Brevet FR2503524A1 — publié le 19821008

Perfectionnements apportés aux machines pour sécher des cartes à circuits imprimés ciblées après nettoYage de celles-ci à l'issue d'une opération de soudage automatique des composants La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux machines servant à sécher des cartes à circuits imprimés câblées après nettoyage de celles-ci à l'issue d'une opération de soudage automatique des composants. On connaît déjà des machines de séchage conçues pour cette fonction spécifique, qui présentent de nombreux inconvénients en limitant l'utilisation. Dans les machines connues, le volume d'air utilisé pour le séchage est très important, de l'ordre de 10.000 m3 par heure. Or, pour des considérations de fiabilité de fonctionnement, les installations de production des cartes à circuits imprimés câblées (et notamment les machines de séchage) sont la plupart du temps situées dans des locaux climatisés. Or, le grand volume d'air déplacé dans ces locaux par les machines de séchage est tout à fait incompatible avec un fonctionnement correct de la climatisation cette climatisation est donc constamment perturbée, ce qui par voie de conséquence influe défavorablement sur le fonctionnement des diverses machines de l'installation de traitement des cartes à circuits imprimés. Par ailleurs, la conception technique de ces machines connues est telle que de grandes quantités de vapeur d'eau sont dégagées dans les locaux, ce qui ajoute encore au fonctionnement incorrect de la climatisation. Enfin, ces machines de séchage connues, de par leur conception, sont grandes gaspilleuses d'énergie, ce qui se répercute défavorablement sur le coût de fabrication unitaire des cartes câblées. L'invention a essentiellement pour objet de remédier, dans toute la mesure du possible, aux inconvénients des machines de séchage utilisées à l'heure actuelle et de proposer une machine de séchage perfectionnée qui satisfasse mieux aux diverses exigences de la technique, notamment grâce à une machine agencée de manière telle que son fonctionnement dans un local climatisé ne perturbe pas la climatisation et dont le coût de fonctionnement aussi bien que le coût de fabrication soient aussi faibles que possible. A ces fins, la machine de séchage conforme à l'invention se caractérise en ce qu'elle comprend : - un tunnel dans lequel peuvent être déplacées les cartes à sécher, ce tunnel possédant une entrée pour les cartes mouillées et une sortie pour les cartes séchées, - des moyens pour faire circuler, dans le tunnel, de l'air de séchage en sens inverse du sens de déplacement des cartes, ctest-à-dire depuis sensiblement la sortie du tunnel jusqu'à sensiblement l'entrée du tunnel, - et des moyens de régulation pour faire rostre la tempé rature de l'air de séchage entre son injection dans le tunnel et son extraction hors du tunnel, en sorte que le degré d'humidité relative de l'air de séchage reste com pris entre deux valeurs prédéterminées. Grâce à cet agencement, les cartes mouillées commencent par entre léchées par l'air le plus chaud, mais aussi le plus chargé en humidité, vers l'entrée des cartes dans le tunnel, ce qui permet d'en évacuer la plus grande quantité de liquide à moindres frais puisque cet air a déjà été utilisé en aval pour sécher les cartes précédentes. Par contre, vers la sortie des cartes hors du tunnel, les cartes sont pratiquement sèches et on achève l'élimi- nation des dernières traces d'humidité en les baignant avec un air relativement sec (degré d'humidité relative de l'air ambiant), mais qui peut ne pas être très chaud (air tiède). Il s'agit là d'une utilisation particulièrement économique de l'air de séchage, dont la température et le degré d'humidité relative, en tout endroit du tunnel, procurent une efficacité maximale pour l'évaporation de l'humidité portée par les cartes ; il en résulte une consommation d'énergie qui peut être rendue particulièrement faible, d'autant plus que, tout au long du trajet suivi par l'air au sein du tunnel, son degré d'humidité relative est maintenu entre deux limites prédéterminées au voisinage du degré d'humidité relative normal de l'air am- biant. Avantageusement, la température de l'air, à son injection dans le tunnel, est comprise entre la température ambiante et 500C, la température de l'air, à son extraction du tunnel, est inférieure à 900C, de préférence de 11 ordre de 800C, et le degré d'humidité relative de l'air dans le tunnel reste compris entre environ 40 % et 60 %. Le degré d'humidité relative de l'air de séchage présente donc, tout au long du tunnel, des variations de faible valeur (de l'ordre de 20 %), suffisantes pour procurer un séchage efficace. De préférence, les moyens de régulation sont agencés pour provoquer un accroissement de température de l'air par paliers successifs, ce qui permet de maintenir dans le tunnel une humidité relative à seuils constants alors que la teneur en vapeur d'eau augmente dans des proportions considérables (dans le cas typique précédemment mentionné, elle est multipliée par environ 14,6). Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de régulation comprennent : - un certain nombre de moyens de séparation répartis dans le tunnel pour diviser celui-ci en chambres successives, lesdits moyens de séparation étant agencés pour pouvoir être franchis par les cartes en déplacement, - un certain nombre de moyens de chauffage de l'air de sé chage, répartis le long du tunnel et agencés pour porter l'air de séchage à des températures successives crois santes, - et des moyens de liaison pneumatiques entre les susdites chambres et les moyens de chauffage tels que, lors de son passage d'une chambre à la suivante, l'air de séchage soit amené à traverser un des moyens de chauffage. Un tel agencement évite les shunts aéroliques et maintient le séchage dans des conditions optimales tout au long du tunnel0 Pour accroître encore l'efficacité de la machine, au voisinage de entrée du tunnel, il est prévu des moyens de soufflage pour souffler de l'air sur les cartes en sens contraire à leur sens de déplacement, ce grâce à quoi se trouve éliminée une grande partie du liquide de nettoyage ruisselant sur lesdites cartes. Il en résulte que les cartes ainsi préalablement débarrassées de la partie ruisselante du liquide de nettoyage (phase d"'essorage") sont simplement humides lorsqu'elles abordent la partie de séchage proprement dite de la machine, ce qui permet une économie accrue d'énergie. De préférence, la machine de l'invention comprend en outre des moyens échangeurs de chaleur entre l'air chaud et humide extrait du tunnel au voisinage de l'entrée de celui-ci et l'air neuf introduit dans le tunnel au voisinage de la sortie de celui-ci. Il en résulte une condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air chaud provenant du tunnel avant rejet de cet air à l'extérieur. L'eau ainsi récupérée, de qualité "distillée", peut etre renvoyée dans le bac de rinçage final de la zone de lavage des cartes dans la machine de nettoyage associée à la machine de séchage de l'invention et située en amont de celle-ci. On économise ainsi de l'eau de nettoyage et on évite les problèmes posés par la condensation de l'eau dans les cheminées. Par ailleurs, l'air rejeté à l'extérieur ayant perdu sa vapeur d'eau en excès et des calories dans l'échangeur, perturbe moins la climatisation du local. De plus, l'air neuf absorbé par l'installation avec un débit égal à celui de l'air rejeté est préchauffé dans l'échangeur : son humidité relative s'en trouve abaissée et le rendement global est accru. Ainsi, la machine de séchage de l'invention se satisfait d'un débit très faible d'air neuf, par exemple de l'ordre de 500 m3 par heure dans le cas précédemment envisagé, ce qui est compatible avec une climatisation efficace du local. Enfin, il est particulièrement avantageux que dans une telle machine les cartes à circuits imprimés soient disposées verticalement, de manière que le liquide de nettoyage puisse ruisseler par gravité sur les faces des cartes afin que la plus grande partie du liquide ait disparu lorsque les cartes pénètrent dans le tunnel et abordent la partie d'essorage de la machine. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple illustratif ; dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une machine de séchage agencée conformément à l'invention, et - la figure 2 est un graphique illustrant le mode de fonc tionnement de la machine de séchage de la figure 1. La machine de séchage de cartes à circuits imprimés câblées, représentée à la figure i, comprend un tunnel 1, qui peut être rectiligne comme représenté ou épouser n'importe quel contour courbe approprié aux besoins, à l'intérieur duquel un transporteur 2 s1 étend depuis l'entrée 3 du tunnel, par laquelle pénètrent les cartes 4 mouillées, jusqu'à la sortie 5 du tunnel à laquelle apparaissent les cartes