Brevet FR2647623A1 — publié le 19901130

La présente invention concerne le domaine du soudage de composants sur circuits imprimés. Elle concerne en particulier un procédé de soudage dans lequel on réalise une régulation de la température du circuit imprimé, au moins pendant la phase de soudage proprement dite, et elle concerne aussi les moyens de mise en oeuvre du procédé. La présente invention sera plus particulièrement explicitée par son application au domaine particulier du soudage des broches d'un connecteur sur une plaquette munie d'un circuit imprimé, lequel circuit imprimé est destiné à recevoir les extrémités d'un câble de connexion ou de branchement ; l'invention concerne également, dans ce cas précis, le support de connecteur pour le soudage " la vague" ou "au bain mort" de ses broches qui sont enfilées préalablement sur la plaquette munie du circuit imprimé. La soudure de plaquettes comportant des pistes de circuit imprimé sur les broches de connecteurs destinés a l'alimentation ou la connexion par exemple de matériel informatique, est réalisée par les procédés classiques de soudage dits "à la vague" ou "au bain mort". Cette opération de soudage automatique, généralement à l'etain, permet de préparer et d'obtenir des connecteurs dont les deux rangées de broches parallèles, associées à un circuit imprimé, sont pretes à recevoir chacune les extrémités des cables de connexion ou de branchement, par une opération de soudage ultérieure. La soudure " la vague" consiste a faire passer les extrémités des broches du connecteur, préalablement enfilées dans la plaquette support du circuit imprimé, sur un flux d'étain liquide maintenu à une température de l'ordre de 250"C. Pendant cette opération qui dure trois à quatre secondes, l'étain remonte la broche par capillarité et s'implante dans l'orifice correspondant de la plaquette pour réaliser la soudure. Dans le cas d'un soudage "au bain mort", les extrémités des broches sont plongées dans un bain d'étain en fusion. Pour réaliser cette opération, les connecteurs sont disposés sur des supports de trempage. Ces procédés de soudage sont tres délicats et nécessitent, pour l'obtention d'un produit fini de qualité, la combinaison de paramètres de températures contradictoires. Cette température doit en effet etre suffisante et voisine de 250 0C pour réaliser une soudure de qualité ; d'autre part, les pistes du circuit imprimé, toutes proches des broches, ne doivent pas etre détériorées et, à ce niveau, la température ne doit pas dépasser 1800C, température à partir de laquelle les pistes se déforment. Cette déformation des pistes est préjudiciable au soudage ultérieur des fils de connexion ou de branchement. Les opérations de soudage de la plaquette munie du circuit imprimé sur le connecteur, sont, actuellement, réalisées sans grande précision quant au contrôle des températures. Le fonctionnement des systèmes existants reste assez aléatoire et on constate un pourcentage important de défauts des produits finis, défauts de soudure ou de déformation du circuit imprimé. Ce pourcentage de défauts peut aller, dans certains cas, jusqu'à 16 %. La présente invention a pour but de pallier à ces inconvénients et de limiter le pourcentage de malfaçons en le ramenant à une valeur inférieure à 1 %. Ce but est obtenu par une stabilisation des conditions opératoires et notamment une régulation de la température au niveau de chaque partie sensible. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé qui consiste à réaliser une régulation de la température d'un circuit imprimé pendant l'opération de soudage des broches des composants sur ledit circuit ; ce procédé consiste en particulier à faire circuler un fluide, ou gaz, caloporteur dans la zone de soudage pour maintenir le circuit imprimé a une température appropriée qui permet de concilier les exigences en vue d'une bonne soudure et d'une absence de déformation ou détérioration du circuit imprimé et/ou des composants. L'invention a également pour objet un dispositif support de circuit imprimé, pour la mise en oeuvre du procédé ; ce support comporte notamment une surface en contact avec la ou les parties du circuit imprimé à protéger et, en liaison avec cette surface, des moyens permettant la circulation d'un fluide, ou gaz caloporteur, chargé de maintenir ladite surface et par conséquent ledit circuit imprimé a une température ad