Brevet FR2673273A1 — publié le 19920828

L'invention concerne un four continu multifonctions, utile en particulier pour l'industrie électronique ou mécanique. Les industries électroniques et mécaniques ont besoin de fours pour réaliser certaines opérations intervenant dans la fabrication de composants et circuits électroniques ou de composants mécaniques. Parmi ces opérations, on trouve notamment - la polymérisation ou le durcissement de matériaux polymères tels que des matériaux thermoplastiques, des matériaux thermodurcissables et des matériaux élastomères, afin de réaliser des assemblages par collage, par exemple le collage de chips sur des circuits imprimés avant brasage, le collage de puces sur des substrats, et le collage de substrats sur des boîtiers, et le collage de petits ensembles mécaniques ; des protections par enrobage, par exemple, ltencapsulation sous gel d'ensembles électroniques, la protection unitaire de composants ou de circuits, le revêtement protecteur de pièces mécaniques ; ou la cuisson de compositions polymères, par exemple de compositions conductrices, isolantes ou résistives - le brasage pour l'assemblage de composants électroniques sur des supports, par exemple, en matériau céramique tel que l'alumine ou autres, par exemple selon la technique dite du "montage en surface". Ces opérations nécessitent l'emploi de fours présentant un profil thermique particulier adapté à l'opération spécifique à réaliser et devant permettre aussi d'opérer sous atmosphère contrôlée dans le cas d'un brasage. Du fait des profils thermiques très différents requis pour les opérations de polymérisation ou de durcissement et pour les opérations de brasure, il était nécessaire jusqu a présent de disposer de deux fours pour réaliser ces deux types d'opérations, l'un pour les opérations de polymérisation ou durcissement et l'autre pour les opérations de brasure, d'où un coût total important. L'idéal serait donc de disposer d'un four continu multifonctions capable d'effectuer les deux types d'opérations sus-mentionnées et de passer rapidement de l'une à l'autre de ces opérations. La réalisation d'un tel four n'est cependant pas aisée. S'il est relativement facile de faire passer rapidement un four d'une opération de polymérisation ou durcissement à une opération de brasage nécessitant des températures beaucoup plus élevées, l'inverse n'est pas vrai par suite de l'inertie thermique du four qui fait qu'il faut plusieurs heures pour qu'un four ayant servi à une opération de brasage se refroidisse au niveau des températures utilisées pour une opération de polymérisation. Ceci entraîne des pertes de productivité qui sont inacceptables par l'industrie. L'invention vise à apporter une solution à ce problème en fournissant un four continu multifonctions. Plus particulièrement, l'invention concerne un four continu multifonctions qui comprend un moufle ayant une entrée et une sortie, un convoyeur sans fin pour supporter les articles à traiter, qui pénètre dans le moufle à l'entrée de celui-ci et en sort à la sortie, des moyens d'entraînement dudit convoyeur, des moyens de chauffage extérieurs au moufle, prévus au-dessus et en-dessous du moufle et s'étendant sur une portion de la longueur du moufle, des moyens d'isolation thermique prévus le long de la portion chauffée du moufle, des moyens de refroidissement forcé s'étendant sur une autre portion de la longueur du moufle située à la suite de la précédente, des moyens d'introduction d'un ou plusieurs gaz à l'intérieur du moufle, des moyens d'évacuation de ces gaz, et des moyens d'isolement prévus au voisinage de chaque extrémité du moufle formant barrière vis-à-vis de l'atmosphère extérieure, caractérisé en ce que le moufle est un moufle ouvrant en au moins deux parties dont une des parties est mobile par rapport à l'autre de manière que le moufle puisse prendre deux configurations, l'une dans laquelle le moufle a la configuration d'un moufle classique et l'autre dans laquelle l'espace intérieur du moufle communique avec des moyens de ventilation permettant de faire