Brevet FR2524358A1 — publié le 19831007

i L'invention concerne un dispositif pour le brasage de pièces, de préférence de plaquettes de circuit imprimé et de substrats, qui sont équipés de puces ou pastilles et/ou d'élé- ments micro-circuit et/ou de modules fagots constitués par as- semblage des éléments susdits, ce dispositif comportant un bain de brasage principal ou au moins une vague de brasage principale avec la surface desquels la pièce est mise en con- tact. Lorsqu'il s'agit de pièces dont la dotation en composants est très serrée, comme c'est surtout le cas avec l'équipement en puces de plaquettes de circuit imprimé et de substrats à l'alumine, le problème qui se pose tant pour le brasage au bain que pour le brasage à la vague est de faire agir comme il le faut le métal à braser sur toutes les jonctions. En raison de l'effet de capillarité et de la formation de poches d'air et d'inclusions de fondants d e à la disposi- tion très serrée des composants ou modules, et aussi par suite d'un effet adhésif insuffisant des points de brasage dont la surface est relativement faible, le mouillage des joints à braser à l'aide du métal d'apport au repos ou en mouvement n'est pas possible ou n'est possible que de façon très insuf- fisante avec les procédés actuellement connus. Le mouillage est encore rendu plus difficile par les alliages, de plus en plus courants de nos jours, des couches de revêtement superficielles sur les substrats et les compo- sants, pour lesquels il s'agit souvent de combinaisons à base de nickel et de palladium. On sait déjà donner une structure déterminée à la vague de brasage principale à l'aide d'une plaque de commande (DE-OS 24 58 203 et 24 55 629) On a également déjà essayé de faire agir les unes après les autres plusieurs vagues de bra- sage sur la face inférieure de la pièce se déplaçant par des- sus (brevet de la RDA 134 337, EP-AS 55 323) Mais tous ces dispositifs déjà connus ne résolvent pas le problème que pose, en cas de disposition serrée des composants, la formation de lacunes non brasées en raison des inclusions d'air ou de fon- dant. C'est donc un but de l'invention de créer un dispositif pour le brasage de pièces du type indiqué au début avec lequel même les plaquettes de circuit imprimé à disposition serrée des composants qui les équipent peuvent être brasées parfai- tement grâce au mouillage complet de tous les joints à braser. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce au fait que la surface du bain de brasage principal ou de la vague de brasage principale présente au moins un renflement en forme de dôme en saillant vers l'extérieur. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, il est formé plusieurs dômes à une certaine distance l'un de l'autre sur une rangée. Dans un dispositif o les pièces défilent au-dessus du bain de brasage principal ou de la vague de brasage principale et o leurs faces inférieures sont amenées en contact avec le métal de brasage, il est prévu selon un point remarquable de l'invention que la rangée de dômes est dirigée sensiblement perpendiculairement au sens de transport. L'idée de base de l'invention consiste donc en ce que la face inférieure de la pièce à braser est amenée en contact avec des reliefs en dôme du bain de brasage retombant en pente de tous les côtés Lorsqu'on fait défiler une pièce par dessus des dômes de ce genre, les poches d'air et éventuellement le fondant qui subsiste encore ont la possibilité de s'échapper au fur et à mesure de l'arrivée du métal de brasage liquide. Meme avec une disposition très serrée des composants équipant la pièce, on obtient de cette façon un brasage parfaitement uniforme. Grace au procédé selon l'invention, le bain de métal en fusion dont la forme superficielle est déterminée par liaison de cohésion et par tension superficielle correspondante est modifié dans sa forme superficielle au moyen d'un apport sup- plémentaire d'énergie d'écoulement locale de telle sorte que devienne possible une pénétration locale du métal de brasage dans les cavités capillaires, que l'on appelle nids et caver- nes La modulation de la forme superficielle du bain doit donc être adaptée à la pièce traitée Il est particulièrement im- portant que, par la suite de la modulation de la surface, il se forme sur le bain de métal fondu de petites surfaces élé- mentaires de métal fondu à grande courbure qui, de préférence avec une vitesse dtécolement augmentée, entrent en contact intime avec les contours de détail des composants. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux dans sa réalisation pratique, les dômes sont formés par des buses de sortie ou des buses d'entrée de métal à braser fondu supplémentaires. Selon un mode de réalisation préféré, la modulation de la surface est provoquée par le métal fondu sortant des buses de sortie de métal à braser supplémentaires Mais il est éga- lement possible d'aspirer dans le bain de brasage principal ou dans la vague de brasage principale du métal fondu par des buses d'entrée de métal fondu de façon à provoquer une dépres- sion dans la surface. Des développements avantageux de l'invention sont carac- térisés par les sous-revendications. Grâce à la possibilité de commander indépendamment l'un de l'autre les deux systèmes de brasage, système principal et système secondaire, il est possible d'obtenir à la fois, d'une part, le mouillage nécessaire en formant à la surface du bain de brasage des inégalités appropriées, et, d'autre part, la netteté de contours nécessaire grâce au fait que la pièce à traiter est décollée de la partie calmée du bain de matériaux fondus. Etant donné qu'il s'agit de la combinaison de deux sys- tèmes de brasage autonomes, il est possible, sans rien perdre de l'un des effets (par exemple la turbulence souhaitée), d'obtenir l'effet opposé (par exemple surface de bain parti- culièrement calme à l'emplacement de décollement pièce trai- tée/bain de métal à braser fondu En d'autres termes, un avantage particulier offert par l'invention est que le système de brasage principal et le système de brasage secondaire peuvent être commandés indépendamment l'un de l'autre Etant donné qu'on peut faire varier les paramètres en permanence, il est possible, par exemple au moyen d'un système de codage, de réaliser une commande automatique et individuelle, de l'un et l'autre système, et ceci en tenant compte du problème de brasage à résoudre. Grâce à un mouvement de déplacement horizontal périodique des buses de sortie ou d'entrée de métal à braser fondu, et au déplacement horizontal par alternance qui en résulte pour les dômes qui modulent la surface du bain en se soulevant, il est possible d'obtenir un mouillage direct de positions voi- sines sur la pièce sans que soit interrompue l'adhérence, de sorte qu'on n'est donc plus obligé de renouveler sans cesse l'opération de mouillage comme c'est le cas avec les systèmes pulsés. Selon un mode de réalisation préféré, on fait varier de façon périodique les amplitudes des soulèvements en dôme, cette variation étant de préférence non équilibrée en phase de telle sorte que l'on obtienne un déplacement en ondulations progressif dans le sens latéral du système de dômes Grâce à ce déplacement ondulé des dômes, les inclusions d'air ou de fondants sont chassées de façon particulièrement satisfaisante. Selon un mode de réalisation particulièrement apte, le déplacement horizontal périodique des buses à métal de brasage et la variation de l'amplitude sont utilisés en combinaison. Avec le procédé qui vient d'être décrit, il est possible de travailler dans des conditions de service connues corres- pondant aux nécessités et préalables susdits des assemblages au moyen de produits de service de la même espèce Il n'est pas nécessaire d'utiliser des produits de service de nature étrangère, comme par exemple l'introduction de gaz ainsi que la subdivision du processus d'assemblage en opérations sépa- rées Si, par exemple, en vue d'agir favorablement sur la tension superficielle de la masse fondue de métal à braser, il s'avérait nécessaire d'introduire dans la masse fondue des matériaux supplémentaires (par exemple des huiles à faible tension superficielle, des fondants ou des composants gazeux), il est possible d'introduire ces substances par l'intermédiaire du système secondaire de brasage. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue par devant schématique, par- tiellement en coupe, d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour le brasage de pièces; la figure 2 est une vue en élévation latérale, partiel- lement en coupe, de ce mode de réalisation; la figure 3 est une vue en élévation latérale, partiel- lement en coupe, d'une variante du mode de réalisation selon les figures 1 et 2 la figure 4 est une vue en élévation latérale, partiel- lement en coupe, d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention destiné au brasage de pièce, fonctionnant avec un bain de brasage immobile. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, un récipient 19 contient une masse fondue de métal à braser dont la surface 21 se trouve nettement en-dessous du bord supérieur 22 du récipient 19. A l'intérieur du récipient 19 est disposé un système de brasage principal 23 qui est constitué par un groupe moto- pompe 25 comportant une ouverture inférieure 24 et par une buse à métal de brasage principale 17 alimentée par cette pompe, qui fait saillie nettement verticalement vers le haut au dessus de la surface 21 de la masse de métal à braser fondu et possède une section transversale rectangulaire. Au moyen d'une commande appropriée non représentée du groupe moto-pompe 25, une certaine quantité de métal en fusion est aspirée hors de la masse fondue 20 et est amenée à la buse de sortie principale de métal à braser 17 ainsi que le montre la flèche V de la figure 1 Il en résulte que le métal fondu passe par dessus les parois latérales de la buse de sortie principale de métal à braser 17 de la façon que montre la figure, et ce métal fondu déborde en haut au dessus de la buse de sortie principale de métal à braser 17 comme cela se fait d'habitude pour le brasage par vague La pièce défile par desuss la buse de sortie principale de métal fondu 17 le long d'un parcours 26 figuré en traits mixtes o elle entre en contact avec la vague de brasage principale 15. Selon l'invention, il est prévu, à l'intérieur de la buse principale de sortie de métal à braser 17 qui a dans le sens latéral une extension correspondant à la largeur des pièces 29, des buses de sortie de métal à braser 11 secondaires de section ronde, disposées les unes à côté des autres qui débou- chent en dessous du bord supérieur de la buse de sortie prin- cipale de métal à braser 17 et ont toutes la même hauteur Il est prévu au total cinq de ces buses 11 juxtaposées à une certaine distance les unes des autres Elles sont alimentées par l'intermédiaire d'un tube 27 par un deuxième groupe moto- pompe 13 qui comporte lui aussi une ouverture d'aspiration 28 ouverte vers le bas en direction de la masse fondue de métal à braser 20 De cette façon est créé à l'intérieur du système de brasage principal 23 un système de brasage secon- daire 31. Etant donné que le deuxième groupe moto-pompe 13 est mis en marche au moyen d'une commande d'entraînement non représen- tée de façon que le métal à braser fondu soit amené aux buses 11 dans le sens de la flèche W, il sort des extrémités supé- rieures des buses 11 une quantité supplémentaire de métal en fusion qui donne naissance en plus sur la vague de brasage principale 15 à des formations en dôme 12 séparées les unes des autres par un certain intervalle latéral, ainsi que le montre en détail la figure 1 En inversant le sens de la mar- che du groupe moto-pompe 13, c'est-à-dire en aspirant du métal fondu hors de la vague de brasage principale 15 pour l'introduire dans les buses 11, on pourrait obtenir une modulation correspondant à la ligne en traits interrompus de la figure 1. Grâce à un mouvement de va-et-vient horizontal de préférence périodique des buses 11 dans le sens de la flèche double P de la figure 1, on pourrait imprimer aux dômes 12 de la vague de brasage principale 15, un déplacement continu de va-et-vient dans le sens transversal, ce qui offre l'avantage que même des emplacements voisins de la pièce traitée sont sûrement atteints par le métal à braser fondu et que les poches d'air sont éliminées sans que l'adhérence soit inter- rompue La fréquence du mouvement latéral doit être adaptée à la vitesse de transport des pièces 29 de façon que la face inférieure de la pièce 29 soit complètement mouillée par le métal à braser fondu. On a représenté également à la figure 1 en traits inter- rompus, une variante de réalisation qui est constituée par un tiroir 10 disposé en dessous des embouchures des buses de sortie de métal fondu 11, qui comporte à des intervalles déter- minés des ouvertures 9 appropriées et qui peut effectuer un mouvement de coulissement de va-et-vient dans le sens de la flèche double F Dans la position représentée, la première, la troisième et la cinquième ouvertures 9 du tiroir 10 sont dans l'alimentation des buses de sortie de métal à braser 11 correspondantes, de sorte que le métal fondu de brasage ne peut sortir vers le haut que par ces buses de sortie de métal à braser tandis que la deuxième et la quatrième buses de sortie de métal à braser 11 sont fermées Si maintenant on fait cou- lisser le tiroir 10 vers la gauche, la première, la troisième et la cinquième buses de sortie de métal à braser 11 sont ali- mentées avec une quantité de métal fondu diminuant progressi- vement tandis que la deuxième et la quatrième buses de sortie de métal à braser s'ouvrent de façon continue de sorte que la quantité de métal à braser qui y arrive augmente progressive- ment De cette façon, le dispositif transversal de dômes 12 se déplace latéralement dans son ensemble à la façon d'une vague, ce qui aide également à éviter la formation d'inclusions d'air. Selon un mode de réalisation préféré, le déplacement transver- sal dans le sens de la flèche P est utilisé en combinaison avec la modulation en vague conformément à la flèche