séchées. lie transporteur 2 peut être propre au tunnel et être raccordé à des postes de traitement situés en aval et en amont par d'autres moyens de déplacement des cartes 4, notamment par d'autres transporteurs. lie transporteur 2 peut également être le même que celui qui a déplacé les cartes au sein de et depuis la machine de nettoyage (non représentée) située en amont de la machine de séchage. En aval de l'entrée 3 se trouve une turbine 6 qui propulse de l'air sur les cartes 4 par l'intermédiaire d'une buse 7 de forme verticale et inclinée vers l'entrée 3 du tunnel, de telle manière que, sous l'action du jet d'air propulsé à contresens de la circulation des cartes 4, le liquide de nettoyage ruisselant sur les faces des cartes soit refoulé en direction de l'entrée 3 (opération d''essorage"). Cette opération d'élimination du liquide de nettoyage ruisselant sur les cartes est facilitée par le fait que le transporteur 2 est agencé pour supporter et déplacer les cartes disposées verticalement : ainsi, la plus grande partie du liquide s'écoule par simple gravité, le soufflage d'air ci-dessus mentionné ne faisant que parfaire l'élimination du liquide, notamment pour l'élimination des poches de liquide qui peuvent se former au voisinage de composants soudés sur la carte et formant retenue. En aval de la buse de soufflage 7, le tunnel 1 est muni de cloisons 8 séparant son volume intérieur en une succession de chambres 9. Ces cloisons sont agencées pour être facilement franchissables par les cartes 3 entrainées par le transporteur 2, mais pour constituer des barrières à des écoulements d'air ; elles peuvent avantageusement dtre for mées par deux demi-barrières constituées par des lamelles élastiquement déformables (par exemple en caoutchouc). Seules trois de ces cloisons sont visibles sur la figure 1. Au droit de chaque cloison 8, il est prévu des moyens pour autoriser le passage de l'air d'une chambre à la chambre voisine : à cet effet, deux ouvertures 10 sont pratiquées dans la paroi latérale du tunnel, de part et d'autre de la cloison 8, et s'ouvrant donc dans deux chambres contiguës. Un bottier il coiffe les deux ouvertures 10 et contient des moyens de chauffage de l'air (par exemple une résistance électrique thermostatée 12) destinés à chauffer l'air passant d'une chambre à la suivante par l'intermédia##~ re des ouvertures 10 et du volume intérieur au bottier 11. En outre, dans chaque boîtier il, il est prévu un ventilateur (non visible sur les figures) assurant un déplacement local de l'air de séchage. Chaque ventilateur prélève l'air dans le tunnel 1 par l'une des ouvertures 10 et le renvoie dans ce tunnel par l'autre ouverture 10 après l'avoir mis en contact avec les moyens de chauffage. Enfin, le tunnel 2 est muni d'une bouche d'entrée d'air 13 qui s'ouvre dans la dernière chambre 9, au voisinage dela sortie 5 du tunnel et d'une bouche de sortie d'air 14 qui s'ouvre dans la première chambre 9 située juste après l'entrée 3 du tunnel et en aval de la buse de soufflage 7 (ces différentes positions relatives étant indiquées en considérant le sens de circulation des cartes 3, symbolisé par la flèche 15). La bouche de sortie -d'air 14 est raccordée à un échangeur thermique à plaques 16,muni à sa partie inférieure d'un bac 17 de récupération des eaux de condensation qui est raccordé, par des conduits 18, à un point d'évacuation de ces eaux ; par exemple, ces conduits peuvent transférer l'eau de condensa tion (de qualité "eau distillée") à la machine de nettoyage des cartes située en amont, dans certains types d'insta11a,# tions qui seront indiqués ultérieurement, L'échangeur 16 comporte également une évacuation 19 de l'air chaud qui est aspiré par une turbine 20 et rejeté en 21 vers l'extérieur après avoir cédé ses calories. L'échangeur 16 est aussi muni d'une admission 22 d'air neuf (air ambiant) qui est raccordée à la bouche d'entrée 13 et mis en mouvement par une turbine 23. On va maintenant décrire le fonctionnement de la machine de la figure 1 en se référant au diagramme explicatif de la figure 2, en notant que, sur la figure 1, les flèches à double corps 15 symbolisent le sens de circulation des cartes 4 tandis que les flèches à simple corps (telles que 24) symbolisent le sens de circulation de l'air de séchage. Sur la figure 2, on a porté en ordonnées la température de l'air en degrés Celsius et en abscisses la masse de vapeur d'eau par unité de poids d'air de