passer un courant d'air de refroidissement dans le moufle. Selon un mode de réalisation préféré, le convoyeur utilisé dans le four de l'invention est du type à chaîne. Avantageusement, également, il est prévu, dans la portion chauffante du moufle, des moyens permettant de refroidir par des jets gazeux orientés vers les composants, par exemple des condensateurs, situés sur la surface inférieure des articles, tels que des cartes de circuits imprimés. La description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés, fera bien comprendre l'invention. Sur les dessins la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un four selon l'invention les figures 2a et 2b sont deux demi-vues schématiques en coupe transversales montrant le four de la figure 1 dans ses deux configurations la figure 3 est un graphique montrant le profil de température pouvant être assuré par un four selon l'invention, pour deux types d'alliages de brasage différents, en fonction du temps de séjour dans le four d'un article à braser placé sur le convoyeur ; et la figure 4 est un graphique montrant le profil de température pouvant être assuré par un four selon l'invention dans le cas d'une opération de polymérisation. Sur la figure 1 est représenté un four selon l'invention. Ce four comprend un moufle métallique ou en matériau céramique, désigné par la référence générale 1, de forme allongée (par exemple d'une longueur d'environ 2,5 mètres) ayant une section transversale sensiblement rectangulaire. Ce moufle est parcouru de gauche à droite, par un convoyeur sans fin, de largeur réglable adaptable à la taille des articles à traiter, du type à chaîne 2 sur lequel sont placés du côté de l'entrée E, les articles à traiter. La figure 2b montre deux positions du convoyeur à chaîne, l'une en trait plein, l'autre en trait discontinu. Les articles traités sont recueillis à la sortie S du four. La vitesse de déplacement du convoyeur 2 est d'environ 50 cm/mn, par exemple. A l'entrée E et à la sortie S du moufle sont prévues des barrières gazeuses 3 isolant le four de l'extérieur. Chacune de ces barrières est formée d'un distributeur 4 envoyant un courant de gaz inerte, tel que de l'azote, dirigé de haut en bas. De part et d'autre du distributeur sont prévus des volets articulés 5 qui canalisent le courant de gaz tout en permettant le passage des articles lorsqu'ils s'en présentent sur le convoyeur. Le moufle comprend une portion de chauffage C et une portion de refroidissement R faisant suite à la précédente. Les moyens de chauffage de la portion C comprennent, de gauche à droite, par exemple, dix éléments de chauffage extérieurs 6 prévus au-dessus et au-dessous du moufle et répartis en cinq groupes successifs (6a-6a', 6b-6b', 6c-6c', 6d-6d' et 6e-6e'). Des isolations thermiques 7 sont prévues autour de la portion de chauffage C. Les éléments 6 sont constitués, de façon classique, de résistances électriques 7a logées dans des gaines de matière céramique 7b. La portion de refroidissement R suit immédiatement la portion de chauffage C. La portion R comprend des moyens de refroidissement rapide par jets gazeux (N2 ou mélange N2 + H2, par exemple) dirigés directement sur l'article, constitués de deux distributeurs de gaz 8 et 9 placés, respectivement, à la partie supérieure et à la partie inférieure du moufle, ainsi qu'un dispositif de refroidissement d'ensemble constitué par une chemise à circulation d'eau 10. Le four comprend, en outre, un premier conduit d'alimentation 11 en gaz inerte, tel que l'azote, alimentant une rampe distributrice 12 s'étendant sur une partie notable de la longueur du premier groupe de chauffage extérieur. Du fait de la longueur de la rampe et du fait que les orifices d'éjection du gaz sont prévus à l'extrémité seulement de la rampe, le gaz est préchauffé avant d'être injecté dans le moufle. Sont prévus également un deuxième et un troisième conduits d'alimentation 13 et 14 d'un mélange de gaz inerte (tel que N2) et d'hydrogène contenant, par exemple, 5% en volume d'hydrogène, qui débouchent, dans le moufle, au niveau