Brevet FR2663807A1 — publié le 19911227

Appareil et système de poinçonnage de circuits imprimés " La présente invention concerne un appareil de poinçonnage de circuits imprimés équipé d'une première partie d'outil comportant une pièce porte-poinçons et un serre-flanc et d'une seconde partie d'outil comportant une matrice, l'appareil étant prévu pour introduire entre le serre-flanc et la matrice une plaque de circuit imprimé à poinçonner, appareil qui comporte un premier moyen commandable pour appliquer une force au porte-poinçon pour le poinçonnement. Des appareils de poinçonnage de circuits imprimés selon le préambule cidessus sont connus de FR-A-2 248 666 et de EP-A-0 075 152 Avec les appareils décrits dans ces documents, le serre-flanc est appliqué sur la pièce à poinçonner au moyen de ressorts liés au porte- poinçon. L'invention se propose d'améliorer la qualité des trous ou orifices réalisés, c'est-à-dire entre autres leur précision géométrique. L'invention a notamment pour but de fournir un appareil capable de concurrencer les appareils de perçage par forets sur le plan de la qualité des trous obtenus (au moins pour les trous de diamètre 0,7 mm et plus), tout en apportant la vitesse très supérieure du procédé par poinçonnage. L'invention est notamment basée sur l'idée que la précision doit dépendre du bon contrôle des forces mises en jeu Par exemple, avec les ressorts de l'art antérieur, la force appliquée au serre-flanc diminue lorsque le porte-poinçons remonte, et les forces mises en jeu sont difficiles à contrôler. Ainsi, l'appareil selon l'invention comporte au moins un deuxième moyen commandable pour appliquer une force au serre-flanc, moyen commandable indépendant de celui qui commande le porte-poinçon. Par le mot "moyen commandable", on entend par exemple un ou plusieurs jeux de vérins hydrauliques, ou bien un moteur électrique, ou un électroaimant, etc, à l'exclusion par contre d'un ressort qui applique une force que l'on ne peut commander c'est-à-dire faire varier à volonté. Ainsi, lors de la remontée des poinçons, le serre-flanc peut être appliqué avec une pression constante En outre, la pression d'application du serre-flanc est ainsi réglable et peut donc être adaptée à chacune des différentes phases opératoires. Pour améliorer encore la précision du travail de coupe, l'appareil est avantageusement muni de moyens pour modifier la force exercée par le deuxième moyen commandable. Ceci permet de parachever les trous en permettant une détente du matériau du circuit imprimé (par diminution de la force exercée par le deuxième moyen commandable), après laquelle on répète un deuxième cycle de descente/remontée des poinçons avec la même configuration sur la même plaque de circuit imprimé. En outre l'appareil est avantageusement muni de troisièmes moyens commandables pour écarter l'un de l'autre le porte-poinçons et le serre-flanc. Ces troisièmes moyens permettent de mieux contrôler les forces en jeu pendant la remontée des poinçons. L'appareil est avantageusement muni de moyens de chauffage de la matrice et du serre-flanc Les poinçons qui pénètrent dans des trous du serreflanc sont donc chauffés par ce dernier Le circuit imprimé pressé entre le serre-flanc et la matrice avant le déclenchement du cycle de poinçonnage est chauffé lui aussi L'avantage du chauffage est de réduire la force nécessaire pour le poinçonnage, et donc d'améliorer la précision (qui décroît lorsque les forces nécessaires sont plus grandes). Dans une forme de réalisation particulière de l'appareil, soit la première partie d'outil, soit la seconde partie d'outil est montée flottante, et l'ensemble du serre-flanc et de la matrice est muni de moyens de positionnement relatif. Cela permet d'utiliser des tolérances moins serrées pour le montage des différents éléments de l'appareil. Avec les machines décrites dans les documents cités plus haut, dont les poinçons sont munis d'une seule arête d'extrémité tranchante, le poinçonnage se fait à simple action, c'est-à-dire qu'un poinçon descend en réalisant un trou, puis remonte sans nouvel effet de coupe. Cela présente l'inconvénient d'exercer une contrainte dissymétrique sur les circuits imprimés, qui nuit à la précision géométrique des bords des trous réalisés. Pour éviter cet inconvénient, les poinçons sont avantageusement munis d'une seconde arête tranchante qui est orientée en sens inverse de celle de la susdite extrémité tranchante et qui est destinée à couper au cours du mouvement de retrait