Brevet FR2536160A1 — publié le 19840518

L'invention concerne un four continu de brasure de composants électroniques. Le présent four continu permet la réalisation de cycles de brasure de composants électroniques au défilé sous atmosphère contr 8 lée, avec un contrôle d'homogénéité de chauffe au-dessus de l'eutectique de brasure utilisée, avec contrôle de la pente de montée en température du pic de fusion, avec contrôle de la pente de refroidissement du pic de fusion. Il permet de maltriser tous les paramètres interve- nant dans le processus de report de composants sur un subs- trat opaque aux infra-rouges et propres aux brasures utilisées. Plus particulièrement, l'invention concerne un four continu de brasure pour l'assemblage de composants élec- troniques sur un support opaque aux rayons infra-rouges au moyen d'un produit de brasure qui comprend un moufle métal- lique, un tapis métallique sans fin pénétrant dans le moufle à une extrémité de celui-ci et en sortant à l'autre extrémité, des moyens d'entraînement dudit tapis métallique, des moyens de chauffage s'étendant sur une portion de la longueur du moufle, des moyens d'isolation thermique prévus autour de la portion chauffée du moufle, des moyens de refroidissement forcé s'étendant sur une autre portion de la longueur du mou- fle située à la suite de la précédente, des moyens d'introduc- tion d'un ou plusieurs gaz à l'intérieur du moufle, des moyens d'isolement prévus à chaque extrémité du moufle pour isoler l'espace intérieur de celui-ci vis-à-vis de l'extérieur, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent des moyens de chauffage extérieurs au moufle assurant la montée en température de l'assemblage à braser jusqu'à un palier de température inférieur à la température eutectique du produit de brasure, et des moyens de chauffage intérieurs au moufle portant le produit de brasure à une température supérieure à ladite température eutectique. Des supports opaques aux rayons infra-rouge sont par exemple les substrats céramiques, comme les supports d'alumine. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut 8 tre réalisée, les parti- cularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant bien entendu partie de ladite invention. La figure 1 est une vue schématique illustrant un mode de réalisation du four de l'invention. La figure 2 est un graphique montrant le profil de température dans un four selon l'invention du genre de celui illustré sur la figure 1, pour deux types d'alliages de bra- sage différents, en fonction du temps de séjour dans le four d'un article à braser placé sur la bande transporteuse. Sur la figure 1 est représenté un four selon l'in- vention Ce four comprend un moufle métallique 1 de forme allongée (par exemple d'une longueur d'environ 2 mètres) ayant une section transversale rectangulaire Ce moufle est parcouru de gauche à droite, par une bande transporteuse métallique sans fin 2 sur laquelle sont placés, du c 8 té de l'entrée B, les articles à traiter Les articles brasés sont recueillis à la sortie S du four La vitesse de déplacement de la bande 2 est d'environ 50 cm/mn, par exemple A l'entrée E et à la sor- tie S du moufle sont prévus des barrières gazeuses 3 isolant le four de l'extérieur Chacune de ces barrières est formée d'un distributeur 4 envoyant un courant de gaz inerte, tel que de l'azote, dirigé de haut en bas De part et d'autre du dis- tributeur sont prévus des volets articulés 5 qui canalisent le courant de gaz tout en permettant le passage des articles lorsqu'ils s'en présentent sur la bande transporteuse. Le moufle comprend une portion de chauffage C et une portion de refroidissement R faisant suite à la précédente. Les moyens de chauffage de la portion C comprennent, de gauche à droite, six éléments de chauffage extérieurs 6 prévus au- dessus et au-dessous du moufle et répartis en trois groupes successifs, et un élément de chauffage intérieur 7 Des iso- lations thermiques soignées 8 sont prévues autour de la por- tion de chauffage O Les éléments extérieurs 6 sont constitués, de façon classique, de résistances électriques 6 a logées dans des gaines de matière céramique Chacun de ces éléments peut avoir, par exemple, une longueur d'environ 30 cm L'élé- ment de chauffage intérieur 7 est logé dans le moufle lui- même qui est surdimensionné à cet effet Cet élément 7 com- prend une résistance électrique 7 a gainée de céramique qui est disposée à la partie inférieun du moufle, au-dessous de la bande transporteuse A la partie supérieure du moufle et faisant face au tapis métallique est prévu un réflecteur 9. Des isolations thermiques 10, 11, 12 et 13 sont prévues entre l'élément 7 et le moufle, d'une part, et le réflecteur et le moufle, d'autre part. La portion de refroidissement R suit immédiatement la portion de chauffage C La portion R comprend des moyens de refroidissement rapide par jets gazeux (N 2 ou mélange N 2 + H 2, par exemple) dirigés directement sur l'article, cons- titués de deux distributeurs de gaz 14 et 15 placés, respec- tivement, à la partie supérieure et à la partie inférieure du moufle, ainsi qu'un dispositif de refroidissement d'ensemble constitué par une chemise à circulation d'ea U 16. Le four comprend, en outre, un premier conduit d'alimentation 17 en gaz inerte, tel que l'azote, alimentant une rampe distributrice 18 s'étendant sur une partie notable de la longueur du premier groupe de chauffage extérieur Du fait de la longueur de la rampe et du-fait que les orifices d'éjection du gaz sont prévus à l'extrémité seulement de la rampe, le gaz est préchauffé avant d'être injecté dans le moufle. Est prévu également un deuxième conduit d'alimenta- tion 19 d'un mélange de gaz inerte (tel que N 2) et d'hydrogène contenant, par exemple, 5 % en volume