séchage en g/kg d'air. lies droites inclinées 25 sont les isothermes et les courbes 26 sont les courbes à degré d'humidité relative constant de l'air. Sur la figure 2, le cycle suivi par l'air de séchage est représenté en trait gras. L'air neuf à température ambiante (de l'ordre par exemple de 20 C) et à degré d'humidité relative normal de tordre de 60% - segment 27, sur la figure 2 - est aspiré dans l'échangeur 16 par la bouche 22 et s'échauffe au contact des plaques d'échange thermique chauffées par l'air chaud provenant de la bouche d'extraction 14. lia température de l'air neuf peut atteindre 400C à 500C (segment 28 sur la figure 2), son degré d'humidité étant alors ramené à environ 20 %, soit environ 8,6 g de vapeur d'eau par kilogramme d'air. Cet air sec et tiède est ensuite envoyé, via la bouche d'entrée 13, dans la dernière chambre 9 du tunnel 1, dans laquelle les cartes 4 parviennent déjà pratiquement sèches.A ce contact, l'air s'enrichit en vapeur d'eau (segment 29 sur la figure 2) jusqu'à ce qu'il s'engouffre dans le dernier bottier Il ; il contient alors environ 28,6 g de vapeur d'eau par kilogramme d'air et son degré d'humidité relative est d'environ 60 %. Dans lten- ceinte du boîtier 11, au contact de la résistance électrique, l'air est chauffé et sa température passe de 4000 à environ 480C, sa teneur en vapeur d'eau restant constante et son degré d'humidité relative étant alors ramené à environ 40 % (segment 30 sur la figure 2). L'air sort alors du dernier boiter Il et balaye ensuite l'avant-dernière chambre 9 dans laquelle les cartes 4 sont encore humides. Sous sa température constante de 480C, l'air lèche les cartes en s'emparant d'une partie de leur humidité. La teneur en vapeur d'eau de l'air augmente alors Jusqu'à environ 44 g/kg d'air et son degré d'humidité relative passe à 60 % (segment 31 sur la figure 2), au moment où il s'engouffre dans l'avant-dernier boîtier Il là, il est chauffé, sa température passant de 4800 à environ 560C, et son degré d'humidité relative est ramené à 40 % (segment 32 sur la figure 2).Puis il pénètre dans la chambre 9 précédente et le cycle se poursuit, l'air étant chauffé et s'enrichissant en vapeur d'eau par paliers, tout en conservant un degré d'humidité relative compris entre 40 % et 60 %. Finalement, à sa sortie du premier bottier 11, l'air chauffé à 8000 est chargé de 104,2 g de vapeur d'eau par kilogramme d'air, avec 40 % d'humidité relative, lèche les cartes 4 mouillées qui viennent de pénétrer dans le tunnel et, au moment où il s'engouffre dans la bouche de sortie 14, il contient 125,5 g de vapeur d'eau par kilogramme d'air avec une humidité relative de 60 %. L'air chaud et humide est ensuite entraîné vers lté- changeur à plaques où il cède une partie de sa chaleur à l'air neuf aspiré par la bouche 22. En raison de ce refroidissement, la vapeur d'eau se condense et l'eau est recueillie dans le bac 17. L'air est alors rejeté à l'extérieur par la turbine 20. Le séchage des cartes 4 dans le tunnel 1 s'effectue donc en déplaçant un courant d'air chaud à contresens de la circulation des cartes, de telle manière que les cartes mouillées soient léchées par l'air très chaud et très humide, tandis que les cartes pratiquement sèches soient léchées par l'air relativement peu chaud, mais relativement sec. il y a donc accumulation d'humidité au voisinage de l'entrée 3 du tunnel (cartes mouillées et air humide), tandis qu'au voisinage de la sortie 5 du tunnel l'humidité reste sensiblement celle de l'ambiance (air tiède et sec et cartes sèches). L'air n'est jamais porté à des températures très élevées (sa température reste au plus égale à 8O0C), ce qui évite des consommations excessives d'énergie électrique pour son chauffage. Ce caractère économique du chauffage est encore accru grâce au réchauffage préliminaire de l'air neuf par prélèvement calorifique sur l'air humide sortant du tunnel, la récupération énergétique pouvant atteindre 55 %. En outre, la condensation qui en résulte au sein de l'échangeur est avantageuse, car on évite ainsi qu'elle se produise ultérieurement dans les cheminées d'évacuation, avec tous les inconvénients que cela entraîne. De plus, la présence des cloisons séparatrices 8 évite les shunts aéroliques et permet de concevoir le tunnel sous une forme particulièrement ramassée, sans pertes de rendement. On notera en supplément l'adaptation automatique du fonctionnement de l'ensemble à la quantité