Brevet FR2124472A1 — publié le 19720922

L'invention concerne un procédé de soudage par rayons infra-rouges pour la fixation de composants sur un support, notamment sur une plaquette de céramique ou similaire, muni de trajets conducteurs ou de points de fixation par soudure formés 5 par étamage, avec utilisation de rayonnement infra—rouge, ce procédé consistant à focaliser le rayonnement infra-rouge sur les points de soudage et à faire fondre la soudure, puis à poser le composant pré-étamé et à effectuer le soudage. Selon un procédé connu de soudage par rayons j_0 infra-rouges pour la fixation de connexions sur des plaques câblées, les points à souder sont chauffés à la température de soudage, par la face à souder, au moyen d'un rayonnement infrarouge focalisé, dirigé sur ces points à souder. L'étain de la soudure est placé, en fragments dimensionnés, au foyer du rayonnement infra-rouge et, après la mise en fusion de l'étain,. la cosse de connexion ou un organe similaire est fixé de façon connue'en soi par la soudure. Ce procédé connu est utilisé en pa rticulier pour la fixation de composants par soudure sur des plaques câblées. Mais, comme on le sait, différents composants 20 semiconducteurs, ainsi que des bobines miniaturisées ou similaires ne peuvent guère être chauffés au-delà de 70°C. Si l'on veut fixer par soudure de tels petits composants sensibles à la température, par exemple sur des plaquettes de céramique, on court le risque que les composants soient atteints par le rayonnement 25 de la chaleur et soient endommagés ou même détruit de ce fait. Par ailleurs, lorsque la soudure entre en fusion, il se peut que la lumière soit réfléchie et que l'opérateur soit aveuglé. Cet aveuglement est particulièrement dangereux en cas d'utilisation d'un laser en tant que source de rayonnement infra-rouge 30 ou d'une source lumineuse ayant une forte proportion de rayonnement à ondes courtes. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités par des dispositions introduites dans le procédé et dans le dispositif." Plus précisément, on a cherché à 35 adapte'r le procédé et le dispositif au soudage de petits composants électriques sur des plaquettes de céramique ou des plaquettes de verre, auquel cas une bonne possioilité d'observer le processus de soudage doit être assurée. D'après le procédé de l'invention; ce résultat est obtenu grâce au fait qu'on place le 40 support, par sa face opposée aux points à souder, sur une 72 03746 2 2124472 plaque filtrante en verre qui absorbe le rayonnement à ondes courtes et que l'on chauffe l'endroit a souder par la face inférieure de la plaque-support au moyen du rayonnement infra-rouge. • En procédant selon l'invention, on élimine 5 les inconvénients précités du soudag .• par rayons infra-rouges. Le procédé de l'invention peut être appliqué en particulier pour le soudage de plaquettes minces de céramique ou de verre. Du fait que l'on dépose le support sur la plaque filtrante en verre, on évite que .la partie visiole du rayonnement passe à travers la jLo plaque filtrante, tandis que les rayons calorifiques à ondes longues sont libres de traverser la plaque filtrante. Dans ces conditions, on procède oe préférence en commençant par pré-chauffa: le support sur le verre filtrant, ainsi que ce dernier. Par cette disposition, on évite, entre autres inconvénients, l'éclatement j_5 de la plaquette de céramique ou de verre, ainsi qu'un endommagement du verre filtrant en cas d'échaufferaent localisé. Le pré-chauffage du support est effectué de préférence par un système chauffant qui entoure la plaquette en verre filtrant et se trouve situé au-dessous de celui-ci, la température oe pré-chauffage étant 20 réglée à 30-40° environ au-dessous du point de fusion de la soudure. Lorsque le rayonnement infra-rouge est alors focalisé sur le support, au-dessous du point à souder, il se produit instantanément une fusion de la soudure. Aucun effet d'aveuglement ne se manifeste au cours de l'opération de soudage. Le processus de 25 soudage peut donc être même observé à l'aide d'un microscope. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention comprend le dispositif connu et mentionné ci-dessus pour le soudage par rayons infra-rouges, se composant d'une surface d'appui ou platine qui reçoit le support et d'un 30 projecteur à infra-rouges qui sert à la mise en fusion de la soudure, et il est ca-ractérisé par le fait que la surface d'appui est une plaque filtrante de verre aosorbant le rayonnement à ondes courtes (visible) et que le projecteur à infra-rouges est disposé au-dessous de cette plaque filtrante de verre. Selon une 35 autre caractéristique ae l'invention, la source de rayonnement infra-rouge et le projecteur à infra-rouges sont réglables l'un par rapport à l'autre, de sorte que le rayonnement émis par le projecteur à infra-rouges frappe par zone ou par point la face inférieure du support qui repose sur le verre filtïant, au choix 40 et en fonction du réglage. • 72 03746 -3 2124472 La plaque filtrante en verre repose, par sa partie marginale périphérique, sur une couronne chauffante, le projecteur à infra-rouges étant disposé au-dessous de l'espace annulaire. Une monture recevant le composant à souder est disposé 5 dans le prolongement de l'axe optique du projecteur à infrarouges et au-dessus du support. La monture est déplacable en hauteur dans un guide, de sorte que le composant peut être déposé sur le support par cette monture. Au dispositif de manoeuvre de la monture est associé un dispositif de commande pour le réglage 10 de la puissance de ld source de rayonnement infra-rouge.. De préférence , la source de rayonnement infra-rouge est constituée par une lampe à halogène. Lors du mouvement de descente du composant sur le support, la puissance de la lampe à halogène est augmentée simultanément et proportionnellement à la course, de sorte que ]_5 peu avant le contact du composant avec le support, la soudure déposée sur ce dernier passe à l'état liquide. Ainsi, au moment où le composant est mis en place, il plonge dans la soudure liquide. Des griffes de serrage électriques détachent le. composant de la monture qui est alors ramenée dans sa position initiale. 20 Pendant le mouvement de retour de la monture, la puissance de la source de rayonnement infra-rouge est réduite,• cependant que l'endroit de la soudure est refroidi par un courant d'air. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté, au dessin annexé un dispositif de soudage pour la mise 25 en oeuvre de l'invention. La figure 1 en est une vue en élévation partiellement en coupe. La figure 2 en est une vue schématique en perspective. 30 Le dispositif de soudage par rayons infra rouges se compose essentiellement d'une source de rayonnement infra-rouge 1, par exemple une lampe a halogène, d'un projecteur à infra-rouges 2, réalisé sous forme d'un réflecteur ellipsoïdal, d'une platine qui est constituée par une plaque filtrante en 35 verre 3 absorbant la lumière visible, et d'un appui annulaire 4 au-dessous duquel est disposé un élément chauffant annulaire 5. Un support 6, par exemple une plaquette de céramique sur laquelle de la soudure a été appliquée par immersion ou par dépôt de morceaux de soudure de forme appropriée, repose par sa. surface 8 40 opposée à ld surface à souder 7, sur la plaquette:de verre filtrant 72 03746 4 2124472 Coaxialement à l'axe optique 9 du projecteur à infra-rouges est monté une monture 10 qui peut être soulevée et abaissée dans la direction de la flèche 11 au moyen d'un dispositif élévateur 14. La monture comporte un mandrin de serrage électrique 12, dans 5 lequel le composant 13 à souder est maintenu. Au dispositif élévateur 14 est associé un dispositif de commande, par exemple un potentiomètre 15, dont la sortie 16 est montée en série avec la source de rayonnement infra-rouge 1. Lorsque la monture 10 est abaissée en direction du support, la lampe à halogène reçoit j_o un courant plus fort, si bien que sa puissance augmente. Une manette 17 permet de déplacer légèrement la lampe a halogène dans la cavité du réflecteur à infra-rouges suivant l'axe optique de celui-ci, d'où il résulte que le cône de rayonnement émis par le réflecteur à infra-rouges frappe le support 6 plus ou moins 25 ponctuellement ou suivant une zone de surface. Le système de chauffage 5 est réalisé de préférence sous forme de système échelonné et il peut être réglé par un thermostat (non représenté). Le passage d'un échelon de chauffage à l'autre est effectué au moyen d'un dispositif de commutation (non représenté) de façon 20 que la température du verre filtrant 3 soit réglée légèrement au-dessous