Brevet FR2242190A1 — publié le 19750328

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la soudure continue de petits éléments , généra lement disposés en une ligne , à l'aide d'une source d'énergie rayonnante concentrée La soudure à la main se fait depuis longtemps Nais quand les éléments à souder sont petits il se présente des difficultés ; par exemple le travail à la main des pièces une à une exige un temps très long pour exécuter complètement de petits éléments , tels qu'une plaque de circuit comportant de nombreux conducteurs à souder ; le shuntage ou une résistance de soudure insuffisante peuvent aussi ne pas pouvoir entre évités même si un travail soigné est exécuté Une autre méthode connue pour souder de petits éléments utilise le chauffage par résistance électrique ou l'onde supersonique . Cependant# , la fusion de fils ou une résistance de soudure insuffisante tendent à se produire , et pour relier de nombreux conducteurs , beaucoup de temps est néces saire La lampe à rayonnement infra-rouge est également utilisée pour faire fondre la soudure . Habituellement , la lampe concentre un faisceau rayonnant sur la bande ou ligne à partir de la lampe . Le chauffage par rayonnement concentré est en soi utile et avantageux . Il y a absence complète de contact physique , et ainsi la pollution apportée par l'organe de chauffage et les forces perturbatrices sur les éléments à souder sont éliminées . Ce système applique aussi l'énergie de chauffage rapidement et sans déranger les structures environnantes . Par la soudure au moyen de la lampe allongée ( prolongée) on peut souder de très nombreux éléments disposés en une ligne en une seule opération . Cependant , la répartition de la température au long de la ligne a tendance à varier sur cette ligne , et des parties insuffisamment chauffées et d'autres surchauffées peuvent se présenter . Enfin, la lampe et le dispositif doivent être très précis pour que le résultat désiré puisse entre obtenu. On utilise aussi le chauffage à faisceau rayonnant à point de concentration par déplacement le long d'une ligne à souder . Toutefois , par le déplacement continuel du faisceau la répartition de la température ntest pas satisfaisante au long de la ligne à souder , qui tend à titre surchauffée quand la lampe est déplacée . Aussi, un résultat satisfaisant n'est pas facilement obtenu . La présente invention propose un procédé et un appareil pour souder de façon continue de petits éléments disposés généralement en une ligne , à l'aide d'une lampe à faisceau rayonnant concentré en un point , pour atténuer les inconvénients mentionnés ci-dessus Le procédé suivant la présente invention consiste à déplacer par intermittence la lampe le long de la ligne , et à transmettre aux éléments l'énergie de rayonnement de la lampe seulement lorsque celle-ci est arrêtée . La lampe est en effet éteinte ou abritée a' l'égard de l'élément pendant qu'elle est déplacée . Ainsi le faisceau forme des points espacés ou de petits cercles le long de la ligne à souder . Cela est juste l'inverse de la méthode connue de soudure continue .L'expérience a montré qu'on obtient un meilleur résultat en dépla çant la lampe le long de la ligne de façon intermittente, plu tbt qu'en faisant mouvoir la lampe de façon continue . Enfin, en déplaçant de façon intermittente la lampe le long de la ligne , et en fournissant l'énergie de rayonnement aux éléments seulement quand la lampe est en mouvement , on obtient une bonne répartition de la température le long de la ligne Le procédé peut entre mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif de commande simple , et l'appareil lui-meme est simple et peu coûteux , comparativement à la machine à souder utilisant la lampe à faisceau long o Description du dessin La Fig. I est une vue en plan de l'appareil à souder conforme à la présente invention . La Fiv.2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 La Fig.3 montre , à plus grande échelle , la répartition insuffisante de la température d'une plaquette de connexion . / La Fig.4 est un graphique montrant la répartition de température d'un point de faisceau rayonnant. La Fig.5 est un graphique du temps de chauffage au temps de refroidissement , en relation avec le courant de la lampe La Figez montre la répartition de la température comme à la figure 3, mais en condition satisfaisante La Fig.7 est un graphique du temps de chauffage au diamètre de fusion de la soudure ( sans doute : temps de chauffage du fil à souder par rapport à son diamètre . Note du traducteur Les Fig. 1 et 2 montrent la partie essentielle d'un dispositif pour la soudure de petits éléments tels que circuits imprimés ou la connexion de nombreux fils à une plaquette de montage imprimé .Les plaques terminales 1 et 2 sont fixées à un chariot , non représenté , pour etre déplacées vers la droite et vers la gauche sur une plaque, non représentée, sur laquelle sont disposés les éléments à souder . Les plaques de bout 1 et 2 sont reliées l'une à l'autre par des barres de guidage 3 et 4 , à l'aide d'un organe tel que l'écrou 5 . Un curseur 6 