Brevet FR2469973A1 — publié le 19810529

Tête de soudage à transformateur de courant à haute fréquence La présente invention concerne les techniques de soudage de composants sur un support et elle se rapporte plus particulièrement à une tête de soudage par refusion adaptable par exemple à une machine automatique mettant en oeuvre le procédé de soudage automatisé sur bande. Le procédé de soudage automatisé sur bande, connu également sous la dénomination TAB consiste à réaliser le soudage de composants tels des circuits intégrés sur un support en utilisant une bande de transfert du type film cinématographique. Cette bande porte une succession de circuits imprimés dessinant les pattes de connexion des circuits intégrés à monter. Au cours de deux opérations de soudage successives, les sorties électriques de chaque circuit intégré sont soudées aux extrémités intérieures correspondantes des pattes de connexion dessinées sur la bande de transfert, puis les extrémités extérieures de ces pattes, préalablement libérées par découpage, sont soudées aux connexions correspondantes prévues sur le support. Les deux opérations de soudage précitées sont généralement réalisées par refusion, c'est-à-dire qu'une gouttelette de matériau de soudure préalablement déposée sur l'un des éléments à raccorder est amenée à la fusion puis refroidie pendant que les éléments sont maintenus en contact. En raison des impératifs de cadence de la machine automatique, et pour éviter une diffusion trop importante de chaleur dans le circuit intégré ou le support, ainsi qu'une détérioration de l'outil de soudage, il importe que ce dernier puisse suivre des cycles de température la fois très rapides et très précis.On utilise à cet effet des outils de soudage, ou thermodes, chauffés par effet Joule et présentant une faible inertie thermique - les thermodes sont généralement réalisées en molybdène et présentent une impédance électrique très faible, de l'ordre de quelques millions Typiquement, les caractéristiques d'un cycle de température pourune opération de soudage par refusion sont les suivantes: montée en température de la température ambiante à 3000C environ en un temps de 7 seconde, puis maintien quelques secondes à 3000C, et retour à la température.ambian- te avec relèvement de la thermode lorsque la température avoisine 1000C. On conçoit ainsi la double nécessité d'un courant de chauffage de l'outil de soudage très intense, de l'ordre de 100 Ampères par exemple, et d'une régulation thermique à faible constante de temps. Les dispositifs connus de l'art antérieur mettent en oeuvre des outils de soudage chauffés par effet Joule et alimentés par l'intermédiaire d'un transformateur abaisseur de tension dont le circuit primaire est commuté sur une source de tension alternative de fréquence industrielle. Ces dispositifs présentent un certain nombre de désavantages tant en ce qui concerne leur rendement que leurs performances de régulation. En effet, en raison de l'encombrement inévitable du transformateur abaisseur de tension, il n'est d'une part pas possible de l'intégrer à la tête de soudure elle-rêre de la machine. Il est dorc nécessaire de prévoir des lignes d'amenée du courant du transformateur la tète da soudage. Du fait de l'importance de l'intensité du ccu-anç, les pertes dans les lignes par effet Joule, mais également les pertes par induction sont très fortes, de sorte que le rendement pratique de ces dispositifs n'excède que rarement îoe#. D'autre part, la régulation thermique de ces dispositifs n'est pas satisfaisante. Elle s'obtient le plus souvent par une commutation du circuit primaire du transformateur par "bursts", c'est-a-dire que l'on envoie un nombre donné de périodes entières dans ce circuit, l'enclenchement se produisant à tension nulle, à des instants déterminés en fonction du cycle de température à obtenir. On comprend aisément qu'en raison de la faible fréquence utilisée, la quantification de l'énergie appliquée à l'outil ne peut être que grossière.Bien entendu, une commutation par découpage de phase au moyen de triacs peut également être envisagée, mais elle génère des perturbations gênantes dans le circuit d'a-limentation et les circuits de contrôle et impose un régime de fonctionnement ina dapté au transformateur en déformant le signal appliqué a son circuit primaire, ce qui réduit encore son rendement. C'est pourquoi un objet de la présente invention est de prévoir une tête de soudage adaptable aux machines automatiques de l'art antérieur, qui permette un rendement meilleur de l'opération de soudage, tout en garantissant une régulation plus précise de la température de l'outil. Un autre objet de la présente invention est de prévoir également des moyens de surveillance incorporés dans la tête de soudage pour recueillir àircrttnt un signal électrique image de l'intensité absorbée dans l'outil. Ces objets, et d'autres encore li apparaîtront la lecture de la description suivante sont réalisés en prsvosant que la tête de soudage, qui comprend un élément support d'un outil de soudage susceptible d'être chauffé par effet Joule, comporte un transfor-ateur de courant a fréquence élevée disposé a proximité immédiate de l'element support et qu'une portion au moins de l'élément support est raccordée électriquement en série dans une boucle secondaire du transformateur. De façon préférentielle1 l'élément support formera une structure rigide réalisée en matériau électriquement conducteur et présentant un passage pour le circuit magnétique du transformateur de courant. En outre, les moyens de surveillance susmentionnés seront avantageusement constitués par un enroulement supplémentaire porte par le transformateur. La présente invention sera mieux comprise a la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique par blocs de l'instal lation d'alimentation et de contrôle de la tête de soudage selon la présente