Brevet FR2656048A1 — publié le 19910621

MICRO-DOSEUR DE DEPOT DE PATE ET PROCEDE DE MONTAGE DE COMPOSANTS ELECTRONIQUES EN FAISANT APPLICATION L'invention a pour objet un micro-doseur, permettant de déposer une quantité dosée et faible de pâte à un emplacement déterminé, du type comprenant un réservoir de pâte et des moyens permettant de refouler la pâte à travers une aiguille de dépôt. Elle trouve une application particulièrement importante dans le montage dit "de surface" de composants électroniques sur des cartes de circuits imprimés, exigeant le dépôt de faibles quantités de pâte à braser en des emplacements bien déterminés. A l'heure actuelle la technique la plus courante de dépôt local de faibles quantités de pâte est la sérigraphie. Ce procédé présente des limitations qui le rendent difficile à utiliser dans de nombreux cas. La sérigraphie ne permet par exemple pas de déposer des plages d'épaisseur différente suivant la nature des contacts de composants à recevoir. La reproductibilité du procédé laisse à désirer. Si la surface de la carte n'est pas parfaitement plane, l'écran de sérigraphie ne s'applique pas de la même façon en tous les emplacements, d'où des dépôts irréguliers. On connait également des micro-doseurs constituant une seringue dont le réservoir est muni d'un piston permettant de refouler une dose ajustable de pâte à travers une aiguille. Si de tels micro-doseurs sont commodes pour des retouches, ils ne permettent pas de réaliser des plages multiples parfaitement identiques et reproductibles de très faible épaisseur. L'invention vise à fournir un micro-doseur répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet de déposer des quantités de pâtes bien définies, de façon reproductible, éventuellement ajustables. Dans ce but l'invention propose un micro-doseur du type ci-dessus défini, caractérisé en ce que les moyens de refoulement comportent un bloc de dosage percé d'un alésage communiquant avec l'aiguille et muni d'un couloir d'alimentation à partir du réservoir qui est équipé de moyens de maintien en pression de la pâte, et une vis d'Archimède tournant dans l'alésage et munie de moyens d'entraînement en rotation. La vis est avantageusement à filets rectangulaires, le rapport entre la longueur axiale des filets et le pas de l'hélice permettant de fixer la quantité de pâte chassée par l'aiguille pour un angle de rotation donné de la vis. Lorsque le micro-doseur est monté sur un appareil permettant de déposer automatiquement des quantités prédéterminées de pâte en des emplacements répartis suivant un réseau déterminé par programmation, les moyens d'entraînement de la vis seront généralement constitués par un moto-réducteur électrique relié à la vis par un accouplement souple. Le micro-doseur peut également constituer un ensemble manipulable, les moyens d'entraînement étant alors constitués par une vis munie d'un bouton moleté, la quantité chassée étant fixée par l'angle de rotation donné au bouton. Le réservoir lui-même est maintenu en pression permanente par des moyens quelconques, par exemple par de l'air comprimé agissant sur un piston ou par un ressort réglable. La pression au sein de la masse de pâte doit être suffisamment élevée pour garnir complètement les filets de la vis.Elle doit rester suffisamment faible pour éviter une ségrégation de la pâte, de nature composite. Dans la pratique, une surpression de 0,4 à 0,8 bar donne des résultats satisfaisants. L'invention propose également un procédé de montage en surface de composants électroniques, suivant lequel on déplace automatiquement l'aiguille du micro-doseur pour l'amener au-dessus de chacun des points de dépôt, on le descend jusqu'a ce que l t aiguille soit à une distance déterminée de la carte destinée à recevoir le dépôt, on fait tourner la vis d'un angle déterminé, et on relève l'aiguille avant d'amener le micro-doseur au-dessus de l'emplacement de dépôt suivant. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une vue du micro-doseur en coupe partielle suivant un plan médian - la figure 2 est une vue de gauche de la figure 1. - la figure 3 est une vue de détail à grande échelle du bloc de dosage et de la vis du micro-doseur de la figure 1 ; - la figure 4, similaire à une fraction de la figure 1, montre une variante de réalisation du réservoir de mise en pression de la pâte. Le micro-doseur qui sera maintenant décrit à titre d'exemple est notamment utilisable pour déposer des plages de pâte de brasage, analogue aux encres de sérigraphie, en des zones déterminées d'une carte isolante, généralement en matériau thermodurcissable renforcé par des charges. La pâte a une constitution hétérogène. Elle se présente souvent sous forme de micro-billes d'alliage étain-plomb de 40 à 80 zm de diamètre, mélangées à du liant tel que la colophane et à des solvants dont l'évaporation provoque un durcissement de la pâte. L'épaisseur des plages de contacts à constituer varie entre 100 Wm et 350 Wm, suivant la nature des liaisons à réaliser utérieurement. Comme on le verra plus loin, le micro-doseur permet également de réaliser des pistes étroites et d'épaisseur constante en pâte de brasage. Le micro-doseur montré en figures 1 à 3 comporte un