monté à coulisse sur les barres de guidage 3 et 4 est , comme le montre la Fig.2, percé de trous pour le passage de ces barres Un support 7 composé d'un bras horizontal 8 et d'un bras vertical 9 est fixé sur une face de bout du curseur 6 .Le bras horizontal 8 est muni d'une ouverture pour le montage de la lampe 10 au moyen d'un support Il règlable verticalement et destiné à concentrer le faisceau de chauffage infra-rouge de la lampe 10 . En variante , un dispositif générateur de rayons laser peut être monté sur le bras horizontal 8 Le bras vertical 9 du support 7 possède une patte 12 qui est reliée à pivot à une plaque 13 par l'intermédiaire d'un axe 14 . L'extrémité libre de la plaque 13 est portée par un ressort 15 assujetti à une patte 16 montée sur une plaque verticale 17, qui est fixée à l'autre extrémité du curseur 6. Un bloc 18, présentant un filetage intérieur segmentaire 13, est monté sur la plaque 13 . Un arbre de vis sans fin 20 est monté à rotation , mais sans pouvoir se déplacer axialement, dans les plaques de bout 1 et 2 . La vis sans/21 de l'arbre 20 est normalement en engagement avec le filetage 19 du bloc 18 Une extrémité 21 de l'arbre 20 porte , de l'autre caté de la plaque de bout 1 , un pignon hélicordal 22 qui engrène avec une vis sans fin 23 montée sur l'arbre 24 d'un moteur 25 , qui est également monté sur le chariot non représenté Une tige 26 est montée à rotation dans le bras vertical 9 et la plaque verticale 17 et est munie d'un bouton 27 à une extrémité .Une came 28 est#montée sur la tige 26 et est en contact avec un épaulement 29 du bloc 18 ; lorsqu'on fait tourner le bouton 27 , une partie à grand diamètre de la came 28 passe sur l'épaulement 29 et fait pivoter la plaque 13 avec le bloc 48 , contre la force du ressort 15 . Le filetage intérieur segmentaire 19 est alors séparé de la vis sans fin 21 , de sorte que le coulisseau 6, avec le bras 8 portant la lampe 10 , peut être ajusté manuellement le long des barres de guidage 3 et 4. La lampe 10 est reliée à la source de courant 31 par l'intermédiaire du dispositif de commande 30 . Celui-ci comprend des organes appropriés pour la commande de la lampe 10 et du moteur 25, respectivement , tels que les minuteries 32 et 33 , le régulateur de tension 34 et le régulateur de courant 35. D'une façon générale , le fonctionnement du dispositif des figures 1 et 2 est le suivant : Le chariot non représenté , sur lequel le dispositif est monté , est réglé latéralement , c'est à dire vers la gauche ou vers la droite de la figure 1 , pour -aligner les éléments à souder sur Itaxe de la lampe 10 . En tournant le bouton 27 on fait tourner la came 28 , ce qui fait que le filetage intérieur segmentaire l9 du bloc 18 est dégagé de la vis sans fin 21 de l'arbre 20 . Le curseur 6 peut alors oestre réglé à la.main pour aligner la position de départ de la soudure sur l'axe de la lampe 10. Procédant autrement , on met le moteur 25 en circuit pour faire tourner , dans le sens désiré , la vis sans fin de commande 23.Le pignon hélicoïdal 22 , qui engrène avec la vis sans fin 23 , est mis en rotation avec l'arbre de vis sans fin 20 . La vis sans fin engrenant avec le filetage intérieur segmentaire 19 fait mouvoir le bloc 18 , la plaque 13, la patte 12, le support 7 et le curseur 6 sur les barres de guidage 3 et~4 . Ainsi la lampe 10 , montée sur le curseur 6 par l'intermédiaire du support 7 , -est déplacée lentement par le moteur 25 pour s'aligner à la position de départ La lampe 10 est alors mise en circuit , ainsi que le moteur 25 , par le dispositif de commande 30 , pour fournir l'énergie thermique convenable aux éléments à souder, cependant que la lampe 10 est déplacée dans une proportion prédéterminée .Après que les éléments sont soudés le long de la ligne verticale de la figure 1 , la lampe 10 est mise hors circuit , et le dispositif est-mis en mouvement par le chariot et conduit jusqutà la prochaine ligne à souder Expérience 1 Au début , les bornes de la lampe 10 et du moteur 25 sont reliées à la meme minuterie , pour déplacer continuellement la lampe 10 pendant qu'elle est en action . La figure 3 montre le taux de fusion de la soudure quand le courant de la lampe est de 8 ampères , le temps de chauffage de 2 minutes et la vitesse de déplacement de 0,5 mm/sec. La feuille de bornes de connexion est formée par des conducteurs étamés adhérant à une feuille non conductrice de 50 microns d'épaisseur . La soudure se compose de 60 % d'étain et 40 % de plomb, et l'épaisseur de la soudure est de 3 microns .La zone hachurée montre l'étendue de fusion de la soudure , et la zone noire montre l'étendue surchauffée . Comme on le voit , l'étendue de fusion n'est pas uniforme le long de la ligne de déplacement de la lampe . Quand la vitesse de la lampe est supérieure à 1 mmfsecs la zone est plus uniforme X mais la résistance de soudure des fils de forte densité n'atteint pas le niveau désiré Expérience 2 La figure 4 montre la répartition de la température du foyer concentré de la lampe à différents moments du chauffage La lampe est alimentée par un courant constant de 