hoc. L'invention a plus particulièrement pour objet un support de connecteur pour le soudage de ses broches enfilées préalablement sur une plaquette munie d'un circuit imprimé ce support particulier comporte des moyens de positionnement du connecteur et des moyens de maintien du circuit imprimé de la plaquette support à une température appropriée, par une circulation de fluide ou de gaz à l'intérieur de ces moyens. Toujours selon l'invention, les moyens de maintien en température du circuit imprimé se présentent sous la forme d'une barrette qui constitue la partie inférieure du support la surface supérieure de ladite barrette est en contact direct avec le circuit imprimé et s'étend sous ledit circuit imprimé, entre deux rangées de broches du connecteur. La température de cette barrette est réglée par la circulation de fluide interne. Cette barrette peut donc agir soit à titre de refroidisseur du circuit imprimé, soit en pré-chauffage de ce dernier. La présence de flux liquide assure le contact entre le circuit imprimé et la barrette. Ce circuit imprimé est maintenu à la température choisie par contact avec la barrette inférieure et cette température n'est pas influencée par les paramètres de réglage de la vague ou du bain mort. A titre d'exemple, la température de cette barrette peut etre portée aux alentours de 60 à 80"C ; cette température évite l'altération des pistes du circuit imprimé et, avant le soudage, se propage autour des extrémités des broches du connecteur pour préparer la soudure, laquelle parvie-ndra plus facilement à la température adéquate. Selon une autre caractéristique de l'invention, le support est muni d'une lamelle en acier à ressort qui applique la plaquette munie du circuit imprimé sur la surface supérieure de la barrette. Cette application permet d'une part de réaliser un contact thermique intéressant et efficace entre la barrette et les pistes du circuit imprimé ; elle permet, de plus, de positionner d'une manière précise la plaquette par rapport aux extrémités des broches pour l'obtention d'un produit fini de qualité. Selon un mode de réalisation particulier, le support selon l'invention comprend un tronc vertical sous lequel s'étend horizontalement la barrette de maintien en température du circuit imprimé. A la base de ce tronc, et au-dessus de ladite barrette, s'étendent deux joues de positionnement du connecteur, destinées à enserrer ce dernier. Selon une autre disposition, ces joues latérales comportent des rainures horizontales de calage vertical du connecteur ; ces rainures déterminent la position du connecteur par rapport à la plaquette munie du circuit imprimé, lequel circuit imprimé est en appui sur la surface supérieure de la barrette de maintien en température. Toujours selon l'invention, le support est constitué de deux demi-coquilles assemblées selon un plan de joint qui correspond au plan médian des broches du connecteur. Toujours selon l'invention, le support comporte, à la partie supérieure du tronc, des orifices d'arrivée et de départ du fluide puis, partant de ces orifices, des canaux qui s'étendent verticalement jusqu'a la barrette horizontale. Selon une autre disposition de l'invention, la barrette comporte un canal en forme de U dont la branche supérieure longe et se situe à proximité de la surface supérieure de ladite barrette. Toujours selon l'invention, et de façon à isoler en température ladite barrette du milieu ambiant constitué par le bain d'étain en fusion lors du soudage, la barrette est munie d'un revetement isolant excepté à la partie supérieure, en contact avec le circuit imprimé. Mais l'invention sera encore illustrée, sans etre aucunement limitée, par la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective du support selon l'invention sur lequel sont adaptés le connecteur et la plaquette munie du circuit imprimé, prets à etre solidarisés par soudage - la figure 2 est une vue en perspective du connecteur, avant soudage, dont les broches sont enfilées dans les orifices de la plaquette - la figure 3 est une vue de coté, partiellement ouverte, du support selon l'invention recevant le connecteur et la plaquette munie du circuit imprimé ; - la figure 4 est une vue de dessus de la lamelle formant ressort destinée à appliquer la plaquette sur la surface supérieure de la barrette - la figure 5 est une vue de face du support selon l'invention recevant le