Brevet FR2663496A1 — publié le 19911220

PROCEDE ET MACHINE POUR ASSEMBLER DES COMPOSANTS ET UN SUPPORT A UNE TEMPERATURE DE CONSIGNE La présente invention concerne le domaine technique visant à assurer le montage, sur un support, 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, en phase vapeur, 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 a 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 la détermination, pour chaque zone de traitement, du couple de valeurs température-temps de séjour du support dans la zone de traitement. En effet, il apparaît, par exemple, qu'un arrêt trop limité dans la zone d'assemblage ou qu'une température trop basse par rapport à celle de fusion du matériau d'apport, ne permet pas d'obtenir une fusion de tous les points du matériau d'apport déposés. A contrario, une stagnation trop longue du support dans la zone d'assemblage ou une température trop élevée, entraîne des discontinuités localisées de soudure ou de polymérisation entre des composants et le support. Ces couples de valeurs, dans chacune des zones de traitement, s'avèrent particulièrement difficiles à déterminer et sont définis, en pratique, par des essais successifs. De plus, il doit être considéré que ces couples de valeurs doivent être déterminés pour chaque type de support, en raison des spécificités propres de montage, inhérentes à chaque composant à assembler à un support. Par ailleurs, un autre inconvénient de la technique d'assemblage en phase vapeur apparaît au niveau de la température d'assemblage qui est unique pour chaque liquide utilisé et se trouve définie par le point d'ébullition du liquide. Le changement de liquide est alors nécessaire pour assurer des applications pour lesquelles les températures d'assemblage sont différentes. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un procédé destiné à monter des composants sur un support et permettant de soumettre le support à une température de consigne pour chacune des phases de traitement, de manière à obtenir un assemblage correct de tous les composants avec le support. L'objet de l'invention vise, également, à offrir un procédé, en phase vapeur, permettant d'effectuer l'assemblage à une température comprise dans une gamme, sans imposer le changement de liquide pour chacune des températures d'assemblage. Pour atteindre les buts ci-dessus, le procédé pour assembler des composants et un support, à l'aide d'un matériau d'apport, est du type selon lequel la carte ainsi constituée par le support et les composants est déplacée dans une cuve de traitement par un appareil de prise en charge et de déplacement, pour être soumise à des opérations successives de traitement, à savoir, de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement, effectuées chacune pendant un temps de traitement donné et à une température déterminée par des moyens de régulation.Le procédé selon l'invention consiste : - à détecter la température réelle régnant à proximité de la carte, - à fixer, pour au moins une opération de traitement, une température de consigne, - et à commander le mouvement de l'appareil de prise en charge et de déplacement de la carte, de manière que la température réelle détectée corresponde à la température de consigne. Un autre objet de l'invention est de proposer une machine d'assemblage adaptée pour mettre en oeuvre le procédé d'assemblage selon l'invention. La machine d'assemblage en phase vapeur, des composants et un support, à l'aide d'un matériau d'apport, 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'asemblage surmontée par un serpentin de refroidissement, 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 surmontant la zone d'assemblage, - et un appareil de prise en charge et de déplacement de la carte pour la placer, successivement, dans la zone de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement. Selon l'invention, la machine comporte - un capteur de température positionné à proximité de la carte, - et des moyens de commande reliés au capteur de température et destinés à piloter, en relation de la différence de température existant entre celle mesurée par le capteur et une température de consigne, le mouvement de l'appareil de prise en charge et de déplacement, de manière à positionner la carte dans une zone de la cuve où la température réelle correspond à celle de consigne. 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 selon l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe prise, sensiblement, selon les lignes II-II de la fig. 1. 