8 ampères s et elle est immobile La figure 5 montre , dans une expérience de base, la relation entre le temps de chauffage et le temps de refroidissement de la lampe avec des courants de lampe différents pour atteindre une répartition de température uniforme pendant que la lampe est déplacée Dans une seconde expérience , il est donné à la lampe le temps de refroidir , puis la lampe est déplacée pendant qu'elle est en circuit , et la lampe est arrêtée pendant le refroidissement . La zone de soudure fondue le long de la ligne de déplacement est représentée à la figure 6 . Le cycle est le suivant 2 temps de chauffage 10 secondes, temps de re froidissement 5 secondes ; les autres conditions sont les me- mes que celles de l'expérience I . La répartition de température est uniforme , et la partie surchauffée que montre la Fig.3 n'est pas apparue .Cependant , la résistance de la soudure n'est pas suffisante . En réduisant la vitesse de déplacement la résistance de la soudure est améliorée , mais le taux de production aussi est abaissé , ce qui pose un autre problème. Expérience 3 Pour atténuer , suivant la présente invention, les inconvénients mentionnés ci-dessus , on arrête le moteur 25 pendant que la lampe est en circuit , puis la lampe est éteinte et refroidie pendant que le moteur la déplace . Les conditions de chauffage sont les mêmes qu'à ltexpérience 2 . La répartition de la température a été uniforme le long de la ligne de déplacement de la lampe . Concernant la résistance de la soudure , la connexion de fils de forte densité de plusieurs centaines de conducteurs de 50 microns de largeur et 50 microns d'espacement a été suffisante La figure 7 montre la relation entre le diamètre de soudure fondue et le temps de chauffage à des courants de lampe différents .La distance de déplacement doit entre moindre que le diamètre de fusion de la soudure avec un courant de lampe donné et un temps de chauffage donné , quand les éléments à souder sont uniformément répartis le long de la ligne de déplacement de la lampe . Bien entendu , si les éléments à souder sont disposés en groupes espacés, chaque distance de déplacement de la lampe peut-etre choisie pour éviter le chauffage d'espaces vides Comme décrit , la méthode de soudure continue suivant la présente invention prévoit une période de refroidissement de la lampe le long de sa ligne de déplacement ; la lampe est arrAtée pendant le chauffage , et est mise en mouvement pendant le refroidissement . Le cycle de chauffage est juste l'inverse de celui du procédé ordinaire connu 3 néanmoins , comme décrit ci-dessus , le taux de fusion le long de la ligne de déplacement de la lampe est uniforme , et un résultat satisfaisant peut entre obtenu , comparativement aux autres cycles de chauffage . Egalement , par un choix convenable du temps et du courant de chauffage , les connexions désirées correspondant aux matières de base, par exemple métal, résine ou verre et aux surfaces à joinre peuvent être obtenues La présente invention est décrite dans une réalisation utilisant une lampe de chauffage infrarouge . La présente invention n'est cependant pas limitée à cette réalisation . Le-rayon laser peut ttre utilisé avantageusement en choisissant la distance de déplacement et le temps de chauffage correspondant à l'appareil donné . Egalement , la période de désamorçage de la lampe peut être obtenue par une plaque d'écran ou une plaque de dispersion . Enfin, le dispositif peut être inversé c'est à dire que les éléments à souder se meuvent le long# d'une ligne passant transversalement à la lampe mobile . La lampe est alors mise en action et éteinte comme décrit . REVENDICATIONS 1 . Procédé pour la soudure continue de petits éléments disposés d'une façon générale en une ligne , par une source d'énergie rayonnante concentrée , comprenant les opérations suivantes : - déplacement intermittent le long de la ligne , de cette source d'énergie rayonnante , et - l'énergie rayonnante de la source est appliquée aux éléments seulement quand la source est arrêtée . 2 . Procédé de soudure continue de petits éléments disposés de façon générale en une ligne , par une source d'énergie rayonnante concentrée comprenant les opérations suivantes - déplacement intermittent de la source d'énergie rayonnante le long de la ligne , et - 11 énergie rayonnante de la source est appliquée aux éléments seulement quand la source est en mouvement . 3 0 Appareil pour la soudure continue de petits éléments disposés généralement en une ligne , par une source d'énergie rayonnante concentrée, comprenant des organes pour déplacer cette source d'énergie rayonnante le long, de cette ligne , et des organes pour arrêter cette source d'énergie rayonnante le long de la ligne , à des points désirés , le perfectionnement comprenant : - des organes faisant mouvoir par intermittence la source d'énergie rayonnante , et - des organes pour appliquer l'énergie rayonnante provenant de ladite source aux éléments seulement lorsque ladite source est arr8tée , cependant que - lesdits éléments sont chauffés uniformément le long de ladite ligne