socle 10 destiné à être monté sur une table 12 de déplacement suivant les directions x, y et z. Il porte un réservoir 14 de forme tubulaire, raccordé à un couloir 16 d'amenée de pâte 18. Le couloir est percé obliquement par rapport à la direction de sortie de la pâte hors du réservoir, afin d'éviter des contraintes et des pertes de charges excessives. La pâte est maintenue sous une pression comprise entre 0,4 et 0,8 bar par un piston 20 en une matière ayant une consistance cireuse, soumis à l'action d'un ressort 22. Ce ressort est comprimé entre le piston 20 et un épaulement d'une vis 24 de réglage de pression, qui peut être enfoncée plus ou moins à travers le couvercle 26 du réservoir par action sur un bouton moleté 28 afin de régler la pression. Le support 10 est muni d'une pince serrable à l'aide de vis 30, enserrant un bloc de dosage 32 percé d'un alésage dans lequel tourne une vis d'Archimède 34. Dans l'alésage débouche un prolongement du couloir d'alimentation 16, prolongement percé à travers le bloc 32. Sur un prolongement du bloc est fixé, par exemple à l'aide d'une vis de pression 36 (figure 2), un embout 38 muni d'une aiguille alignée avec la vis d'Archimède 34. Dans la plupart des applications courantes, l'aiguille a un diamètre interne compris entre 0,4 et 0,8 mm, tandis que la vis à un diamètre externe compris entre 3 et 4 mm et une profondeur de filet de l'ordre de 500 pm. Les filets sont avantageusement de forme rectangulaire, ou trapézoidale à flancs raides, pour éviter de coincer les micro-billes d'étain-plomb. Pour faciliter l'écoulement de la pâte du filetage vers l'aiguille, le diamètre de la vis d'Archimède ne doit pas être trop élevé comparé au diamètre à l'intérieur de l'aiguille. Pour la même raison, l'embout a une forme intérieure évasée, facilitant l'arrivée de la pâte à l'aiguille. La longueur de l'aiguille est suffisante pour permettre le passage du micro-doseur au-dessus de composants déjà en place. Cependant, il faut éviter une longueur trop élevée qui augmenterait les pertes de charge de façon excessive. Dans la pratique, on utilisera généralement une aiguille ayant une longueur de l'ordre du centimètre. Le support 10 porte également un moto-réducteur 42 relié à la vis par un accouplement de nature telle qu'il tolère un défaut d'aliment du moto-réducteur et de la vis. On peut notamment utiliser un accouplement à soufflet 44. Un tel soufflet à l'avantage supplémentaire d'exercer sur la vis une force axiale de serrage d'un joint torique d'étanchéité 46, placé entre une collerette de la vis et le bloc de dosage 32. Le moto-réducteur 42 a avantageusement une faible inertie et un rapport de réduction élevé, d'environ 100 par exemple. La vitesse de rotation de la vis ne dépasse pas quelques dizaines de tours par minute pour que l'écoulement reste laminaire. Pour qu'il soit possible de régler la quantité de pâte chassée par l'aiguille par simple commande de la durée de rotation du moto-réducteur, il doit exercer un couple très supérieur au couple résistant provoqué par la viscosité de la pâte en écoulement. Dans la variante de réalisation montrée en figure 4, le piston 20 n'est pas soumis à l'action du ressort, mais à la pression d'un gaz comprimé amené par l'intermédiaire d'un tuyau souple 48 et d'un embout 50 s'appliquant de façon étanche sur la paroi du réservoir 14. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux dans le cas d'un micro-doseur monté sur une machine à déplacements et à dépôt de pâte programmés, du fait qu'elle maintient la pâte sous une pression constante en dépit de l'épuisement progressif du réservoir 14. La mise en oeuvre du micro-doseur ressort directement de la description qui précède. Lorsqu'un réservoir 14 est en place sur le micro-doseur, l'ensemble est à approximativement étanche et évite la solidification en place de la pâte. La pression exercée dans le réservoir provoque le gavage de la vis d'Archimède 34 sans provoquer d'écoulement, même sélectif, dans la mesure où la pression reste faible. La quantité de pâte déposée à chaque opération est dosée par durée d'une impulsion appliquée au moto-réducteur 42 par l'intermédiaire d'un connecteur 52. En alimentant le moto-réducteur 42 en permanence pendant qu'on déplace horizontalement le micro-doseur, on peut réaliser une piste conductrice. Dans un mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention, permettant la réalisation d'un réseau complet de plages, la table 12 de déplacements appartient à un ensemble commandé par un programme enregistré. Lorsque le microdoseur doit déposer des points de pâte destinés à former des plots ou plages dont l'épaisseur de l'ordre de grandeur du dixième de millimètre, la table 12 doit amener l'aiguille 40 au-dessus de chaque plage à former et la descendre jusqu'à une distance déterminée de la plaque de réception 54 (figure 3). Le moto-réducteur 42 est alors alimenté pendant une durée déterminée pour déposer une quantité déterminée 56 de pâte sur la plaque 54. La table 12 soulève alors le micro-doseur pour rompre la liaison entre la pâte contenue dans l'aiguille et la quantité déposée, puis amène le micro-doseur au-dessus de l'emplacement de la plage suivante à former.Il est