de la portion de refroidissement R. Le four de l'invention est muni aussi de deux cheminées 15 permettant d'évacuer les gaz du moufle sans perturbation intempestive. Par ailleurs, un bloc de régulation 16 des éléments de chauffage et un bloc de commande 17 des fluides sont prévus, de façon classique. Selon l'invention, le moufle 1 est constitué d'une partie supérieure la fixe et d'une partie inférieure lb mobile, pouvant prendre deux positions, à savoir une première position dite de fermeture du moufle et une deuxième position dite d'ouverture du moufle, des vérins 18 assurant le déplacement de la partie lb d'une de ces positions à l'autre. Des joints 19 prévus sur les bords de la partie la assurent l'étanchéité du moufle constitué par les parties la et lb lorsque la partie lb est en position de fermeture (représentée en traits mixtes sur la figure 1) du moufle. Lorsque la partie mobile lb est en position d'ouverture (représentée en traits pleins sur la figure 1), l'espace intérieur 20 du moufle est mis en communication avec un conduit 21 de ventilation forcée pouvant être alimentée en air ambiant par un ventilateur 22 et avec un collecteur 23 de l'air de ventilation prévu autour de la chemise 10 évacuant cet air par une hotte 24 prévue au-dessus de ladite chemise. Le four comprend, enfin, comme on le voit sur la figure 2, des rampes horizontales 25 percées d'ouvertures 26 formant buses à leur partie supérieure, qui peuvent être alimentées en air sous pression et sont disposées sous le convoyeur. Le four de l'invention permet d'assurer, dans le cas d'une opération de brasure a) une montée rapide en température homogène de l'assemblage de composants à souder et de leur support. Ceci est effectué par les éléments de chauffage extérieurs 6a-6a', 6b-6b', 6c-6c' et 6d-6d' qui chauffent l'article à traiter par-dessus et par-dessous, la chaleur se transmettant à l'article par convection et rayonnement. Cette montée en température est conduite sous atmosphère inerte protectrice, par exemple par l'introduction d'azote par le moyen du conduit 11. La montée en température se termine par un palier, comme le montre la figure 3, qui se situe un peu au-dessous de la température eutectique du produit de brasure utilisé. Ce palier permet l'élimination des solvants contenus dans le produit de brasure.Par exemple, dans le cas d'un alliage Sn/Pb (60/40) sous forme de pâte, le palier peut se situer vers 1600C. Dans le cas d'un alliage Sn/Pb (95/5) sous forme de pâte, le palier sera plus élevé, par exemple vers 210 C. La pente de la courbe de montée en température peut être ajustée en jouant sur la puissance de chauffe de chacun des quatre premiers groupes d'éléments de chauffage extérieurs 6, par l'intermédiaire du régulateur 16 b) un échauffement rapide sous atmosphère réductrice (N2/H2 ) du produit de brasure jusqu'au "pic de fusion" température supérieure à la température eutectique du produit de brasure) par les éléments de chauffage extérieurs 6e-6e' avec possibilité de contrôler la durée de ce pic en jouant sur la vitesse d'entraînement du convoyeur c) après la fusion, un refroidissement rapide par les jets gazeux émis par les distributeurs 8 et 9 figeant la brasure avec possibilité de régler la vitesse de refroidissement en jouant sur le débit gazeux ; d) enfin, le refroidissement de l'ensemble par la chemise à circulation d'eau 10. La figure 3 montre les profils de température typiques en fonction du temps, dans un four de l'invention, dans le cas de l'emploi comme produits de brasure de pâtes d'alliage Sn/Pb. La courbe 1 correspond à l'alliage Sn/Pb (60/40) et la courbe 2 correspond à l'alliage Sn/Pb 95/5). Une durée typique pour une opération de brasure est de 4 minutes environ. La durée de chaque palier de température est de 70 sec (courbe 1) et 60 sec (courbe 2). La durée de chaque pic de fusion est de 18 sec (courbe 1) et de 12 sec (courbe 2). Chaque pic correspond à des températures de 290-325 C (courbe 2) et 180-220 C (courbe 1). Le four de l'invention peut être employé pour réaliser, par exemple, le