Brevet FR2601545A1 — publié le 19880115

La présente invention concerne une méthode d'équipement pour carte de composants électroniques et, plus particulièrement, une méthode permettant d'implanter sur cette carte des composants de familles technologiques dif férentes et de souder leurs connexions aussi bien sur l'une et l'autre des faces de la carte de circuits imprimés en une seule et même opération de soudage. La technique habituellement utilisée pour le montage des composants électroniques sur les cartes de circuits imprimés consiste à placer tous les composants sur une face de la carte et à effectuer sur l'autre face le soudage de leurs broches de raccordement qui traversent l'épaisseur de la carte par des trous spécialement percés à cet effet. Cependant, à côté de ce montage traditionnel, on connaît aussi la technique de montage en surface de composants électoniques puisqu'elle est largement utilisée pour la réalisation des circuits hybrides : elle consiste à monter mais également à souder les composants sur la même face du substrat du fait que les caractéristiques de ce dernier n'acceptent que difficilement le perçage de trous. Or, l'intérêt de tels composants pour montage en surface réside principalement dans le fait qu'ils permettent d'augmenter la densité des circuits imprimés tout en réduisant les coûts de fabrication ; ainsi, pour une fiabilité équivalente, la taille des circuits peut être réduite de moitié et leur poids diminué en conséquence. A partir du moment où ces composants ont présenté un choix suffisant et que leur prix est devenu raisonnable, il était logique que les fabricants de composants et de systèmes s'intéressent à cette technique de montage des composants en surface et qu'ils l'associent à la technique traditionnelle afin d'améliorer les performances des supports à circuits imprimés. On a donc vu apparaître sur le marché de nouveaux équipements dans lesquels les composants étaient disposés des deux côtés de la carte, à savoir, les composants classiques à insérer sur une face et les composants pour le montage en surface sur 1 autre face ou, indistinctement, sur les deux faces de la carte.Dans la première éventualité -la plus simple- avec ses deux familles de composants réparties séparément de chaoue côté de la carte, l'intérêt réside dans le fait de pouvoir utiliser les systèmes conventionnels de soudure à la vague pour composants insérés et d'effectuer en une même opération le soudage simultané des deux types de composants puisque les composants pour montage en surface admettent le choc thermique de la vague de soudure ; néanmoins, il aura fallu auparavant procéder à une opération de collage de cette famille de composants pour qu'ils soient maintenus entre l'opération de mise en place sur la carte et celle de soudage à la vague. Dans le cas où les composants pour montage en surface se trouvent sur les deux côtés de la carte, une seule opération de soudage est insuffisante ; en effet, comme dans le cas précédent, si la même opération de soudage a permis de souder sur la face de la carte présentée à la soudure les composants pour montage en surface qui s'y trouvent ainsi que les broches des composants insérés montés sur l'autre face, il n'en va pas de même des composants pour montage en surface de cette autre face qui, elle, n'est pas soumise à la vague de soudure et ne peut pas l'être en raison de la présence des composants insérés qui ne peuvent pas, eux, supporter le choc thermique de la vague de soudure.Il faut donc procéder à une opération de soudage sup plémentaire qui consiste à souder les composants pour montage en surface sur la face non soumise à la vague de soudure avant, d'ailleurs, la mise en place des composants traditionnels insérés disposés sur cette même face. Or, une telle opération de soudage est complexe et comporte une succession d'étapes consistant -par exemple avec le soudage par refusion- à décomposer les oxydes des configurations métalliques, à coller les composants pour montage en surface afin de les maintenir en place sur la carte avant d'en arriver finalement à la phase de refusion elle-même assurant la soudure des broches des composants sur leurs plateformes de contact. Cette opération de soudage supplémentaire est donc coûteuse et elle doit mettre en jeu des machines sophistiquées que ne nécessite aucunement le soudage à la vague. Il serait donc intéressant de pouvoir éliminer cette opération de soudage supplémentaire des composants pour montage en surface disposés sur la face du support non soumise à la vague de