important que la distance d à laquelle s'effectue le dépôt soit ajustée de façon précise, car elle fixe le point de rupture et donc la quantité de pâte déposée. Pratiquement, pour des applications en micro-électronique, la distance d doit être reproductible à environ 50 wm près. On décrira maintenant de façon succincte les étapes principales d'un procédé de montage de composants électroniques mettant en oeuvre le micro-doseur. Une cartographie complète des points à réaliser est tout d'abord mémorisée dans le système de commande de la table 12. Souvent la planéité de la plaque 54 est insuffisante pour permettre de respecter la distance d en amenant simplement l'aiguille 40 toujours au même niveau. Dans ce cas chaque plaque à munir de plages est tout d'abord explorée de façon à relever l'altitude d'une série de points répartis sur la plaque, en nombre suffisant pour qu'on puisse sans erreur excessive affecter à toute une zone de la plaque, autour des points explorés la même altitude qu'à ces derniers. Cette répartition d'altitude est elle aussi mémo- risée et permet à un micro-processeur équipant l'installation d'amener, en chaque emplacement de dépôt, l'aiguille 40 à la hauteur correcte. Une fois que tous les dépôts ont été effectués, la plaque est généralement soumise à un traitement thermique de refusion destiné à homogénéiser les plages et à étaler la pâte, qui se présente finalement sous forme de plots approximativement circulaires dont le diamètre est généralement compris entre 100 zm et 350 pm. Cette refusion peut s'effectuer en phase vapeur, sur tapis chauffant, par irradiation infra-rouge ou par toute autre méthode de chauffage ménage homogène. Enfin, les composants sont mis en place et fixés, généralement par soudage à refusion. On voit que le procédé qui vient d'être décrit permet de moduler les dépôts d'un point à un autre, garantit la reproductibilité, donne beaucoup de souplesse dans la cartographie à réaliser (du fait de la commande par logiciel) et permet de traiter, si nécessaire, une fraction seulement d'une plaque, avant reprise ultérieure. Il s'agit là de caractéristiques qui ne peuvent être obtenues par sérigraphie. L'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemple. Elle est au contraire susceptible de nombreuses variantes. Notamment, comme on l'a indiqué plus haut, le micro-doseur peut être utilisé manuellement. Il peut être utilisé pour appliquer non seulement de la pâte à souder, mais divers produits ayant une viscosité et une tension superficielle acceptables, non susceptibles de se solidifier spontanément dans le micro-doseur. On peut notamment utiliser le microdoseur pour déposer des colles. Il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes ainsi plus généralement qu'à toutes autres restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Micro-doseur permettant de déposer une quantité dosée et faible de pâte à un emplacement déterminé, comprenant un réservoir (14) de pâte et des moyens permettant de refouler la pâte à travers une aiguille (40) de dépôt, caractérisé en ce que les moyens de refoulement comportent un bloc de dosage (32) percé d'un alésage communiquant avec l'aiguille (40) et muni d'un couloir d'alimentation (16) à partir du réservoir qui est équipé de moyens (20,22) de maintien en pression de la pâte et en ce que le microdoseur comporte une vis d'Archimède (34) tournant dans l'alésage et munie de moyens (42) d'entraînement en rotation. 2. Micro-doseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis d'Archimède (34) est à filets rectangulaires. 3. Micro-doseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comprennent un moto-réducteur (42) électrique relié à la vis d'Archimède (34) par un accouplement souple (44). 4. Micro-doseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'accouplement souple est d'un type exerçant sur la vis une pression de serrage d'un joint torique (46) d'étanch#ité. 5. Micro-doseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'accouplement est à soufflet. 6. Micro-doseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement sont constitués par une tige munie d'un bouton d'entraînement manuel en rotation. 7. Micro-doseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de maintien en pression de la pâte sont constitués par un piston (20) soumis à l'action d'un ressort réglable (24) ou d'un gaz comprimé. 8. Procédé de montage en surface de composants micro-électroniques sur une carte de circuits imprimés, mettant en oeuvre un micro-doseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on déplace automatiquement l'aiguille du micro-doseur pour l'amener audessus de chacun des points de dépôt, on le descend jusqu'à ce que l'aiguille soit à une distance déterminée de la carte destinée à recevoir le dépôt, on fait tourner la vis d'un angle déterminé, et on relève l'aiguille avant d'amener le micro-doseur au-dessus de l'emplacement de dépôt suivant. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on détermine l'altitude de la surface de la carte en des points répartis sur la carte et en ce qu'on donne à l'aiguille, pour le dépôt, une altitude corrigée en fonction des variations d'altitude de la surface de la carte.