Brevet FR2656973A1 — publié le 19910712

PROCEDE ET MACHINE POUR FIXER, EN PHASE VAPEUR, DES COMPOSANTS SUR UN SUPPORT La présente invention concerne le domaine technique visant à assurer Le montage sur un support, en phase vapeur, de composants, au sens général, de type par exemple électronique, électrique, électromécanique ou mécanique, à L'aide d'un matériau d'apport déposé ponctuellement en relation des pattes de fixation des composants. L'invention trouve une application particuLièrement avantageuse dans la technique d'assemblage de composants par polymérisation dans laquelle le matériau d'apport est formé par un polymère ou dans la technique de refusion ou de soudure de composants pour laquelle le matériau d'apport est constitué par un alliage. Selon ces techniques, il est connu, d'une manière habituelle, de mettre en oeuvre une machine de traitement comportant une cuve contenant un liquide, du type fluorocarboné, destiné à être porté à ébullition par des moyens de chauffage, de manière à produire, dans une zone d'assemblage ou de soudure, une vapeur primaire saturée et inerte dont la température est Légèrement supérieure au point de fusion du matériau d'apport. La zone d'assembLage ou de soudure est surmontée ou non par une zone de préchauffage ou de refroidissement dans laquelle règne une vapeur secondaire. La cuve comporte, dans sa partie haute, une ouverture de passage susceptible d'être fermée par un couvercle et destinée à autoriser l'introduction, à l'intérieur de la cuve, du support équipé des composants. Un tel support est pris en charge par un appareil assurant son déplacement et son maintien, successivement dans Les zones de préchauffage, de soudure et de refroidissement. Ainsi, après un maintien du support dans la zone de préchauffage, pendant un temps déterminé, le support est mis en contact avec la vapeur primaire pour obtenir un transfert de la chaleur latente de condensation de la vapeur, vers le support et Les composants associés. Cet apport calorifique élève, rapidement et uniformément, la température du support et des composants, jusqu'à celle de la vapeur primaire entraînant la fusion du matériau d'apport et, par suite, suivant la technique utilisée, le soudage par brasure ou la polymérisation des composants sur le support. Le principal inconvénient de cette technique d'assemblage en phase vapeur réside dans Ladêtermination du temps de maintien du support dans Les zones de traitement. En effet, il apparat, par exemple, qu'un arrêt trop limité dans la zone d'assemblage ne permet pas d'obtenir une fusion de tous Les points du matériau d'apport déposés, tandis qu'une stagnation trop longue dans cette zone entrain des discontinuités localisées de soudure ou de polymérisation entre des composants et le support. Par ailleurs, Les temps de maintien du support, dans la zone de préchauffage et de refroidissement, doivent être déterminés avec précision pour assurer une élévation ou une diminution progressive de La température des composants, tout en n'affectant pas leurs propriétés fonctionnelles.Ces temps de maintien du support dans chacune des zones de traitement s'avèrent particulièrement difficiles à déterminer et sont définis, en pratique, par essais successifs. De plus, il doit être considéré que ces temps de traitement doivent être déterminés pour chaque type de support, en raison des spécificités propres de montage, inhérentes à chaque composant à souder sur un support. L'approximation des temps de traitement conduit, par ailleurs, à une surconsommation de liquide pour assurer la production de vapeur, ce qui représente un inconvénient majeur, puisque le liquide constitue un produit présentant un coût élevé. Dans le même sens, il doit être constaté que Les cuves de traitement actuellement connues imposent l'utilisation de quantités de liquide non négligeables, en raison des pertes de vapeur constatées. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un procédé destiné à monter, en phase vapeur, des composants sur un support et permettant de définir, avec précision et quelle que soit la nature ou le type de support, Le temps de préchauffage, d'assemblage et/ou de refroidissement. L'objet de L'invention vise, également, à offrir un procédé d'assemblage assurant une détermination précise des temps de traitement adaptés pour obtenir un assemblage correct de tous Les composants montés sur le support, tout en permettant d'optimiser la consommation du liquide de production de la vapeur primaire. Pour atteindre Les buts ci-dessus, le procédé d'assemblage~en phase vapeur de composants et d'un support à L'aide d'un matériau d'apport, du type selon lequel la carte, ainsi constituée par Le support et Les composants, est