant une piste reliée électriquement à une piste de l'autre face à l'aide d'un pion brasé s'étendant dans un trou traversant ladite plaque dans son épaisseur et débouchant dans chacune des deux pistes.
Cette plaque est caractérisée en ce que le trou traversant et le pion ont des sections dimensionnées pour permettre l'insertion en force du pion, de manière que même soumis à son propre poids, ledit pion demeure en position dans le trou après insertion, et en ce que le pion est brasé sur chacune des deux pistes, sur chaque face de la plaque de circuit imprimé.
Selon l'invention, il est avantageux que, sur la plaque de circuit imprimé précédemment décrite, la brasure présente à une extrémité du pion ne se trouve pas en contact direct avec la brasure présente à l'autre extrémité dudit pion.
Afin de faciliter la compréhension de l'invention, on va maintenant en décrire un mode de mise en oeuvre, à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une section d'une plaque de circuit imprimé à double face, lors d'une première étape de positionnement d'un écran de sérigraphie, - la figure 2 est analogue à la figure 1 et montre la plaque après dépôt par sérigraphie de crème à braser, - la figure 3 est analogue aux précédentes et montre la plaque lors d'une approche d'un outil d'insertion de pions, - la figure 4 est analogue aux précédentes et montre la plaque après insertion d'un pion, - la figure 5 est analogue aux précédentes et montre la plaque après report sur celle-ci de composants à montage en surface,
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- la figure 6 est analogue aux précédentes et montre la plaque après refusion.
La plaque de circuit imprimé représenté à la figure 1 comprend un substrat 1 portant, sur sa face supérieure 2 et sur sa face inférieure 3, des pistes conductrices respectivement 4 et 5, en cuivre ou en alliage de cuivre.
Dans l'exemple illustré, la piste inférieure 5 est continue dans la section considérée tandis que la piste supérieure 4 est discontinue et comprend des pastilles disjointes 4a pour le montage de composants de type CMS (Composants à Montage en Surface).
Un trou traversant 6 est réalisé dans l'épaisseur de la plaque. Ce trou débouche en face supérieure 2 de la plaque où il traverse la piste 4 et en face inférieure 3 de la plaque où il traverse la piste inférieure 5.
De manière connue, un écran de sérigraphie 7 est positionné sur la face supérieure de la plaque, au-dessus de la piste 4. Cet écran sert de masque lors du dépôt de crème à braser par sérigraphie.
Comme on le voit à la figure 2, après cette opération de sérigraphie, de la crème à braser est présente sur la piste supérieure 4, d'une part au-dessus de chaque pastille 4a destinée à recevoir un composant CMS, d'autre part autour de l'embouchure du trou traversant 6 ainsi qu'à l'intérieur de ce dernier, sur la quasi totalité de la hauteur de la plaque.
La crème à braser présente dans la région du trou traversant 6 forme une masse qui peut être virtuellement décomposée en un oeillet 8a, périphérique à l'embouchure du trou, et une colonne 8b correspondant à la section du trou.
Une fois la crème à braser déposée, l'écran de sérigraphie 7 est retiré et l'on approche un outil d'insertion de pions 9 au droit du trou traversant 6, comme représenté à la figure 3.
L'outil d'insertion a pour fonction de maintenir un pion exactement dans l'alignement du trou traversant 6 et de le guider lors de la translation axiale réalisant son insertion en force dans le trou. Aucun détail supplémentaire de l'outil d'insertion ne sera fourni dans le cadre de la présente description car un tel outil est bien connu de l'homme du métier.
La figure 4 représente la plaque de circuit imprimé après insertion en force d'un pion 10 à l'aide de l'outil d'insertion 9.
Ce pion 10 est une tige cylindrique dont la longueur est nettement supérieure à l'épaisseur de la plaque de circuit imprimé et qui comprend une extrémité supérieure, ou première extrémité 10a, et une extrémité inférieure, ou seconde extrémité 1 Ob.
La première extrémité 10a dépasse de la face supérieure 2 de la plaque du circuit imprimé tandis que la seconde extrémité 10b dépasse de la face inférieure 3 de la plaque de circuit imprimé.
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Le pion 10 est choisi de manière que sa section transversale présente au moins une dimension plus grande que le diamètre du trou, afin que son insertion dans ledit trou engendre des frottements s'opposant à son déplacement.
Par exemple, le pion 10 peut être de section carrée avec une diagonale légèrement plus grande que le diamètre du trou. Des frottements sont alors générés entre les quatre arêtes du pion et la paroi du trou, de sorte que le pion reste en place dans le trou après insertion.
On voit que l'insertion du plot dans le trou traversant 6 a provoqué le déplacement de la colonne de crème à braser 8b selon un mouvement de translation identique au mouvement d'insertion du pion 10. Ainsi, alors que l'oeillet de crème à braser 8a est demeuré à la périphérie de l'embouchure supérieure du trou, la colonne 8b se trouve
maintenant dans le prolongement de la seconde extrémité 10b du pion, du côté de la face inférieure 3 de la plaque. Cette colonne 8b constitue une petite quantité de crème à braser qui reste solidaire du pion par adhérence.
maintenant dans le prolongement de la seconde extrémité 10b du pion, du côté de la face inférieure 3 de la plaque. Cette colonne 8b constitue une petite quantité de crème à braser qui reste solidaire du pion par adhérence.