double F. Au lieu du tiroir 10 représenté en traits interrompus, on pourrait également utiliser une vis sans fin tournant de façon continue et de forme appropriée ou un autre élément de ferme- ture à fonctionnement périodique. D'une façon différente du mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, on pourrait également disposer les unes derrière les autres dans le sens de transport, plusieurs buses de sortie de métal à braser fondu 11 pour favoriser l'uniformité du brasage. Selon la figure 2, le système de buses de sortie secon- daires de métal à braser 11 est monté de façon à pouvoir effectuer en plus un mouvement de pivotement autour d'un axe 16 dirigé perpendiculairement au plan du dessin de la figure 2, ainsi que le montre la flèche double f de sorte que les dômes 12 formés par les buses de sortie i 1 sur la vague de brasage principale 15 peuvent être modifiés de façon corres- pondante. De façon correspondante, il peut également être prévu de faire pivoter le système de brasage principal 23 autour de l'axe 16 ou d'un autre axe dans le sens de la flèche double G ce qui donne une autre possibilité d'adaptation à différents problèmes de brasage. On peut également, comme le représente l'a figure 2, diriger obliquement vers le haut ou vers le bas le plan de déplacement 26 de la pièce 29 afin d'assurer la meilleure adaptation possible aux dômes 12 de la vague de brasage 15. Dans les figures suivantes, des nombres de référence identiques désignent les parties correspondant à celles des exemples de réalisation précédents. A la figure 3, les buses de sortie secondaires de métal à braser fondu 11 sont disposées en avant de la buse de bra- sage principale 17 et légèrement plus bas que celle-ci Entre la buse 17 et les buses 11 est disposée une paroi 18 en casca- de qui est située légèrement plus bas que l'autre paroi de la buse de brasage principale 17 se trouvant dans le sens de transport de sorte que le métal en fusion refoulé par le groupe moto-pompe 25 hors de la buse de brasage principale 17 reflue en passant par les buses de sortie de métal à braser 11 jusqu'à la masse de métal fondu 20 et ceci à contre-courant du sens de transport de la pièce. Le métal à braser fondu refoulé vers le haut hors des buses 11 par le groupe moto-pompe 13 donne naissance sur la vague principale de brasage 15 à des formations en dôme 12 qui présentent une surface convexe à forte courbure et permet- tent ainsi un meilleur brasage de la face inférieure de la pièce 29. Selon la figure 4, les buses de sortie secondaires de métal à braser fondu 11 sont disposées sous la surface 21 d'un bain de brasage 14 immobile Lorsqu'on actionne le groupe moto- pompe 13 non représenté, une quantité supplémentaire de métal fondu sort vers le haut des buses 11 et donne naissance à une rangée de formations en dôme 12 juxtaposées, à surface courbe fortement convexe, qui entrent en contact avec la face infé- rieure de la pièce 29. Il faut encore appeler l'attention sur le fait que, sui- vant la figure 2, à l'endroit o la pièce 29 se sépare de la vague de brasage principale 15, la vague de brasage principale sortant de la buse de sortie principale de métal à braser fondu 17 peut avoir une caractéristique très calme, ce qui assure la netteté de contours nécessaire de la brasure. D'autre part, en augmentant de façon appropriée la vitesse du métal à braser fondu sortant des buses de sor- tie de métal à braser fondu 11, on peut obtenir dans la zone de brasage proprement dite, une turbulence importante, ce qui favorise convenablement le mouillage de la face inférieure de la pièce. Il est également possible de positionner de façon fixe les pièces audessus du dispositif selon l'invention et dans ce cas, il est prévu de façon particulièrement avantageuse une disposition mobile des buses Mais selon le mode de réa- lisation préféré, tel que le montre le dessin, les pièces défilent grâce à un système de transport par dessus le dispositif selon l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour le brasage de pièce, de préférence de plaquettes de circuit imprimé et de substrats qui sont équipés de puces ou pastilles et/ou de microcircuits et/ou de modules fagots constitués par assemblage des composants susdits, comportant un bain de brasage principal ou au moins une vague de brasage principale, avec la surface desquels la pièce est amenée en contact, caractérisé en ce que la sur- face du bain de brasage principal ( 14) ou de la vague de brasage principale ( 15) comporte au moins une formation en dôme ( 12) faisant saillie vers l'extérieur. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs dômes ( 12) sont disposés sur une rangée à une certaine distance les uns des autres. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rangée des formations en dôme est rectiligne. 4 Dispositif selon la revendication 2 ou 3 dans lequel on fait défiler les, pièces par dessus le bain de brasage principal ou la vague de brasage principale, les faces infé- riéures des pièces étant amenées au contact avec le métal à braser fondu, caractérisé en ce que la rangée de dômes ( 12) est dirigée sensiblement perpendiculairement au sens de transport des pièces. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dômes ( 12) sont formés au moyen de sorties secondaires ou d'entrées secondaires ( 11) de métal à braser fondu. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les buses secondaires ( 11) sont alimentées au moyeh d'un groupe moto-pompe ( 13) qui leur est propre. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dômes ( 12) formant modulation de la surface du bain de brasage peuvent être modifiés dans les paramètres d'écoulement indépendamment de la forme générale de la surface. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les buses secondaires ( 11) de sortie ou d'entrée de métal à braser fondu sont disposées sur une rangée dirigée sensiblement perpendiculairement au sens de transport des pièces, à une certaine distance les unes des autres, à l'intérieur d'une vague principale de brasage ( 15) ou sur cette vague. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'on peut faire varier la position angulaire par rapport au bain de brasage ( 14) ou à la vague de brasage ( 15) des buses de sortie ou d'entrée du métal à braser fondu. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'on peut faire varier en angle la vague principale de brasage ( 15) indépendamment des buses de sortie ou d'entrée ( 11) du métal à braser fondu. 11 Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les deux réglages d'angle peuvent être effectués automatiquement à l'aide d'un système de codage, soit simulta- nément, soit indépendamment l'un de l'autre. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 11, caractérisé en ce que les buses de sortie ou d'entrée ( 11) de métal à braser fondu sont disposées à l'intérieur d'une buse de sortie principale de métal à braser fondu ( 17) de plus grande dimension. 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les buses de sortie ou d'entrée ( 11) de métal à braser fondu sont disposées devant ou derrière une buse de sortie principale ( 17) de métal à braser fondu qui laisse passer la vague de brasage principale ( 15) par dessus une paroi ( 18) aux débouchés des buses de sortie ou d'entrée ( 11) de métal à braser fondu. 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la buse de sortie princi- pale ( 17) de métal à-braser fondu donne naissance à une vague de brasage ( 15) régulière et immobile qui possède le long de la pièce un bord de séparation constant et reproductible. * Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les buses de sortie ou d'entrée secondaires de métal à braser fondu ( 11) sont disposées sur une rangée dirigée sensiblement perpendiculairement au sens de transport des pièces, à une certaine distance les unes des autres, à l'intérieur d'un bain de brasage ( 14) immobile. 16 Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 15, caractérisé en ce que les buses de sortie ou d'entrée ( 11) de métal à braser fondu peuvent effectuer un mouvement de va-et-vient horizontal perpendiculairement au sens de transport des pièces. 17 Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 16, caractérisé en ce que l'on peut amener au bain de brasage ( 14) ou à la vague de brasage ( 15), par les buses de sortie ou d'entrée ( 11) de métal à braser fondu, un autre agent auxiliaire, par exemple huile, fondant, ou un composant gazeux. 18 Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 17, caractérisé en ce que les buses secondaires de sortie ou d'entrée de métal à braser fondu ( 11) guident et provoquent dans la zone de modulation un courant d'écoulement turbulent. 19 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on peut faire varier périodiquement l'amplitude des formations en dôme ( 12). Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la variation de l'amplitude de dômes voisins ( 12) se fait avec déphasage de telle façon que prend naissance un mouve- ment d'ondulation du système de dômes se déplaçant progressive- ment dans le sens latéral. 21 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vague de brasage princi- pale ( 15) et la voie de transport ( 26) des pièces disposées de telle façon que la pièce ( 29) entre en contact une deuxième fois avec la vague principale de brasage ( 15) avant les dômes ( 12) et/ou de préférence après les dômes ( 12).