soumise à des opérations successives de traitement, à savoir de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement, présentant chacune un temps déterminé de traitement, consiste - prelablement à l'exécution des opérations de traitement, à procéder au pesage de la carte, de manière à en déterminer la masse, - et à déterminer Les temps de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement, en fonction de la valeur de la masse mesurée. Un autre objet de L'invention est de proposer une machine d'assemblage adaptée pour mettre en oeuvre Le procédé décrit ci-dessus et limiter la consommation de liquide nécessaire à la production de la vapeur primaire. La machine d'assemblage en phase vapeur, de composants et d'un support, à L'aide d'un matériau d'apport, adaptée pour mettre en oeuvre le procédé, est du type comportant - une cuve de traitement contenant, d'une part, un liquide destiné à être porté à ébullition par des moyens de chauffage, de manière à produire, dans une zone d'assemblage, une vapeur primaire dont la température est légèrement supérieure au point de fusion du matériau et, d'autre part, une vapeur secondaire dans une zone de préchauffage ou de refroidissement située au-dessus de la zone d'assemblage, - et un appareil de prise en charge et de déplacement vertical à l'intérieur de la cuve, de la carte constituée par le support et Les composants, pour le placer, successivement, dans la zone de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement. Selon L'invention, La machine d'assemblage comporte : - un poste de pesage apte à déterminer la masse de la carte à souder, - et un dispositif de commande de l'appareil de prise en charge et de déplacement vertical de la carte, assurant le maintien de la carte dans chacune des zones pendant un temps, respectivement de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement, déterminé en relation de la valeur de la masse détectée. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de L'objet de L'invention. La fig. 1 est une coupe en élévation montrant un exemple de réalisation d'une machine de soudure selon L'invention. La fig. 2 est une vue en coupe prise sensiblement selon Les lignes Il-Il de la fig. 1. La fig 3 est un schema-bloc fonctionnel représentant Le procédé selon L'invention. Les fig. 1 et 2 illustrent un exemple de réalisation d'une machine d'assemblage en phase vapeur, permettant de monter, sur un support 1 au sens général, des composants 2, de tous types, en combinaison ou non, tels que électroniques, électriques, mécaniques ou électromécaniques, organisés de manière appropriée pour assumer des fonctions spécifiques en relation de leur application visée. Dans l'exemple décrit ci-dessus, qui vise la technique de refusion en phase vapeur, le support 1 constitue un circuit imprimé destiné à recevoir des composants 2 fixés à L'aide d'un matériau d'apport constitué par un alliage. L'ensemble c, constitué par le circuit imprimé 1 équipé des divers composants 2, est appelé carte dans la suite de la description. La machine comporte un bâti de protection 3 dans lequel est insérée une cuve de traitement 4, fermée à sa partie supérieure par un couvercle 5. La cuve de traitement 4 est équipée, d'une manière classique, de moyens de chauffage 6, tels que, par exemple, des résistances placées au fond de la cuve. Ces résistances 6 sont destinées à porter à ébullition un liquide L du type fluorocarboné, de manière à produire une vapeur primaire saturée et inerte dont la température est légèrement supérieure au point de fusion de l'alliage préalablement déposé sur le circuit 1, en relation des pattes de fixation des composants 2. La vapeur primaire est destinée à régner dans une zone d'assemblage ou de soudure ZA, dé Limitée sensiblement par le niveau du liquide et par un serpentin 7 assurant une condensation de la vapeur primaire.Le serpentin 7, qui est monté à l'intérieur de la cuve 4, est relié à un circuit extérieur de réchauffement connu en soi. La cuve de traitement 4 est, également, équipée de buses 9 d'injection d'une vapeur secondaire, placées à un niveau supérieur par rapport au serpentin 7. La vapeur secondaire est destinée à régner dans une zone de préchauffage ZP ou de refroidissement ZR délimitée, à sa partie haute, par un serpentin 10 assumant une fonction de condensation de La vapeur secondaire. Conformément à L'invention, la machine de traitement comporte un poste de pesage 11 apte à déterminer la masse de la carte c. Le poste de pesage 11, dont la fonction apparaîtra plus clairement dans la suite de la description, comporte un capteur de masse 12, de tous types connus en soi, monté sur un bâti porteur 13 s'étendant en porte-à-faux à partir du bâti de