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 forme 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, délimitée sensiblement par le niveau de 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 refroidissement connu en soi. La cuve de traitement 4 est, également, pourvue 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. La cuve de traitement 4 est équipée d'un appareil 11 de prise en charge et de déplacement de la carte c à l'intérieur de la cuve 4. L'appareil 11 comporte un panier 12 de support de la carte c, guidé en déplacement vertical par des glissières 13 portées par les parois verticales opposées de la cuve 4. Le panier 12 est déplacé verticalement à l'aide d'un câble 14 passant sur une poulie de renvoi 15 et relié à un tambour 16 d'enroulement ou de déroulement du câble. Le tambour 16 est commandé en rotation par l'intermédiaire d'un moteur 17, par exemple du type électrique. Conformément à l'invention, la machine de traitement est équipée d'un capteur de température 19 positionné pour détecter la température régnant à proximité de la carte c. A cet effet, le capteur 19, de tous types connus en soi, peut être placé directement sur le circuit imprimé 1 ou, comme illustré sur les figures, sur le panier 12 de support de la carte c. Le capteur 19 est donc prévu pour déceler la température réelle existant au niveau de la carte et à laquelle le matériau d'apport est soumis. La machine selon l'invention est pourvue aussi de moyens de commande 21 reliés au capteur 19 pour recevoir les valeurs de température détectées. Les moyens de commande 21 sont constitués, par exemple, par un microordinateur ou par un automate programmable. Ces moyens 21 sont munis d'un moyen 22 d'entrée de données, tel qu'un clavier, ainsi que des moyens de visualisation 23 comme, notamment, une imprimante et/ou un écran de visualisation. Les moyens de commande 21 sont destinés à piloter le mouvement de l'appareil 11 de prise en charge et de déplacement de la carte c, de manière à positionner la carte c dans une région de la cuve où la température réelle, détectée par le capteur 19, correspond à une température de consigne introduite par un utilisateur dans les moyens 21.Cette température peut être fixée pour au moins une opération de traitement, telle que celle d'assemblage ou de soudure par exemple. Selon une caractéristique plus avantageuse de l'invention, il peut être prévu de fixer, pour chaque opération de traitement, une température de consigne correspondante, de manière à établir un cycle thermique théorique de traitement. Le fonctionnement de la machine selon l'invention découle directement de la description faite ci-dessus. L'utilisateur introduit dans les moyens 21, pour au moins une et, de préférence, les trois opérations de traitement, à savoir le préchauffage, l'assemblage et le refroidissement, les températures de consigne pour chacune de ces opérations, à respecter pendant un temps donné. Cette courbe de température, en fonction du temps, dépend du type et de la nature des composants à assembler avec la carte. Les moyens de commande 21 pilotent l'appareil de prise en charge et de déplacement 11 pour assurer le positionnement du panier support 12 dans une zone de la cuve où la température réelle, détectée par le capteur 19, correspond à la valeur de consigne. Par conséquent, il peut être obtenu une courbe de température réelle la plus proche possible de la courbe de température de consigne, de sorte à obtenir un assemblage correct de tous les composants avec le support.Un tel résultat peut être obtenu dans la mesure où la température réelle correspond, effectivement, à celle à laquelle le matériau d'apport est soumis. Selon une forme préférée de réalisation, la cuve de traitement 4 comporte au moins un et, de préférence, plusieurs points 25 d'injection d'un liquide secondaire à bas point d'ébullition, situés en dessous et à proximité du serpentin 7 de refroidissement. L'injection de liquide secondaire dans la zone primaire a pour effet de diminuer la température de la vapeur primaire dans la zone d'injection. Cette variation de température est proportionnelle à la quantité de liquide injectée. De plus, les moyens de commande 25 sont prévus aussi pour piloter des moyens de régulation adaptés, non représentés, mais connus en soi, pour assurer la régulation thermique du fluide de refroidissement circulant dans le serpentin 7, en vue de contrôler sa température, notamment entre 20 et 800 C. De ce fait, la température de la vapeur primaire augmente ou diminue lorsque celle du fluide de refroidissement, respectivement, augmente ou diminue, en raison du degré de condensation du fluide secondaire qui tombe dans la zone primaire. L'injection d'un fluide secondaire immédiatement en dessous du serpentin 7 et le pilotage de la température de refroidissement du serpentin 7 permet d'obtenir, dans la cuve, un gradient de températures pouvant s'établir dans une plage de valeurs correspondant à une température de l'ordre de 200 C régnant en haut de la cuve et à la température du point d'ébullition du liquide apparaissant en bas de la cuve. Par ailleurs, le dispositif de commande 25 est conçu, également, pour assuer le contrôle des moyens de chauffage 6 dont la diminution ou l'augmentation de la puissance de chauffage provoque, respectivement, lorsque les autres paramètres restent égaux, la descente ou la montée du niveau de la zone présentant la température maximum à l'intérieur de la cuve. Les moyens de commande 25 pilotent donc l'appareil 11 de prise en charge et de déplacement, de manière à procéder à la descente