du poinçon Ladite seconde arête tranchante peut être constituée du fait que le poinçon porte une gorge dont un bord constitue cette arête. Il est avantageux que la matrice soit recouverte d'une tôle dont les trous ont été poinçonnés par les poinçons de l'appareil eux mêmes Ainsi les diamètres des trous de la matrice peuvent être plus grands et permettre le passage des poinçons même si le porte-poinçon est monté avec des tolérances dimensionnelles moins serrées, donc avec un prix moindre En outre, la tôle peut être changée périodiquement en cas d'usure, alors que sans elle on devrait réaffûter le bord des trous de la matrice, opération beaucoup plus difficile. Un système de poinçonnage de circuits imprimés est avantageusement constitué de plusieurs appareils selon l'invention, chacun d'eux poinçonnant une configuration de trous différente de celle des autres appareils Ainsi, les dimensions de chaque appareil sont plus petites et la précision est encore améliorée Notamment la dilatation dûe au chauffage de l'outil et de la plaque est limitée. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés décrivant des exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue latérale schématique en coupe d'un appareil selon l'invention Différentes parties-de la coupe peuvent correspondre à des plans différents de l'appareil, ceci afin de montrer le maximum d'éléments sur la même figure. La figure 2 représente en coupe l'extrémité d'un poinçon, selon un premier mode de réalisation. La figure 3 représente en coupe l'extrémité d'un poinçon, selon un second mode de réalisation. La figure 4 est une vue schématique en perspective d'un système de poinçonnage constitué de plusieurs appareils selon l'invention. L'appareil représenté à la figure 1 comporte -un bâti en éléments vissés, soudés ou moulés dont seules deux parties fixes, 13 (en haut), et 14 (en bas), sont représentées très schématiquement. une partie d'outil supérieure qui peut glisser verticalement par rapport aux parties fixes Cette partie d'outil supérieure comporte un support 15 qui est monté par exemple sur de classiques colonnes à billes (non représentées pour ne pas alourdir le dessin) et qui est solidaire du porte-poinçons 8, qui lui même supporte avec glissement vertical le serre-flanc 10 Le porte- poinçons est fait d'une partie inférieure porte-poinçons proprement dite dans laquelle sont placés des poinçons 1 (un seul d'entre eux est représenté), et d'une partie supérieure dite plaque de frappe Le serre- flanc 10 est muni de trous (un seul d'entre eux est représenté) au travers desquels passent les poinçons 1 (un seul d'entre eux est représenté). une partie d'outil inférieure qui est la matrice portée par l'élément de bâti 14 au moyen d'un système à coussin d'air 23 lui laissant suffisamment de liberté pour qu'elle se centre sur un pilotage La matrice 9 est réalisée en deux parties, une partie supérieure qui est la matrice proprement dite et une partie inférieure porte-matrice qui repose sur le coussin d'air Elle est percée de trous 12 (un seul d'entre eux est représenté) pour le passage des poinçons. Bien entendu, la configuration et la forme des orifices à poinçonner est différente pour chaque type de circuit Il existe plusieurs moyens connus pour obtenir une configuration déterminée des poinçons: on peut utiliser un ensemble de poinçons présents à chaque position d'une grille (par exemple au pas de 2,54 mm), en mettant en action seulement les poinçons correspondant à la configuration désirée soit avec des actionneurs (comme décrit par exemple dans: IBM Disclosure Bulletin, Vol 26 N 010 A March 1984), soit au moyen d'une plaque modèle (comme décrit par exemple dans FR-A-2 248 666) On peut aussi, avec un support de poinçons permettant le montage d'un poinçon à chaque position d'une grille, ne monter de poinçons que dans les positions correspondant à la configuration désirée En ce qui concerne le serre-flanc et la matrice, ils comportent de préférence un trou à chaque position d'une grille. Le mouvement de montée/descente du porte-poinçons 8 par rapport à la matrice 9 est commandé par un vérin hydraulique central Pl (constituant lesdits premiers moyens commandables) Le serre-flanc 10 est commandé en descente par des vérins P 2 (constituant les seconds moyens commandables) dont un seul est représenté, qui sont distincts et indépendants du vérin Pl qui commande le porte-poinçons 8 Ceci permet donc d'appliquer des forces indépendantes et parfaitement contrôlées sur le