soudure de manière à ce que le soudage de l'ensemble des composants des deux faces de la carte -familles confondues- se ramène à une opération unique de soudage à la vague, technique restant bien maîtrisée, plus économique et dont les équipements ont un fonctionnement à la fois rapide et automatisé. L'invention a pour objet de répondre a ce problème. Pour ce faire, elle se borne à effectuer un certain nombre de perçages supplémentaires sur la carte-support par rapport aux perçages normalement executés pour 1 mplanta- tion des composants à insertion et le passage de leurs broches de raccordement d'une face à l'autre. Ces perçages supplémentaires sont réalisés au niveau des plateformes de soudage des broches des composants pour montage en surface disposes sur la face recevant également les composants à insertion, c'est-à-dire la face non soumise à la vague de soudure.Il convient de noter que, si l'invention augmente le nombre de perçages, elle ne réclame aucune opératlon supplémentaire spécifique et, au contraire, permet d'élimi- ner totalement l'opération de soudage supplémentaire par refusion évoquée ci-dessus préalablement à l'opératlon de soudage à la vague. La présence de ces perçages supplémentaires permet alors de mettre en oeuvre une méthode d'équipement nouvelle qui consiste à mettre en place, d'une part sur la face de la carte non soumise directement à la vague de soudure, des composants pour montage en surface, à les coller pour les y maintenir, ainsi que les composants à broches insérées et, d'autre part sur la face de la carte en contact avec la vague de soudure, les autres composants pour montage en surface.Lors du passage unique sur la vague de soudure, ces derniers composants ainsi que les broches des composants à insertion sont soudés comme c'est déjà connu mais, en même temps, la soudure emprunte les perçages supplémentaires prévus par l'invention pour traverser l'épaisseur de la carte et s'étaler sur les plateformes de connexion des broches des composants pour montage en surface disposés de l'autre côté de la carte, réalisant ainsi simultanément le soudage de l'ensemble des composants des deux faces de la carte-support en une seule et même opération. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - les figures 1 à 4, des vues correspondant à une technique mixte d'équipement déjà connue utilisant des composants pour montage en surface et des composants a'à insertion ; - les figures 5 à 7, des vues relatives à la méthode d'équipement proposée par l'invention pour une disposition de composants identiques à celle des figures 1 a 4. On va commencer la description en se reportant tout d'abord aux figures 1 à 4 qui illustrent chacune une phase d'une technique d'équipement de carte de circuits imprimés largement utilisée et qui consiste à disposer des composants à broches insérées sur une face de la carte et des composants pour montage en surface aussi bien sur l'une que sur l'autre des deux faces. Bien que connue, on rappellera cette technique afin de mettre plus facilement en lumière la méthode proposée par l'invention à laquelle se rapportent les figures 5 à 7. Si l'on examine la figure 1, on constate que l'on est en présence d'une carte 1 de circuits imprimés à double face qui comporte des trous métallisés tels que 2 et 3 ainsi que des plateformes de soudage 4, 5, 6, 7 ; on remarquera que ces plateformes sont situées sur lune et l'autre des deux faces 8 et 9 de la carte 1. Pour en arriver au stade d'équipement illustré par la figure 1, on est passé par des étapes antérieures ayant abouti au soudage des composants 10 et 11 qui sont des composants pour montage en surface.Ces étapes ont essentiellement consisté à déposer sur les plateformes 4 et 5 la soudure nécessaire à la connexion de ces composants, oar exemple une pâte à souder en utilisant des moyens serigraphiques, puis à mettre en place les composants 10 et 11 et à les souder sur les plateformes à l'aide d'une technique de soudage par refusion. Au stade suivant de fabrication, on met en place sur la carte les composants à insertion 12 en introduisant leurs broches de raccordement 13 dans les trous métallisés 2 et 3 et en en recourbant l'extrémité libre 14 pour-maintenir ces composants dans la position correcte avant leur soudage. Ce stade correspond à la figure 2. Au stade suivant illustré par la figure 3, on a retourné la carte 1 (flèche 15) de sorte que c'est la face 9 qui se trouve, cette fois, dans la position permettant aux machines automatiques la mise en place des autres composants 16 et 17 pour