d'eau à évaporer et donc à la surface des cartes à sécher pénétrant dans la machine par unité de temps. Par ailleurs, le débit d'air neuf égal au débit d'air rejeté peut rester relativement faible, de l'ordre de 500 m3 par heure, ce qui ne risque pas de perturber le fonctionnement correct de la climatisation du local dans lequel est disposée l'installation. Compte tenu des considérations qui précèdent, on con çoit que le coût de fonctionnement de la machine de l'invention reste beaucoup plus faible que celui des machines actuellement connues. il en est de même de son coût de fabrication puisqu'elle ne comporte aucun matériel particulièrement onéreux. La machine de séchage conforme à l'invention trouve une application particulièrement intéressante dans les installations de production de cartes à circuits imprimés câblées dites "installations en ligne". Elle peut notamment être incorporée dans les installations modernes à grande vitesse de traitement des cartes (de l'ordre de 3 m/mn) dans lesquelles la soudure des composants électriques sur les cartes est effectuée avec une soudure à flux soluble dans l'eau : il est alors possible de récupérer liteau de condensation (de qualité "distillée") dans le bac 17 de 11 échangeur de chaleur et de la renvoyer au poste de lavage de la machine de nettoyage des cartes située en aval. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Machine pour sécher des cartes à circuits imprimés câblées après nettoyage de celles-ci à ltissue d'une opération de soudage automatique des composant, caractérisée en ce qu'elle comprend : - un tunnel dans lequel peuvent dtre déplacées les cartes à sécher, ce tunnel possédant une entrée pour les cartes mouillées et une sortie pour les cartes séchées, - des moyens pour faire circuler, dans le tunnel, de l'air de séchage en sens inverse du sens de déplacement des cartes, c'est-à-dire depuis sensiblement la sortie du tunnel jusqu'8 sensiblement l'entrée du tunnel, - et des moyens de régulation pour faire croître la tempé rature de l'air de séchage entre son injection dans le tunnel et son extraction hors du tunnel, en sorte que le degré d'humidité relative de l'air de séchage reste com pris entre deux valeurs prédéterminées. 2 - Machine de séchage selon la revendication 1, ca caractérisée en ce que les moyens de régulation sont agencés pour provoquer un accroissement de température de l'air par paliers successifs. 3 - Machine de séchage selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de régulation comprennent - un certain nombre de moyens de séparation répartis dans le tunnel pour diviser celui-ci en chambres successives, lesdits moyens de séparation étant agencés pour pouvoir être franchis par les cartes en déplacement, - un certain nombre de moyens de chauffage de l'air de sé chage, répartis le long du tunnel et agencés pour porter l'air de séchage à des températures successives croissan tes, - et des moyens de liaison pneumatiques entre les susdites chambres et les moyens de chauffage tels que, lors de son passage d'une chambre à la suivante, l'air de sécha ge soit amené à traverser un des moyens de chauffage. 4 - Machine de séchage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, au voisinage de l'entrée du tunnel, il est prévu des moyens de soufflage pour souffler de l'air sur les cartes en sens contraire à leur sens de déplacement, ce grâce à quoi se trouve éliminée une grande partie du liquide de nettoyage ruisselant sur lesdites cartes. 5 - Machine de séchage selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens échangeurs de chaleur entre l'air chaud et humide extrait du tunnel au voisinage de l'entrée de celui-ci et l'air neuf introduit dans le tunnel au voisinage de la sortie de celui-ci. 6 - Machine de séchage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la température de l'air, à son injection dans le tunnel, est comprise entre la température ambiante et 500C, en ce que la température de l'air, son extraction du tunnel, est inférieure à 9000, de préférence de l'ordre de 800C, et en ce que le degré d'humidité relative de l'air dans le tunnel reste compris entre environ 40 % et 60 . 7 - Machine de séchage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de régulation comprennent des résistances électriques thermo statuée8. 8 - Machine de séchage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les cartes à circuits imprimés sont disposées en position verticale.