serre-flanc et sur le porte-poinçon. Les vérins P 2 appuient sur des pièces intermédiaires 28 en forme de clou (une seule est représentée) dont la tête appuie sur le support 15, et dont la tige traverse ce support 15 pour venir appuyer sur le porte- poinçons 8 Le serre-flanc 10 est muni de colonnes 29 (une seule est représentée) qui coulissent avec le moins de jeu possible dans le porte- poinçons 8 Ces colonnes débouchent à la partie supérieure du porte- poinçons en face de l'extrémité inférieure des pièces 28 et en fin de compte les vérins P 2 appuient sur le serre-flanc par l'intermédiaire des pièces 28 et 29 Le support 15 et le porte-poinçons 8 descendent en même temps que le serre-flanc, mais ils peuvent aussi, sous l'action du vérin Pi, descendre seuls en comblant le vide existant au départ entre les pièces 8 et 10. Le serre-flanc 10 est en outre lié au porte-poinçons 8 par d'autres colonnes 16 (une seule est représentée) qui coulissent aussi dans le porte-poinçons, et sur lesquelles peut appuyer un ensemble de vérins P 4 (constituant des troisièmes moyens commandables) dont un seul est représenté, pour écarter l'un de l'autre le porte-poinçons et le serreflanc. Comme la matrice est ici portée par un coussin d'air 23 qui lui laisse une liberté dans le sens horizontal, pour que le serre-flanc et la matrice soient néanmoins positionnés avec précision l'un par rapport à l'autre, ils sont munis de moyens de positionnement relatif Ces moyens sont ici des pions à extrémité conique 17 (il y en a deux: un de chaque coté de l'appareil) guidés latéralement du fait qu'ils passent avec aussi peu de jeu que possible dans des trous 27 du porte-poinçons et qui sont destinés à s'engager avec le moins de jeu possible dans des trous 26 de la matrice Le circuit imprimé peut aussi être percé à l'avance de trous de centrage selon la même configuration, et ainsi il est positionné viv-àvis des pièces de l'appareil par les mêmes pions, qui traversent d'abord les trous du circuit imprimé avant de pénétrer dans ceux de la matrice Le pion 17 est actionné en descente par un ensemble de vérins P 6. On pourrait aussi imaginer de monter la partie d'outil supérieure sur un coussin d'air ou autre moyen laissant un jeu latéral, la matrice étant alors fixe Avec la configuration de l'appareil représentée ici à titre d'exemple, cela serait assez complexe étant donné le grand nombre d'éléments mobiles qui constituent la partie d'outil supérieure, mais cela pourrait être valable avec une autre configuration. L'appareil est muni de moyens (non représentés) de chauffage avec régulation en température de la matrice d'une part, et du serre-flanc d'autre part, qui peuvent par exemple être faits de résistances chauffantes électriques incorporées dans chacun de ces éléments, avec des sondes de mesure incorporées qui agissent sur un dispositif électrique connu de régulation de la puissance électrique appliquée aux résistances chauffantes En plus des avantages déja mentionnés pour le chauffage, la régulation permet d'obtenir une température précise et en conséquence, une dilatation reproductible des plaques de circuit imprimé, et donc une meilleure précision. Le cycle de fonctionnement de l'appareil est le suivant: dans une première phase d'amenée du circuit, le vérin central est en position haute symbolisée par P 5, les autres vérins sont inactifs, et l'appareil est dans la position représentée Un circuit imprimé est amené, puis les moyens de manutention de la plaque sont escamotés Dans la phase suivante a lieu la descente des moyens de pilotage, par actionnement des vérins P 6: le pion 7 descend par rapport à l'ensemble porte-poinçons/serre-flanc et dépasse en dessous du serre-flanc Dans la phase suivante, l'ensemble porte-poinçons et serre-flanc descend en bloc sous l'effet des vérins P 2, mais les poinçons ne dépassent toujours pas à l'extérieur du serre-flanc L'outil vient donc en appui sur le circuit imprimé Il entraine le piston du vérin central en refoulant l'huile de la chambre P 5, et simultanément la chambre Pl se remplit sans exercer d'effort sur le piston, ou avec un effort faible (inférieur à l'effort de poinçonnage) Une pression déterminée est alors appliquée et le circuit imprimé Il prend la température du serre-flanc et de la matrice entre lesquels il est serré Ceci prend environ trois secondes Dans la phase suivante a lieu le poinçonnage par action du vérin Pl, les vérins P 2 et P 6 restant en pression Dans la phase suivante a lieu le dévêtissage: la pression tombe dans les vérins Pl et P 2, et une pression est établie dans le vérin P 4, ce qui fait remonter le porte-poinçons, mais pas le serre-flanc. L'appareil est muni de moyens pour modifier la pression sur le serreflanc (en l'occurence diminuer la pression d'huile dans le vérin P 2), qui peuvent être par exemple un automate connu (non représenté), programmé de façon adéquate pour commander les vérins Ceci permet de réaliser une détente du matériau du circuit imprimé, à la suite de quoi un deuxième cycle de poinçonnage et dévêtissage est réalisé avec le même outil et sur la même plaque de circuit imprimé, en conservant la pression diminuée Bien entendu, il convient de maintenir une pression minimale pour éviter que le circuit imprimé ne se déplace. Enfin la remontée de l'outil est réalisée: les pressions dans P 6 et P 4 sont supprimées et une pression est établie dans P 5, ce qui ramène à nouveau l'appareil dans la position représentée sur le dessin, pour l'évacuation du circuit imprimé et l'amenée d'un nouveau. Les diamètres des trous 12 de la matrice sont assez grands pour permettre le passage des poinçons malgré des tolérances larges sur la position du porte-poinçon Il est évident qu'un montage avec des tolérances larges est moins coûteux qu'un montage de haute précision. Pour éviter les inconvénients qui pourraient en résulter du point de vue de la précision géométrique des trous réalisés, la matrice est recouverte d'une tôle 25 dont les trous ont été percés par les poinçons de l'appareil eux mêmes: cette tôle est en acier très dur (par exemple un acier au silicium), et elle est mise en place non percée, après quoi on effectue un cycle de poinçonnage à vide, ce qui a pour effet de percer la tôle 25 avec une grande précision aux endroits voulus Il est clair qu'il y a avantage à ce que la matrice comporte un trou à chaque position d'une grille universelle, les trous inutiles étant bouchés par la tôle La matrice est donc un outil non interchangeable, alors que la tôle est changée à chaque fois qu'il s'agit de poinçonner un nouveau modèle de circuit. L'extrémité du poinçon 1 qui est représentée sur la figure 2 est munie d'une arête d'extrémité tranchante 5 et comporte en outre une gorge 2 dont un bord 3 constitue une seconde arête tranchante qui est orientée en sens inverse de l'arête 5 de la susdite extrémité tranchante et qui est destinée à couper lors du mouvement du poinçon dans le sens indiqué par une flèche 4, c'est-à-dire au cours du mouvement de retrait du poinçon. Selon une variante, l'extrémité du poinçon qui est représentée sur la figure 3 est munie également d'une arête d'extrémité tranchante et comporte en outre deux tronçons 6 et 7 dont les diamètres sont différents, et un bord 3 du tronçon 6 dont le diamètre est le plus grand constitue une seconde arête tranchante qui est orientée en sens inverse de l'arête 5 de la susdite extrémité tranchante et qui est destinée à couper lors du mouvement du poinçon dans le sens indiqué par la flèche 4, c'est-à-dire au cours du mouvement de retrait du poinçon. La force nécessaire pour poinçonner les trous les plus courants dans la technique des circuits imprimés est de l'ordre de 70 décanewton, et comme le nombre de trous d'un "quarto", c'est-à-dire d'une plaque de circuit imprimé d'un seul tenant, peut atteindre plusieurs centaines, cela conduit à des forces extrêmement élevées sur les pièces de l'appareil, de l'ordre de 50 kilonewton par décimètre carré de circuit imprimé, forces qui nuisent à la précision de l'appareil Pour remédier à cet inconvénient, on a prévu un perçage des quartos en plusieurs fois Par exemple on peut traiter des quartos de 508 X 404 mm et d'épaisseur 1,6 mm au moyen de cinq à sept passes successives Si un quarto comporte une grande quantité de petits motifs répétitifs, il peut être traité en plusieurs fois sur le même appareil, en avançant à chaque fois de la valeur d'un ou plusieurs pas de répétition entre motifs. Mais si au contraire la configuration de trous s'étend sans répétitivité sur tout le quarto, on doit s'y prendre autrement Sur la figure 4 est représenté un quarto 11, sur lequel sont indiquées cinq zones A, B, C, D, E: on utilise d'abord un appareil qui ne poinçonne que la partie A; on passe alors dans cet appareil toute une série de quartos à fabriquer, puis on modifie l'appareil (position des poinçons et tôle 25) pour l'adapter au poinçonnage de la partie B, et on repasse une deuxième fois dans l'appareil toute la