du panier 12, lorsque la température détectée par le capteur 19 est inférieure à celle de consigne et à la montée du panier 12, lorsque la température détectée est supérieure à celle de consigne.Dans le cas où les variations de températures imposent une amplitude trop grande pour le panier 12, il peut être prévu - d'agir sur la température d'admission du fluide de refroidissement du serpentin 7 pour assurer, respectivement, en augmentant ou en diminuant la température, la montée ou la descente de la zone de consigne, - et/ou augmenter le débit d'injection du liquide secondaire pour assurer la descente de la zone de consigne ou de diminuer, voire arrêter, ce débit pour permettre la montée de la zone de consigne, - et/ou diminuer ou augmenter la puissance de chauffe pour, respectivement, obtenir la descente ou la montée de la zone de consigne. Bien entendu, ces trois actions peuvent être effectuées individuellement ou, de préférence, en combinaison. La machine selon l'invention autorise donc l'exécution d'au moins une et, de préférence, les trois opérations formant le cycle thermique complet permettant l'assemblage de composants avec un support, à des températures réelles les plus proches des valeurs de consigne. De plus, il doit être considéré que, selon l'invention, il peut être envisagé d'utiliser un même liquide à o point d'ébulliton élevé (par exemple supérieur à 215 C), pour assurer l'assemblage de composants à des températures d'assemblage inférieures à ce point d'ébullition. 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 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, est déplacée dans une cuve de traitement (4) par un appareil (11) de prise en charge et de déplacement, pour être soumise à des opérations successives de traitement, à savoir, de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement, effectuées chacune pendant un temps de traitement donné et à une température déterminée par des moyens de régulation, caractérisé en ce qu'il consiste - à détecter la température réelle régnant à proximité de la carte, - à fixer, pour au moins une opération de traitement, une température de consigne, - et à commander le mouvement de l'appareil de prise en charge et de déplacement de la carte, de manière que la température réelle détectée corresponde à la température de consigne. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à commander les moyens de régulation de manière que la température réelle détectée corresponde à la température de consigne. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, pour l'opération d'assemblage, à fixer une température de consigne d'assemblage comprise entre deux valeurs d'un gradient de température créé par les moyens de régulation. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à fixer la température de consigne d'assemblage entre la température de préchauffage et la température d'ébullition d'un liquide. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à fixer, pour chaque opération de traitement, une température correspondante de consigne, de manière à établir un cycle thermique théorique de traitement de la carte. 6 - Machine pour assembler, en phase vapeur, des composants et un support à l'aide d'un matériau d'apport, adaptée pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, 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 une zone d'assemblage (ZA) surmontée par un serpentin de refroidissement (7), 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 (ZR) surmontant la zone d'assemblage, - et un appareil (11) de prise en charge et de déplacement de la carte (c) pour la placer, successivement, dans la zone de préchauffage, d'assemblage et de refroidissement, caractérisée en ce qu'elle comporte :: - un capteur de température (19) positionné à proximité de la carte, - et des moyens de commande (21) reliés au capteur de température (19) et destinés à piloter, en relation de la différence de température existant entre celle mesurée par le capteur (19) et une température de consigne, le mouvement de l'appareil de prise en charge et de déplacement, de manière à positionner la carte dans une zone de la cuve où la température réelle correspond à celle de consigne. 7 - Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de commande (21) assurent le contrôle de la régulation thermique du serpentin de refroidissement (7) et des moyens de chauffage (6). 8 - Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que la cuve de traitement comporte au moins un point d'injection de liquide, situé en dessous du serpentin de refroidissement. 9 - Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le capteur de température (19) est positionné sur le panier (12) de support de la carte. 10 - Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le capteur de température (19) est placé sur la carte (c). 11 - Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de commande (21) comportent un moyen (22) d'entrée des données permettant à un utilisateur d'établir des cycles thermiques théoriques de traitement d'une carte.