brasage de queues de "wrapping", des queues de thermistances, de connecteurs, de boîtiers pour composants hyperfréquence, des connexions sur condensateur chips, et tout report de composants sur un substrat, etc.... Le four de l'invention permet aussi de réaliser des opérations de polymérisation ou durcissement en réglant différemment les éléments de chauffage 6 au moyen du bloc 16, par exemple de façon à obtenir un profil de température du genre de celui illustré par la figure 4. Au cours d'une telle opération, si l'article à traiter porte sur sa face inférieure des composants sensibles à la chaleur, par exemple des condensateurs portés par une plaquette de circuit imprimé, il est possible de refroidir localement ces composants à l'aide de jets d'air émanant des ouvertures 26 des rampes 25. Il est à noter que ces jets d'air ne sont mis en oeuvre que si le besoin s'en fait sentir et que dans le cas d'une opération de polymérisation ou de durcissement. Lorsqu'on veut passer d'une opération de brasage à une opération de polymérisation ou durcissement, il convient de refroidir le four d'une façon substantielle avant de procéder à l'opération de polymérisation ou durcissement. Cela est réalisé en abaissant la partie mobile lb du moufle par les vérins 18 jusqu a sa position dite d'ouverture, puis en mettant en marche le ventilateur 22 de façon à faire passer dans le moufle un courant d'air ambiant de refroidissement qui sort du moufle par la hotte 24. Ce courant d'air forcé refroidit rapidement le four si bien qu'il est possible, en moins de 15 minutes, de refroidir suffisamment le four. Lorsque le refroidissement effectué est suffisant, on arrête la ventilation et on effectue l'opération de polymérisation ou de durcissement en maintenant le moufle dans sa configuration d'ouverture. Lorsqu'on désire, après une opération de polymérisation ou de durcissement, effectuer une opération de brasage, on relève d'abord la partie mobile lb par le moyen des vérins 18 jusqu'à la ramener en position de fermeture, puis on modifie le réglage du bloc de régulation 16 pour obtenir les températures requises pour le brasage, lesquelles sont supérieures à celles utilisées pour une opération de polymérisation ou de durcissement. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un four continu multifonctions qui comprend un moufle (1) ayant une entrée et une sortie, un convoyeur sans fin (2) pour supporter les articles à traiter, qui pénètre dans le moufle à l'entrée de celui-ci et en sort à la sortie, des moyens d'entraînement dudit convoyeur, des moyens de chauffage (6)extérieurs au moufle, prévus audessus et en-dessous du moufle et s'étendant sur une portion de la longueur du moufle, des moyens d'isolation thermique (7) prévus le long de la portion chauffée du moufle, des moyens de refroidissement forcé (8, 9, 10) s'étendant sur une autre portion de la longueur du moufle située à la suite de la précédente, des moyens d'introduction (11 - 14) d'un ou plusieurs gaz à l'intérieur du moufle, des moyens d'évacuation (15) de ces gaz, et des moyens d'isolement (3)prévus au voisinage de chaque extrémité du moufle formant barrière vis-à-vis de l'atmosphère extérieure, caractérisé en ce que le moufle est un moufle ouvrant en au moins deux parties (la, lb) dont une des parties est mobile par rapport à l'autre de manière que le moufle puisse prendre deux configurations, l'une dans laquelle le moufle a la configuration d'un moufle classique et l'autre dans laquelle l'espace intérieur du moufle communique avec des moyens de ventilation (21, 22) permettant de faire passer un courant d'air de refroidissement dans le moufle. 2. Un four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convoyeur utilisé dans le four de l'invention est du type à chaîne, de largeur réglable. 3. Un four selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de refroidir par des jets gazeux convenablement orientés, les composants situés sur la surface inférieure des articles portés par le convoyeur, au cours d'une opération de polymérisation ou de durcissement.