montage en surface. Toutefois, avant cette implantation, on aura procédé au dépôt d'une goutte de colle 18, 19 dont le rôle est d'assurer le maintien du composant correspondant dans la position correcte jusqu'à ce qu'il soit soudé. Lorsque les composants pour montage en surface -tels 16 et 17- sont en place sur la face 9 et en contact avec leurs gouttes de colle respectives, on durcit ces gouttes de colle en utilisant une technique combinant, par exemple, les rayons ultra-violets et la chaleur. Puis, la carte 1 est de nouveau retournée (flèche 20) et se retrouve dans la situation de la figure 4, situation qu'elle occupait déjà dans la figure 2. On va alors soumettre la face 9 à un flux de décapage préalablement à son passage sur la vague de soudure en fusion 21. Après ce passage, comme on peut le constater sur la figure, les broches 13 des composants à insertion 12 sont rendues solidaires, par la soudure, des trous métallisés reliant les pistes conductrices des faces 8 et 9 tandis que les composants 16 et 17 pour montage en surface sont soudes sur les plateformes 6 et 7. La méthode d'équipement de la carte 1 qui vient d'être décrite met donc en oeuvre deux techniques de soudage qui entraînent des opérations bien distinctes et différentes pour l'une et l'autre techniques. Uniformiser la technique de soudage est impossible : en effet, si l'on désirait souder à la vague les composants 10 et 11 de la face 8 comme on le fait des composants de la même famille 16 et 17 de la face 9, on ne pourrait pas le faire car les composants à insertion 12 ne peuvent pas admettre le choc thermique dû au passage sur la vague de soudure en fusion. C'est pourtant cette impossibilité que se propose de vaincre l'invention et, non seulement de ramener le soudage des composants de la carte à la même méthode, mais également de limiter à une seule et même opération le processus de soudage des composants équipant les deux faces. C'est ce que lton va examiner maintenant en se reportant aux figures 5, 6 et 7 qui ont trait à l'invention. Pour faciliter la comparaison entre les méthodes antérieures et la méthode proposée, on a conservé le même équipement en composants des faces 8 et 9 et la même disposition des plateformes de soudage. Ainsi, on retrouve le composant à insertion 12 et les composants pour montage en surface 10 et 11 sur la face 8 de la carte 1 tandis qu'on retrouve également sur la face 9 les deux composants 16 et 17 appartenant à cette même famille. On remarque qu'il n'y a pas de modi fi cati on pour ce qui concerne les trous métallisés permettant l'insertion des broches 13 des composants 12, pas plus que pour les plateformes 6 et 7 de la face 9 servant au soudage à la vague des composants 16 et 17. Par contre, il faut noter la présence de trous métallisés supplémentaires 22 au niveau des plateformes de soudage des composants 10 et 11 de la face 8, plateformes référencées 4 et 5 sur la figure 1 relative à la méthode connue. Ainsi, grâce à ces seuls trous supplémentaires 22, on va pouvoir souder l'ensemble des composants présents sur les deux faces de la carte en un seul et même passage sur la vague de soudure. La figure 5 correspond à la situation dans laquelle se trouve la carte 1 avant l'opération de soudage. Cela signifie que, comme décrit en relation avec les figures 1 à 4, on a mis en place les composants 12 en insérant leurs broches 13 dans les trous métallisés correspondants et que l'on a procédé au collage des composants 10, 11, 16 et 17 contre les faces 8 et 9 au moyen des gouttes de colle 23, 24, 25 et 26 selon le même processus que celui décrit pour les gouttes de colle 18 et 19 de la figure 3 de la méthode antérieure. L'ensemble des composants présents sur les deux faces de la carte est donc dans la position convenant au soudage et chaque composant est maintenu dans cette position soit par ses broches insérées dans l'épaisseur de la carte, soit par les gouttes de colle. Avant de passer à l'opération de soudage proprement dite, on notera que les terminaisons des composants 10 et 11 de la face 8 non soumise à la vague de soudure sont disposées à l'aplomb des trous métallisés 22 correspondants de manière à se trouver sur le trajet du flux de soudure lorsqu'il emprunte ces trous métallisés. La figure 6 illustre l'étape de fluxage qui consiste à appliquer un flux décapant 27 sur les deux faces de la carte puis à en éliminer les restes afin de rendre propres à la soudure les plateformes et les terminaisons des composants. Avec la figure 7, on voit 1' étant de la carte 1 après le passage