connecteur et la plaquette munie du circuit imprimé, au cours de l'opération de soudage. Le support 1, représenté figure 1, est destiné au positionnement d'un connecteur 2 associé à une plaquette 3 munie d'un circuit imprimé 4, pour le soudage des broches 5 dudit connecteur 2 sur ladite plaquette 3. Cette plaquette 3 est prealablement enfiiée manuellement sur les broches 5 du connecteur 2, comme on l'a représenté figure 2. Au cours de cette opération préalable, chaque broche 5 pénètre dans un orifice correspondant de la plaquette 3, traverse ladite plaquette et ressort de l'autre coté. Le circuit imprimé 4, disposé sur la face inférieure de la plaquette, opposée au connecteur 2, est bordé par les rangées des extrémités des broches 5, lesquelles sont destinées à etre soudées dans cette position. Comme on peut le voir figure 2, on conserve un espace entre le fond 6 du connecteur 2 et la surface supérieure de la plaquette 3 ; cet espace est de l'ordre de 3 mm. Parallelement aux rangées de broches 5, on peut noter, de chaque coté et sur toute la longueur du connecteur 2, la présence d'une surface d'appui 7 sensiblement parallèle à la plaquette 3. Le support de trempage 1 selon l'invention est solidaire d'un chassis 8 non représenté en détail et ne faisant pas partie de la présente invention. Ce chassis est de façon classique adapté pour réaliser le déplacement du support de trempage dans le but d'assurer le soudage "à la vague" ou "au bain mort" et les différentes opérations de pré et post-soudage. Le support 1 est réalisé par tous moyens appropriés, avec un matériau bon conducteur de chaleur. Ce matériau doit également resister à la température de travail, à la corrosion dans le cas ou le produit de soudage utilisé est agressif ; il ne doit pas s'allier à la soudure. Un matériau tel que l'aluminium peut correspondre à ces critères dans la majorité des cas. Ce support est constitué d'un corps ou tronc 9 parallélépipédique, sensiblement vertical. La base de ce tronc 9 est prolongée par deux ailes ou joues latérales verticales 10 destinées à enserrer les côtés longitudinaux du connecteur 2. Ces joues 10 sont également destinées à positionner le connecteur 2 et elles sont chacune munies à cet effet, en partie basse et sur toute leur longueur, d'une rainure horizontale 11 constituée de retours en équerre orientés vers l'intérieur et sur lesquelles les surfaces d'appui longitudinales 7 sont destinées à venir reposer. Les deux joues verticales 10 définissent ainsi un compartiment de maintien en position du connecteur 2 ; les deux rangées de broches 5 du connecteur ainsi positionné, s'étendent vers le bas entre les deux rainures horizontales 11 de calage dudit connecteur. Une barrette 12 sensiblement horizontale s'étend à partir et sous le tronc vertical 9, sensiblement dans le plan median dudit support 1, lequel plan médian passe entre les joues latérales 10 et correspond au plan médian du connecteur 2. Cette barrette 12 est sensiblement parallelépipédique et comporte une surface supérieure 13 destinée à servir de surface d'appui pour la plaquette 3 munie du circuit imprimé 4. Cette surface horizontale 13 est parallèle à la surface horizontale de calage réalisée par les rainures 11 ; la distance séparant ces deux surfaces détermine le positionnement précis de la plaquette 3 par rapport au connecteur 2. La largeur de cette surface horizontale 13 est conditionnée par l'écartement entre les deux rangées de broches 5 du connecteur 2. Cette largeur doit etre la plus grande possible de façon à procurer une surface maximale d'appui et de protection pour les pistes de circuit imprimé 4 prévues sur la plaquette 3. Comme on peut le voir, figure 3 et figure 5, les deux rangées d'extrémités des broches 5 du connecteur 2 font saillie vers le bas à partir de la plaque 3 et s'entendent de chaque coté de la barrette 12 sous le plan horizontal réalisé par sa surface supérieure 13. Afin de réaliser un positionnement et placage correct de la plaquette 3 et en particulier de son circuit imprimé 4 sur la surface supérieure 13 de la barrette 12, le support 1 est munie d'une lamelle 14 en acier à ressort, laquelle lamelle 14 s'étend au-dessus de la barrette 12 et sous les joues latérales 10. Cette lamelle 14, représentée vue de dessus figure 4, est en forme de fourche dont les dents 15 comportent des orifices 16 destinés à coopérer chacun, comme