protection 3. Le capteur 12 supporte, par des moyens appropriés non représentés, un plateau de pesage 15 s'étendant sensiblement dans un plan horizontal. Le plateau de pesage 15 est destiné à supporter un panier mobile 16 apte à recevoir le circuit imprimé 1. Le plateau de pesage 15 est positionné en amont d'un tunnel 17 assurant l'introduction de la carte à l'intérieur de la cuve 4 ou le retrait de cette dernière, selon l'épaisseur de la carte. Le tunnel 17 est ménagé dans L'une des parois verticales voisines 3a, 4a du bâti 3 et de la cuve 4. Le tunnel 17 présente donc un plan de passage sensiblement horizontal et assure une communication entre l'extérieur du bâti 3 et la cuve de traitement 4. La section transversale de passage du tunnel 17 est adaptée pour être au moins supérieure à la section transversale de la carte présentant La valeur la plus élevée et correspondant à L'épaisseur proprement dite du circuit imprimé 1 additionné à la hauteur du composant le plus haut s'élevant à partir du circuit. Le tunnel 17 est pourvu d'une voie de guidage traversante 18 assurant L'étabLissement d'une voie continue de guidage pour le panier mobile 16, entre le plateau de pesage 15 et une structure 19 de réception de la carte. Cette structure 19 fait partie d'un appareil 21 de prise en charge et de déplacement vertical de la carte à l'intérieur de la cuve de traitement 4. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig 2, la voie de guidage 18 est constituée, dans l'exemple de réalisation, par deux rails espacés sur lesquels le panier mobile 16 est destiné à glisser, à la suite de son déplacement effectué par l'intermédiaire d'un organe moteur 22, tel qu'un vérin sans tige. Avantageusement, l'élément mobile du vérin 22 est monté solidaire d'un organe de liaison 23 articulé et présentant une partie terminale fourchue 23a, apte à venir s'emboîter sur le bord 16a du panier mobile 16, tel que cela apparaît clairement à la fig. 1. Le vérin 22 est apte à assurer, par l'intermédiaire de L'organe de liaison 23, le déplacement du panier mobile 16 sur la voie de guidage 18, jusqu a la structure de réception 19 de l'appareil 21. La structure de réception 19 est constituée, dans l'exemple illustré, par un cadre profilé aménagé pour assurer une continuité de guidage avec Les rails 18 et pour servir de butée au panier 16, par l'intermédiaire d'un bord d'arrêt 19a.Le cadre 19 est relié, à L'aide d'un câble 26 passant sur une poulie de renvoi 27, à un tambour 28 d'enroulement ou de déroulement du câble, commandé en rotation par l'intermédiaire d'un moteur 29. Le cadre profité 19 est guidé en déplacement vertical par l'intermédiaire de gLissières 30 portées par Les parois verticales opposées de la cuve 4. Il est à noter que, lors de la descente du cadre 19, le panier mobile 16 est entraîné également en déplacement descendant, dans la mesure où L'organe de liaison 23 n'assure plus sa fonction de liaison avec le vérin 22. Par ailleurs, lors de La remontée du cadre 19, le panier mobile 16 vient s'emboîter directement, par son bord 16a, sur la partie terminale 23a de L'organe de Liaison, lorsque le cadre 19 est arrêté dans sa position haute. L'organe de liaison 23 assume, de nouveau, sa fonction de solidarisation avec Le vérin 22, autorisant ainsi le déplacement du panier mobile 16 jusqu'au plateau de pesage 15. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 3, le moteur 29 est commandé, par l'intermédiaire d'un dispositif de commande 31 recevant Les informations du capteur 12. Le dispositif 31 assure Le pilotage du moteur 29 pour, lors d'un cycle de soudage, placer le cadre profilé 19 supportant la carte c à souder, successivement dans la zone de préchauffage Zp, d'assemblage ou de soudure ZA et de refroidissement ZR, pendant des temps respectivement de préchauffage Tp, d'assemblage ou de soudure TA et de refroidissement TR. Conformément à L'invention, la machine de soudure décrite ci-dessus constitue un exemple de réalisation permettant de mettre en oeuvre le procédé de soudure en phase vapeur selon L'invention. Le procédé selon L'invention vise, préalablement à l'exécution des opérations successives de traitement, à savoir de préchauffage, de soudure et de refroidissement, à déterminer la masse M de la carte c, constituée par la somme des masses présentées par le circuit imprimé 1, Les divers composants 2 montés sur le circuit et Les points d'alliage associés aux pattes de fixation des composants. La connaissance de la valeur de la masse de la carte c, par l'intermédiaire du capteur 12, permet de déterminer Les temps de maintien Tp, TA, TR de la carte dans Les zones respectives de préchauffage, de soudure et de refroidissement. Cette commande est assurée