A ce stade du procédé, le pion 10 est prêt à être brasé sur les pistes supérieure 4 et inférieure 5, par refusion de la crème à braser 8a, 8b.
Préalablement à cette refusion, on positionne les composants de type CMS 11 aux emplacements qui leur sont réservés sur la carte et notamment sur les pastilles 4a recouvertes de crème à braser.
L'ensemble est ensuite passé au four, ce qui provoque la refusion de la crème à braser, laquelle forme, de manière connue, des congés de soudure à la base de chaque extrémité 10a, 10b du pion 10, réalisant ainsi son brasage avec les pistes 4 et 5.
Simultanément, les composants de type CMS 11 sont aussi brasés sur leurs pastilles.
Dans une variante non représentée, l'écran de sérigraphie comporte une partie supplémentaire qui obture l'embouchure supérieure du trou traversant. Dans ce cas, le dépôt par sérigraphie de la crème à braser ne laisse sur la face supérieure 2 de la plaque que l' illet 82 de crème à braser. L'insertion du plot ne déplace donc pas de crème à braser en face inférieure de la plaque.
Après refusion, le pion n'est brasé qu'en face supérieure, comme les composants de type CMS.
Le brasage du pion en face inférieure peut être réalisé ultérieurement, à l'occasion du brasage d'autres dispositifs comme par exemple des connecteurs qui sont traditionnellement mis en place après la refusion et sont soudés à la vague complémentaire.
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La description de l'exemple qui précède ne présente aucun caractère limitatif et on pourra y apporter toute modification souhaitable sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
Claims (10)
1. Procédé pour relier électriquement une première (4) et une seconde (5) pistes portées par deux faces opposées (2,3) d'une plaque de circuit imprimé à l'aide d'un pion (10) brasé s'étendant dans un trou (6) traversant ladite plaque dans son épaisseur et débouchant dans chacune des deux pistes, caractérisé en ce qu'il consiste : - à choisir un pion (10) ayant une section dimensionnée pour permettre son insertion en force dans le trou (6), de manière que même soumis à son propre poids, ledit pion inséré demeure en position dans le trou par frottement contre la paroi du trou, - à déposer de la crème à braser (8) sur la première piste, au moins à l'embouchure du trou, - à insérer ledit pion dans le trou jusqu'à ce qu'il ait une première extrémité (10a) dépassant de la première piste (4) et une seconde extrémité (10b) dépassant de la seconde piste (5),
- à braser la première extrémité (10a) du pion à la première piste (4), par refusion de la crème à braser (8) préalablement déposée, et - à braser ensuite la seconde extrémité (1 Ob) du pion à la seconde piste (5).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on brase la seconde extrémité (1 Ob) du pion par soudure à la vague.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on brase la seconde extrémité (1 Ob) du pion lors du brasage par refusion de la première extrémité, par refusion d'une petite quantité (8b) de crème à braser préalablement placée au voisinage de ladite seconde extrémité.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on dépose la crème à braser (8) sur la première piste en introduisant un petite quantité (8b) de crème à braser dans le trou traversant (6), puis on insère le pion (10) dans le trou, de sorte que la petite quantité de crème à braser présente dans le trou est poussée par la seconde extrémité du pion et demeure collée sur celle-ci, puis que l'on brase la seconde extrémité du pion à la seconde piste en utilisant la petite quantité (8b) de crème à braser présente sur la seconde extrémité du pion.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le pion (10) présente une section identique sur toute sa longueur.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le trou traversant (6) comporte une paroi non conductrice, de préférence directement formée par un substrat isolant (1) portant les deux pistes sur ses deux faces.
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7. Plaque de circuit imprimé à double face, chaque face (2,3) portant une piste (4,5) reliée électriquement à une piste (5,4) de l'autre face à l'aide d'un pion (10) brasé s'étendant dans un trou (6) traversant ladite plaque dans son épaisseur et débouchant dans chacune des deux pistes, caractérisée en ce que le trou traversant (6) et le pion (10) ont des sections dimensionnées pour permettre l'insertion en force du pion, de manière que même soumis à son propre poids, ledit pion demeure en position dans le trou après insertion, et en ce que le pion est brasé sur chacune des deux pistes sur chaque face de la plaque de circuit imprimé.
8. Plaque de circuit imprimé selon la revendication 7, caractérisée en ce que le pion (10) présente une section identique sur toute sa longueur.
9. Plaque de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que le trou traversant (6) comporte une paroi non conductrice, de préférence directement formée par un substrat isolant (1) portant les deux pistes sur ses deux faces.
10. Plaque de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la brasure présente à une extrémité du pion ne se trouve pas en contact direct avec la brasure présente à l'autre extrémité dudit pion.
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