on peut le voir figure 3, avec une rondelle 17 et une vis 18 de solidarisation sous le tronc 9. La partie active 19 de la lamelle 14 s'entend au-dessus de la surface d'appui horizontale 13 et est destinée à passer d'une part, entre les deux rangées de broches 5 et, d'autre part, entre le fond 6 du connecteur 2 et la plaquette 3, pour venir appliquer cette dernière contre la barrette 12. Cette application est facilitée par une conformation particulière de sa partie active 19 en arc de cercle, visible figure 3, pour que seule sa partie centrale entre en contact avec la face supérieure de la plaquette 3. La barrette 12 s'étendant entre les deux rangées de broches 5 du connecteur 2, réalise le positionnement de la plaquette 3 munie du circuit imprimé 4 par rapport audit connecteur 2 ; cette barrette 12 réalise de plus une protection du circuit imprimé 4 de par le placage de ce dernier sur la surface supérieure 13 mais également en maintenant le circuit imprimé à une température déterminée. Ces moyens de maintien en température du circuit imprimé sont realisés par une circulation de fluide ou de gaz à l'intérieur du support 1 et en particulier le plus près possible de la surface supérieure 13 de la barrette 12. Cette circulation est obtenue au moyen de canaux 20 réalisés d'une part, dans le tronc 9 et, d'autre part, dans la barrette 12 du support 1, lequel est constitué à cet effet de deux demi-coquilles sensiblement identiques. Ces deux demi-coquilles sont assemblées selon un plan de joint qui correspond au plan médian du support et au plan médian des broches 5 du connecteur 2. Des demi-canaux sont usinés dans chaque demi-coquille réalisant le support de trempage. L'assemblage des deux demi-coquilles est réalisé au moyen de vis et d'écrous par l'intermédiaire des orifices 21 ; un joint quelconque du type pate ou résine peut réaliser l'étanchéité entre les deux éléments. La partie supérieure du tronc 9 est munie, d'un coté, d'un orifice d'arrivée 22 et, de l'autre, d'un orifice de sortie 23 du fluide ou gaz caloporteur. Partant de ces orifices 22 et 23, les canaux 20 s'entendent verticalement vers le bas jusqu'à la barrette 12. Comme on peut le voir figure 3, cette dernière comporte un canal en forme de U couché muni de deux branches 24 et 25 horizontales se raccordant aux canaux verticaux 20. La branche supérieure horizontale 25 longe et se situe à proximité de la surface supérieure 13 de ladite barrette 12. Cette branche supérieure 25, proche du circuit imprime 4 réalise le maintien en température de ce dernier. Le support de trempage 1 est associé à une pompe, non représentée, pour la circulation du fluide ou gaz dans les canaux 20, 24 et 25. Le fluide de maintien à température utilisé, est de préférence de l'eau additionnée d'un antigel et la pompe de circulation est associée à un réservoir contenant le liquide et muni d'un système de régulation de temperature. I1 est également possible d'utiliser de l'air comprimé à titre de moyen de maintien en température, et dans ce cas, seul un régulateur de débit commandé par une sonde thermique est nécessaire. La barrette 12 est destinée au positionnement de la plaquette 3 par rapport au connecteur 2 et est également munie de moyens de régulation de la témpérature du circuit imprimé. Cette température est adaptée en fonction des conditions de soudage et des produits utilisés. On a représenté figure 5, le support de trempage 1 muni du connecteur 2 et de la plaquette 3, en cours de soudage "à la vague" ou dans "un bain mort" dans de l'étain 26 en fusion. La température de l'étain est de 250"C et le support 1 positionne l'ensemble connecteur-plaquette de façon à ce que l'extrémité des broches 5 trempe dans le produit de soudage. Le niveau de l'étain 26 se situe sensiblement en dessous de la surface supérieure de la plaquette 3. Ce circuit imprimé 4 est masqué par la surface supérieure 13 de la barrette métallique 12. Grace au fluide caloporteur, la barrette 12 peut etre prealablement portée à une température voisine de 60-80 C de façon à ce que le circuit imprimé atteigne cette température. La température de ce dernier est maintenue à cette valeur au cours du soudage par la barrette 12 qui est munie d'un revetement isolant, non représenté, sur l'ensemble de sa surface, excepté la surface supérieure horizontale 13. Ce revetement isolant par rapport au bain de soudure peut