d'hydrogène, qui débouche dans le moufle, au niveau de l'élément de chauffage interne 7. Le four de l'invention est muni aussi de deux cheminées à ven- turi 20 permettant d'évacuer les gaz du moufle sans perturba- tion intempestive. Enfin, un bloc de régulation 21 des moyens de chauf- fage et un bloc de commande 22 des fluides sont prévus, de fa- çon classique. Le four de l'invention permet d'assurer a) une montée rapide en température homogène de l'assem- blage de composants à souder et de leur support Ceci est effectué par les moyens de chauffage extérieurs 6 qui chauf- fent l'article à traiter par dessus et par dessous, la cha- leur se transmettant à l'article par conduction (par le des- sous) et par convection et rayonnement (par le dessus) Cette montée en température est conduite sous atmosphère inerte protectrice, par exemple par l'introduction d'azote par le moyen du conduit 17 La montée en température se termine par un palier, comme le montre la figure 2, qui se situe un peu au-dessous de la température eutectique du produit de brasure utilisé Ce palier permet l'élimination des solvants contenus dans le produit de brasure- Par exemple, dans le cas d'un alliage Sn/Pb ( 60/40) sous forme de pâte, le palier peut se situer vers 1600 C Dans le cas dtun alliage Sn/Pb ( 95/5) sous forme de pâte, le palier sera plus élevé, par exemple vers 2100 C La pente de la courbe de montée en température peut être ajustée en jouant sur la puissance de chauffe de chacun des trois groupes d'éléments de chauffage extérieurs 6, par l'intermédiaire du régulateur 210 b) un échauffement rapide sous atmosphère réductrice (N 2/H 2) du produit de brasure jusqu'au "pic de fusion" (tem- pérature supérieure à la température eutectique du produit de brasure) par les moyens de chauffage extérieurs 7 avec. possibilité de contr 8 ler la durée de ce pic en jouant sur la vitesse d'entraînement du tapis transporteur Cet échauffe- ment rapide est assuré par la résistance électrique 7 a qui chauffe par rayonnement infra-rouge direct le dessous du support opaque aux infra-rouges de l'article à traiter, le- quel chauffe à son tour les produits de brasage appliqués sur ledit support Bien entendu, pour cela il faut que les articles à traiter reposent par leur support sur le tapis transporteur Le réflecteur 9 réfléchit également une certaine proportion du rayonnement sur le dessus de l'article Les composants électroniques portés par le support subissent un échauffement moindre, étant surtout exposés au rayonnement réfléchi, ce qui minimise le risque de détérioration par échauffement excessif - c) après la fusion, un refroidissement rapide par les jets gazeux figeant la brasure avec possibilité de régler la vitesse de refroidissement en jouant sur le débit gazeux. d) enfin, le refroidissement de l'ensemble par la che- mise à circulation d'eau 16. La figure 2 montre les profils de température ty- piques en fonction du temps, dans un four du genre de celui de la figure 1, dans le cas de l'emploi comme produits de brasure de pâtes d'alliage Sn/Pb La courbe 1 correspond à l'alliage Sn/Pb ( 60/40) et la courbe 2 correspond à l'allia- ge Sb/PB ( 95/5). Une durée typique pour une opération de brasure est de 4 minutes environ La durée de chaque palier de tem- pérature est de 70 sec (courbe 1) et 60 sec (courbe 2) Lia durée de chaque pic de fusion est de 18 sec (courbe 1) et de 12 sec (courbe 2) Chaque pic correspond à des températu- res de 290-325 o C (courbe 2) et 180-2200 C (courbe 1). Le four de l'invention peut être employé pour réa- liser le brasage de queues de "wrapping", des queues de thermistances, de connecteurs, de boîtiers pour composants hyperfréquence, des connexions sur condensateur chips, et tout report de composants sur un substrat, etc Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATI ONS 1 Un four continu de brasure pour l'assemblage de composants électroniques sur un support opaque aux rayons infra-rouges au moyen d'un produit de brasure, qui comprend un moufle métallique ( 1), un tapis métallique sans fin ( 2) pénétrant dans le moufle à une extrémité de celui- ci et en sortant à l'autre extrémité, des moyens d'entrai- nement dudit tapis métallique, des moyens de chauffage s'étendant sur une portion (O) de la longueur du moufle, des moyens d'isolation thermiques ( 8,10,11,12,13) prévus autour de la portion chauffée du moufle, des moyens de re- froidissement forcé ( 14,15,16) s'étendant sur une autre portion (R) de la longueur du moufle située à la suite de la précédente, des moyens d'introduction ( 17,18,19) d'un ou plusieurs gaz à l'intérieur du moufle, des moyens d'iso- lement ( 3,4,5) prévus à chaque extrémité du moufle pour isoler l'espace intérieur de celui-ci vis-à-vis de l'exté- rieur, caractérisé en ce que les moyens de chauffage com- prennent des moyens de chauffage extérieurs ( 6) au moufle assurant la montée en température de l'assemblage à braser jusqu'à un palier de température inférieur à la température eutectique du produit de brasure, et des moyens de chauffage intérieurs ( 7) au moufle portant le produit de brasure à une température supérieure à ladite température eutectique. 2 Un four selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage intérieurs sont consti- tués d'une résistance chauffante électrique ( 7 a) disposée sous le tapis métallique et d'un réflecteur ( 9) prévu à la partie supérieure du moufle et faisant face au tapis métal- lique. 3 Un four selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent des jets gazeïa dirigés directement sur le dessus et le des- sous de l'article à partir de distributeurs ( 14,15). 4 Un four selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de re- froidissement du moufle comprennent, en outre, une chemise à circulation d'eau ( 16).