de la température de fusion de la soudure. Par cette disposition, on évite que le support n'éclate sous l'effet de l'effet de la contrainte thermique punctiforme qui se produit au soudage et,. d*autre part, on est également assuré qu'un temps 25 relativement bref, inférieur a une seconde,sera nécessaire pour faire fondre la soudure. Après que le composant 13 a été fixé au point' à souder 6' et après avoir relevé ensuite la monture 10, on projette sur la zone de soudage un courant d'air qui est dirigé, à partir d'une buse 18 munie d'une soupape de commande, sur 30 la zone de soudure et qui refroidit celle-ci. Comme on peut encore le voir sur la figure 2, le dispositif de soudage par rayons infra-rcuges se compose d'une boîte 21 avec une plaque 22 formant couvercle portant la plaque annulaire chauffante 4, 5. Un commutateur à plots 23 sert au 35 réglage de différents échelons du dispositif chauffant 5. La source de rayonnement infra-rouge 1 et le réflecteur à infrarouges 2 sont montés dans la boîte 21. La manette 17 pour le réglage du foyex du cône de rayonnement infra-rouge peut être manoeuvrée par la façade 21' de la boîte. Le dispositif élévateur 40 14 est monté sur une colonne 24 qui est fixée à la boîte et il 72 03746 5 2124472 est agencé de telle sorte que la monture 10 soit dépla cable dans le prolongement de l'axe optique 9, au moyen de la manette 14', dans la direction de la flèche 11. La colonne 24 porte un bras transversal 25 avec un microscope 25'. Le microscope sert à l'observation du processus de soudage. Une manette 26 sert au réglage de la soufflerie (non représentée), un interrupteur 27 à l'allumage de la source de rayonnement infra-rouge l.et un interrupteur principal 28 à la mise en marche du dispositif de soudage aux rayons infra-rcuges. De plus, il est prévu un commutateur à plots 20 pour le réglage de la luminosité d'un appareil d'éclairage non représenté) qui peut être rapporté en 29. 72 03746 2124472 REVENDICATIONS i. Procédé de soudage par rayons infrarouges pour la fixation de composants sur un support, notamment sur une plaquette de céramique ou similaire, muni de trajets con-5 ducteurs ou de points de fixation pur soudure formés par étamage, avec utilisation de rayonnement infra-rouge, ce procédé consistant à focaliser le rayonnement infra-rouge sur le point à souder et à faire fondre la soudure, puis à poser le composant pré-étamé et a effectuer le soudage, caractérisé par le fait qu'on place j_0 Ie support, par sa face opposée aux points à souder, sur une plaque de verre filtrant qui absorbe le rayonnement à courte longueur d'onde et que l'on chauffe l'endroit a souder par la face inférieure de la plaque - support au moyen du rayonnement infra-rouge. 25 2. Procédé selon la revendication 1, carac térisé par le fait qu'on procède tout d'abord au pré-chauffage de la plaque en verre filtrant et, par suite, du support, après quoi le rayonnement infra-rouge est focalisé sur l'endroit a souder. 20 Dispositif pour la mise en oeuvre du procé dé de soudage par rayons infra-rouges, se composant d'une platine qui reçoit le support et d'une source de rayonnement infra-rouge entourée par un projecteur à infra-rouges, caractérisé par le fait que la platine est une plaque en verre filtrant (3) qui 25 absorbe la lumière à courte longueur d'onde (lumière visible) et que le projecteur à infra-rouges (2) est disposé au-dessous de la plaque en verre filtrant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la plaque en verre filtrent (3) est suppor-30 tée par un appui annulaire chauffant (4). 5; Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que l'énergie de rayonnement de la source d'infra-rouges (1) est réglable en fonction de la position d'un dispositif élévateur (10) qui maintient le composant (13) 35 à souder. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait que la source de rayonnement infra-rouge (1) et le projecteur à infra-rouges (2) sont déplaçables l'un par rapport a l'autre, de façon que le cône de 40 rayonnement infra-rouge émis attaque le support en un point ou en 72 03746 7 2124472 une zone de surface. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que l'élément chauffant (5) pour le chauffage de la plaque de verre filtrant (3) est réglable à une température déterminée et est asservi par un thermostat.