consister par exemple en de la céramique ou du téflon. Cette régulation de température protège les pistes de circuit imprimé des hautes températures du bain de soudage. Cette élévation préalable de la température de la plaquette 3 permet également de préparer cette plaquette et les extrémités des broches 5 pour le soudage qui est réalisé par remontée capillaire de l'étain en fusion sur les broches 5 du connecteur 2 ; le soudage est ainsi amélioré. Bien entendu, dans d'autres cas, on pourra réaliser un refroidissement de la barrette 12 au moyen du fluide caloporteur. Le maintien à température constante des pistes du circuit imprimé permet de conserver précisément le compromis entre l'inertie thermique de la barrette 12 et les différents paramètres qui tendent à faire varier sa température ; on obtient ainsi une protection efficace du circuit imprime. Les signes de référence insérés apres les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernieres et n'en limitent aucunement la portée. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de soudage de composants sur un circuit imprimé caractérisé en ce qu'il consiste, pendant l'opération de soudage, à réaliser une régulation de la température du circuit imprimé au moyen d'une circulation d'un fluide, ou gaz, caloporteur, dans la zone de soudage, de façon à maintenir ledit circuit imprimé, à une température appropriée. 2.- Support de circuit imprimé, pour la mise en oeuvre du procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une surface en contact avec la ou les parties du circuit imprimé a protéger et, en liaison avec cette surface des moyens permettant la circulation d'un fluide, ou gaz, caloporteur, chargé de maintenir ladite surface, et par conséquent, ledit circuit imprimé , à une température ad hoc. 3.- Support selon la revendication 2, pour le soudage des broches (5) d'un connecteur (2) sur un circuit imprimé (4) enfilé préalablement sur lesdites broches (5), pour un soudage du type à la vague ou au bain mort, caracterise en ce qu'il comporte des moyens de positionnement du connecteur (2) et des moyens de maintien du circuit imprimé (4) de la plaquette (3) à une température appropriée, par une circulation de fluide ou de gaz à l'intérieur de ces moyens. 4.- Support selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de maintien en température du circuit imprime (4), lesquels moyens sont en forme de barrette (12) constituant la partie inférieure du support (1), la surface supérieure (13) de ladite barrette (12) étant en contact avec le circuit imprimé (4) et s'étendant sous ledit circuit imprimé (4), entre deux rangées de broches (5) du connecteur (2). 5.- Support selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une lamelle (14) en acier à ressort qui applique la plaquette (3) sur la surface supérieure (13) de la barrette (12). 6.- Support selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend un tronc vertical (9) sous lequel s'étend horizontalement la barrette (12) de maintien en température du circuit imprimé (4) et à la base duquel tronc (9), au-dessus de ladite barrette (12), s'entendent deux joues (10) de positionnement du connecteur (2). 7.- Support selon la revendication 6, caractérisé en ce que les joues (10) comportent des rainures horizontales (11) de calage du connecteur (2), ces rainures (11) déterminant le positionnement dudit connecteur (2) par rapport à la plaquette (3) qui est en appui sur la surface supérieure (13) de la barrette (12). 8.- Support selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux demi-coquilles assemblées selon un plan de joint qui correspond au plan median des broches (5) du connecteur (2) en position. 9.- Support selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte, à la partie superieure du tronc (9), des orifices d'arrivée (22) et de départ (23) du fluide, puis, partant de ces orifices (22, 23), des canaux (20) qui s'étendent verticalement jusqu'à la barrette (12). 10.- Support selon la revendication 9, caractérisé en ce que la barrette (12) comporte un canal en forme de U dont la branche supérieure (25) longe et se situe à proximité de la surface supérieure (13) de ladite barrette (12). 11.- Support selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que la barrette (12) comporte un revetement isolant excepté sur la partie supérieure (13), en contact avec le circuit imprimé (4).