invention; et - la figure 2 est une représentation en perspective d'un transformateur et d'un élément support associés dans une tête de soudage, selon la présente invention. Comme on le voit au mieux dans la figure 1, la tête de soudage schématisée par le bloc 1, suscepti#le de se déplacer séquentiellement par rapport aux éléments a souder, comprend un élément sport 2 d'un outil de soudage susceptible d'être cr-u,~+~ par effet le. Cet élément support 2 comporte les moyens pour recevoir de façon amovible une thermode 3 de soudage par refusion.Il présente par exemple une rainure munie de vis de blocage dans laquelle vient s'engager la tnerode. Selon la présente invention, la tête de soudage 1 comporte en outre un transformateur -de courant général en ment référencé 4, disposé à proximité immédiate de l'element support 2. Dans une boucle secondaire 5 du transformateur 4 est placée en série au moins une portion de l'élément support 2. La boucle secondaire 5 peut être constituée par une tresse de fils de cuivre, mais elle peut aussi avantageusement être formée dans l'élément support 2 lui-même, cet élément constituant une structure rigide et pressentant un passage pour le circuit magnétique du transformateur de courant, comme on le verra ci-dessous. Le circuit primaire 6 du transformateur 4 est alimenté par l'intermédiaire d'un générateur d'alimentation 7 fonctionnant en haute fréquence. Typiquement, cette fréquence pourra être ccmprise entre 0,5 et 18 KHz et elle sera adaptée, de même que la forme des signaux d'alimentation aux caracteristiques du transformateur 4. La régulation du générateur 7 s'effectuera de façon classique selon la technique par "bursts" déjà mentionnée, mais elle sera plus précise en raison de la fréquence de fonctionnement du dispositif. Un enroulement de surveillance 8 peut être prévu sur le transformateur 4 pour recueillir un signal électrique image de l'intensité absorbée dans la boucle secondaire et l'outil de soudage. On pourra ainsi détecter par exemple des anoe#:alies de foncvionnenent se traduisant par des variations de température de l'outil de soudage, et donc de la résistivité du matériau le constituant et du courant qui le traverse. Une variation du courant consommé dans la boucle secondaire produisant une perturbation du flux magnétique dans le transformateur, il sera possible de la mettre en évidence au moyen de l'enroulement de surveillance S.Ce dernier peut alimenter un dispositif de visualisation 9 et/ou agir directement sur le générateur d'alimentation 7 et déclencher des processus de compensation de la perturbation appropriés. La figure 2 représente à titre d'exemple nullement limitatif une structure particulière d'un élément support généralement référencé 17 susceptible d'être mis en oeuvre dans une tête de soudage selon la présente invention. Comme indiqué ci-dessus, plutôt que d'utiliser une boucle secondaire réalisée en tresse de fils de cuivre dans laquelle est insérée une portion de l'élément support, celui-ci peut former une structure rigide réalisée en matériau électriquement conducteur et présentant un passage pour le circuit magnétique du transformateur de courant. Ainsi, l'élément support 17 de la figure 2 est constitué par l'assemblage d'une pièce 12 à section en forme de L et d'une pièce Il à section en forme de marche d'escalier.Un passage 14 est ainsi ménagé entre les deux pièces 11 et 12 pour le circuit magnétique du transformateur, dont la configuration est par exemple celle d'un tore 15 supportant l'enroulement primaire. La pièce 12 à section en forme de L peut comporter une branche 13 semi-cylindrique, dont la surface dirigée vers le tore 15 présente un rayon de cambrure égal au rayon intérieur de ce tore. A la partie inférieure de l'élément support 1, est assujettie de façon amovible une thermode -16 dont l'extrémité libre présente une configuration adaptée 1 'opér3ticn de soudage a effectuer. Bien qu'elle ait été décrite en liaison avec un ode de realisation particulier, la présente invention n'est pas limitee å cet exemple. Elle est au contraire susceptible de nombreuses adaptations et variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. Ainsi, on comprendra par exemple que la configuration du transformateur de courant et du support d'outil de soudage peuvent être aisément modifiées. De même, quoique l'application décrite de la tête de soudage mette en oeuvre le procédé de soudage par refusion, son principe pourrait également être utilisé dans un dispositif de soudage de pièces par effet Joule, dans lequel le courant engendre dans la boucle secondaire du transformateur serait envoyé au travers des deux éléments à souder, l'échauffement à la jonction provoquant alors leur fusion partielle. Le contrôle du processus pourrait là encore être favorisé par l'enroulement de surveillance. Revendications 1. Tête de soudage compren & t un élément support d'un outil de soudage susceptible d'être chauffé par effet Joule, caractérisée en ce qu'elle comporte un transformateur de courant a fréquence élevée dispose a proximité immédiate de l'élément support et en ce qu'une portion au moins de l'élément support est raccordée électriquement en série dans une boucle secondaire de ce transformateur. 2. Tête de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément support forme une structure rigide réalisée en un matériau électriquement conducteur et présentant un passage pour le circuit magnétique du transformateur de courant. 3. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caractérisée en ce que le transformateur de courant porte en outre un enroulement de surveillance pour recueillir un signal électrique image de l'intensité absorbée dans la boucle secondaire. 4. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisée en ce que l'élément support comporte des moyens pour recevoir de façon amovible une thermode de soudage par refusion.