série de quartos, et ainsi de suite pour les parties C, D, E. Ceci peut convenir pour des petites séries de circuits, mais en pratique, pour obtenir des cadences plus importantes, le système de la figure 4 est de préférence constitué de plusieurs appareils 18 A à 18 E, chacun d'eux étant tel que décrit plus haut, et chacun d'eux poinçonnant une configuration de trous différente de celle des autres l'appareil 18 A poinçonne la partie A du circuit imprimé, l'appareil 18 B poinçonne la partie B, et ainsi de suite. Le système constitué de plusieurs appareils a en outre l'avantage que, dans le cas o deux trous sont trop proches l'un de l'autre pour permettre le montage de deux poinçons voisins sur un même support de poinçons, il est alors possible de réaliser ces deux trous l'un après l'autre dans deux appareils différents (qui alors traitent la même zone). Les quartos peuvent être manutentionnés entre les appareils successifs par n'importe quel dispositif connu, ici par exemple un tapis roulant 22 Dans chaque appareil a lieu la sélection de la tranche à traiter et son centrage. Le système de la figure 4 est muni de moyens pour exercer une pression sur les circuits imprimés après le poinçonnage Il s'agit ici d'une sorte de laminoir constitué de deux rouleaux 20, 21 qui sont pressés l'un contre l'autre par un dispositif à ressort ou par des vérins hydrauliques (qui peuvent être réglés pour appliquer une force déterminée) et entre lesquels est forcé le passage des circuits imprimés. Avec un système selon l'invention, il est possible de produire un quarto toute les dix à vingt secondes, alors qu'il faut environ quatre minutes en perçage par forets, et la qualité obtenue approche celle obtenue par perçage, et est suffisante dans la plupart des cas, pour réaliser des circuits à double face et à trous métallisés. REVENDICATIONS: 1 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés équipé d'une première partie d'outil comportant une pièce porte-poinçons et un serre-flanc et d'une seconde partie d'outil comportant une matrice, l'appareil étant prévu pour introduire entre le serre-flanc et la matrice une plaque de circuit imprimé à poinçonner, appareil qui comporte un premier moyen commandable pour appliquer une force au porte-poinçon pour le poinçonnement, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un deuxième moyen commandable pour appliquer une force au serre-flanc, moyen commandable indépendant de celui qui commande le porte-poinçon. 2 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens pour modifier la force exercée par le deuxième moyen commandable entre deux cycles de descente/remontée successifs des poinçons avec la même configuration et sur une même plaque de circuit imprimé. 3 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est muni de troisièmes moyens commandables pour écarter l'un de l'autre le porte-poinçons et le serre-flanc. 4 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que soit la première partie d'outil, soit la seconde partie d'outil est montée flottante, et l'ensemble du serre-flanc et de la matrice est muni de moyens de positionnement relatif. 5 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens de chauffage de la matrice et/ou du serre-flanc. 6 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont les poinçons sont munis d'une arête d'extrémité tranchante, caractérisé en ce que les poinçons sont munis d'une seconde arête tranchante qui est orientée en sens inverse de celle de la susdite extrémité tranchante et qui est destinée à couper au cours du mouvement de retrait du poinçon. 7 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite seconde arête tranchante est constituée du fait que le poinçon porte une gorge dont un bord constitue cette arête. 8 Appareil de poinçonnage de circuits imprimés selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice est recouverte d'une tôle dont les trous ont été poinçonnés par les poinçons de l'appareil eux mêmes. 9 Système de poinçonnage de circuits imprimés, caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs appareils selon l'une quelconque des revendications précédentes, chacun d'eux poinçonnant une partie d'une plaque de circuit imprimé avec une forme et/ou une configuration de trous différente de celle des autres appareils. Système de poinçonnage de circuits imprimés comportant au moins un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens pour exercer une pression sur les circuits imprimés après le poinçonnage.