par l'intermédiaire d'une table de correspondance stockée, par exemple, dans une mémoire du dispositif de commande 31. La table de correspondance selon L'invention est donnée ci-après en considérant que Les temps Tp, TA, TR sont exprimés en secondes et la masse M en kilogrammes. M Tp TA TR 0 à 0,049 30 15 30 0,05 à 0,099 60 30 60 0,1 à 0,199 120 65 120 0,2 à 0,399 185 95 185 0,4 à 0,599 230 115 230 0,6 à 0,799 260 130 260 0,8 à 0,999 285 145 285 1 à 1,999 530 265 530 2 à 2,999 770 | 385 | 770 3 à 3,999 1 010 | 505 1 010 Il est à noter que, pour des valeurs de masse détectées supérieures à 0,999 kilogramme, le temps d'assemblage TAest égal à 145 secondes augmenté de N fois 120 secondes, N étant égal à l'unité de kilogramme de la valeur de la masse détectée. Soit, pour des valeurs supérieures à 0,999 kg TA = 145 X N x 120 avec N = 1, 2, 3, ... pour des valeurs de masse en kilogrammes comprises, respectivement, entre 1 et 1,999, 2 et 2,999, 3 et 3,999, Pour de telles valeurs de masse supérieures à 0,999 kg, Le temps de préchauffage Tp ou le temps de refroidissement TR est égal, pour des valeurs de masse identiques, au double du temps d'assemblage TA. Le procédé selon L'invention permet de déterminer des temps de préchauffage Tp, de soudure TA et de refroidissement TR adaptés pour obtenir une soudure correcte de tous Les composants montés sur le circuit. Les temps, qui sont déterminés au plus juste pour assurer un tel résultat, permettent d'optimiser la consommation du liquide fluorocarboné utilisé. De plus, il doit être considéré que cette détermination des temps Tp, TA et TR sont valables, quels que soient la nature et le type de carte à souder. Bien entendu, le procédé de soudure selon L'invention peut être mis en oeuvre par une machine d'un autre type que celle décrite ci-dessus, dans laquelle l'introduction de la carte s'effectue frontalement, selon l'épaisseur de la carte. Ainsi, Le procédé selon L'invention, qui consiste essentiellement en la détermination de la masse de la carte avant Les opérations de traitement, pourrait être mis en oeuvre sur une machine classique de soudure dont l'introduction du circuit à souder s'effectue dans la partie haute de la cuve de traitement. Par ailleurs, il doit être considéré que le procédé de L'invention peut être mis en oeuvre, également, dans la technique d'assemblage de composants par poLymérisation en phase vapeur dans laquelle le matériau d'apport est constitué par un polymère. Avantageusement, la machine de traitement selon L'invention comporte une cuve 4 qui est équipée d'une ceinture périphérique 32 de refroidissement, adaptée ou ménagée directement sur Les parois de la cuve 4. Cette ceinture 32 entoure la cuve selon un plan sensiblement horizontal, situé à un niveau compris entre la zone de préchauffage ou de refroidissement et Le plan de passage du tunnel et délimite un canal 33 de circulation d'un fluide de refroidissement libre ou recyclé dans un circuit non représenté. Cette ceinture 32 évite Les remontées de chaleur s'effectuant au niveau des parois de la cuve et à partir du fond de la cuve.Une telle ceinture permet d'obtenir une cuve de traitement refroidie, à sa partie située à un niveau inférieur par rapport au tunnel de passage, ce qui assure une condensation pratiquement complète des vapeurs résiduelles et une Limitation de la consommation de liquide. Dans le même sens, il doit être considéré que la présence d'un tunnel de passage frontal permet de limiter la sortie des vapeurs de la cuve 4. Pour réduire encore de telles pertes de vapeur, il peut être prévu d'équiper le tunnel 17 d'un éLément de fermeture, par exemple du type à guillotine et/ou de moyens de refroidissement. Dans le même sens, la partie haute 4a de la cuve est munie, en relation du couvercle 5, d'un anneau de refroidissement 35 dans lequel circule un fluide de refroidissement recyclé ou libre, de manière que la partie haute de la cuve présente une température basse adaptée pour ne pas risquer de provoquer des brûlures au personnel travaillant sur une telle machine. Un tel anneau 35 peut être incorporé, également, directement dans Le couvercle pour assumer une telle fonction. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Procédé pour assembler, en phase vapeur, des composants (2) et un support (1), à L'aide d'un matériau d'apport, du type selon lequel, la carte (c) ainsi constituée par le support et Les composants (2) est soumise à des opérations successives de traitement, à savoir de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement, présentant chacune, respectivement, un temps déterminé (Tp, TA, TR) de traitement, caractérisé en ce qu'il consiste - prélablement à l'exécution des opérations de traitement, à procéder au pesage de la carte (c), de manière à en déterminer la masse (M), - et à déterminer Les temps de préchauffage (Tp), d'assemblage (tua) et de refroidissement (tu), en fonction de la valeur de la masse mesurée. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - pour des valeurs de masses détectées en kilogrammes comprises entre O et 0,049, 0,05 et 0,099, 0,1 et 0,199, 0,2 et 0,399, 0,4 et 0,599, 0,6 et 0,799, 0,8 et 0,999, le temps d'assemblage (TA) est égal, respectivement, à 15, 30, 65, 95, 115, 130, 145 secondes, - et pour des valeurs de masses supérieures, le temps d'assemblage (TA) est augmenté de N fois 120 secondes, N étant égal à L'unité de kilogramme de la valeur de masse détectée. 3 - Procédé selon Les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que - pour des valeurs de masse détectées en kilogrammes comprises entre O et 0,049, 0,05 et 0,099, 0,1 et 0,199, 0,2 et 0,399, 0,4 et 0,599, 0,6 et 0,799, 0,8 et 0,999, le temps de préchauffage (Tp) est égal, respectivement, à 30, 60, 120, 185, 230, 260, 285 secondes, - et pour des valeurs supérieures de masse, le temps de préchauffage (Tp) est égal au double du temps d'assemblage, pour une valeur identique de masse. 4 - Procédé selon Les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que - pour des valeurs de masse détectées en kilogrammes comprises entre O et 0,049, 0,05 et 0,099, 0,1 et 0,199, 0,2 et 0,399, 0,4 et 0,599, 0,6 et 0,799, 0,8 et 0,999, le temps de refroidissement (TR) est égal, respectivement, à 30, 60, 120, 185, 230, 260, 285 secondes, - et pour des valeurs supérieures de masse, le temps de refroidissement (TR) est égal au double du temps d'assemblage, pour une valeur identique de masse. 5 - Machine pour assembler en phase vapeur, des composants (2) et un support (1) à L'aide d'un matériau d'apport, adaptée pour mettre en oeuvre le procédé selon L'une des revendications 1 à 4, du type comportant - une cuve de traitement (4) contenant, d'une part, un liquide destiné à être porté à ébullition par des moyens de chauffage (6), de manière à produire, dans une zone d'assemblage (ZA)' une vapeur primaire dont la température est légèrement supérieure au point de fusion du matériau et, d'autre part, une vapeur secondaire dans une zone de préchauffage (ZP) ou de refroidissement (ZR) située au-dessus de la zone d'assemblage, - et un appareil (21) de prise en charge et de déplacement vertical à L'intérieur de la cuve de la carte constituée par le support et Les composants, pour le placer, successivement, dans la zone de préchauffage (ZP), d'assemblage (ZA) et de refroidissement (Z caractérisée en ce qu'elle comporte - un poste de pesage (15) apte à déterminer la masse (M) de la carte (c) à souder, - et un dispositif (31) de commande de l'appareil de prise en charge et de déplacement vertical de la carte, assurant le maintien de la carte dans chacune des zones pendant un temps, respectivement de préchauffage (Tp), d'assemblage (TA) et de refroidissement (TR), déterminé en relation de la valeur de la masse (M) détectée. 6 - Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un tunnel (17) de passage de la carte (c), ménagé dans une paroi verticale de la cuve (4), pour assurer l'introduction dans ou le retrait de la cuve, de la carte selon son épaisseur. 7 - Machine selon Les revendications 5 et 6, caractérisée en ce qu'eLLe comporte une ceinture périphérique de refroidissement (32) placée sur la cuve, à un niveau situé entre le tunnel d'introduction (17) et la zone de préchauffage (Zp) ou de refroidissement (Z R). 8 - Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que le poste de pesage (15) comporte - un capteur de masse (12) supportant un plateau de pesage (15) monté en amont du tunnel d'introduction, - un panier mobile (16) monté sur le plateau de pesage (15) et destiné à recevoir la carte (c), - une voie de guidage (18) traversant le tunnel et établissant une voie continue de guidage du panier mobile (16), entre le plateau de pesage (15) et une structure (19) de réception du panier, faisant partie de l'appareil de prise en charge et de déplacement de la carte à l'intérieur de la cuve, - et un organe (22) apte à déplacer le panier mobile, du plateau de pesage à la structure de réception et inversement. 9 - Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que L'organe de déplacement (22) est monté solidaire d'un organe liaison (23) coopérant avec Le panier mobile pour assurer son déplacement dans une direction horizontale et autoriser le déplacement libre descendant du panier. 10 - Machine selon L'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un anneau de refroidissement (35) d'un couvercle (5) de fermeture de la cuve de traitement.