de sa face 9 sur la vague de soudure. En ce qui concerne les composants traditionnels, tel le composant à insertion 12, ainsi que les composants pour montage en surface 16 et 17 de cette face 9, rien n'est changé par rapport à la carte soudée avec la méthode antérieure illustrée par la figure 4. Par contre, pour ce qui est des composants 10 et 11 de la face 8, on voit que leurs terminaisons sont emprisonnées dans la soudure qui s'est introduite dans les trous 22 lors du passage de la face 9 sur la vague de soudure, soudure qui a débouché ensuite sur les plateformes de la face 8 et les terminaisons de composants voisines. On voit maintenant tout l'avantage que peut procurer la méthode de l'invention : une seule opération pour souder simultanément les composants des deux faces d'une carte, qu'ils soient des composants traditionnels ou des composants pour montage en surface, cette opération consistant, en outre, en une opération de soudage à la vague dont la technique et les équipements sont actuellement parfaitement maîtrisés. Par ailleurs, la méthode de l'invention permet d'éliminer la phase de soudage par refusion que nécessitait la méthode antérieure pour souder les composants pour montage en surface de la face de la carte non soumise directement à la vague de soudure. Certes, ces avantages sont contrebalancés par le fait qu'ils requierent des trous métallisés 22 supplémentaires (figure 5) par rapport aux seuls trous métallisés 2 et 3 (figure 1) de la méthode déjà connue. Cependant, le coût additionnel relatif à ces trous supplémentaires 22, alors qu'on doit réaliser de toute manière les trous 2 et 3, est sans commu-ne -mesure avec les économies que l'on réalise en supprimant les opérations de soudage par refusion évoquées c i-dessus. I1 est bien évident que la description qui précède n'a éte donnée qu'a titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Méthode d'équipement pour carte de composants électroniques comportant sur chacune de ses deux faces (8, 9) des circuits imprimés et des composants pour montage en surface (10, 11, 16, 17), des trous métallisés (2, 3) permettant aux broches (13) à souder des composants à insertion (12) disposés sur une face (8) de la carte (1) de déboucher sur l'autre face (9), cette autre face (9) étant par ailleurs soumise à une opération de soudage à la vague tandis que la face (8) nécessite un autre mode de soudage, ladite méthode d'équipement étant caractérisée par le fait qu'elle consiste à réaliser des trous métallisés supplémentaires (22) respectivement au niveau des plateformes de soudage (4, 5) des terminaisons des composants (10, 11) de la face (8) de la carte (1) non soumise au soudage à la vague de telle sorte que, lors du passage de l'autre face (9) de la carte (1) sur la vague de soudure, la soudure emprunte ces trous métallisés supplémentaires (22) pour déboucher sur lesdites plateformes (4, 5) de la face (8) non soumise directement à la vague de soudure et procède ainsi au soudage desdites terminaisons en meme temps que s'opère le soudage des élé- ments -broches (13) et composants (16, 17)- disposés sur la face (9) soumise à la vague de soudure, une telle disposi- tion permettant d'effectuer en une seule et même opératlon le soudage simultané des composants (10, 11, 12, 16, 17) des deux faces (8, 9) de la carte (1) quelle que soit la famille technologique à laquelle ils appartiennent. 2. Méthode d'équipement pour carte de composants électroniques conforme à la première revendication, Sarac térisée par le fa t qu'elle consiste a utiliser la même technique de mise en place et d'immobilisation (23,24 > 25,26) en ce qui concerne les composants pour montage en surface (10, 11, 16, 17), qu'ils qu' ils soient disposés sur la face soumise (9) ou non soumise (8) au contact direct avec le flux de soudure (21) lors de l'opération de soudage à la vague. 3. Méthode d'équipement pour carte de composants électroniques conforme aux première et deuxième revendications, caractérisée par le fa t que l'implantation des composants pour montage en surface (10, 11, 16, 17) consiste -sur l'une et l'autre des faces (8, 9) de la carte (1-)- à déposer un agent de collage (23, 24, 25, 26) à chaque emplacement de composant préalablement à sa mise en place et à durcir lesdits agents de collage, les terminaisons des composants pour montage en surface (10, 11) disposés sur la face (8) non soumise à la vague de soudure (21) se trouvant alors respectivement en regard des trous métallisés supplémentaires (22) débouchant sur leurs plateformes de soudage.