Brevet FR2691090A1 — publié le 19931119

l La présente invention concerne une machine permettant de souder en continu des connexions régulièrement réparties sur les deux bords latéraux de plaquettes portant des circuits électroniques. La présente invention concerne plus particulièrement des plaquettes de céramique portant des circuits hybrides recouverts au moins en partie par une couche de céramique ou de toute autre matière isolante Ces plaquettes sont dotées sur leurs bords latéraux de plages conductrices régulièrement espacées On donne à l'avance à l'extrémité supérieure de chaque connexion une forme de pince qui est fixée mécaniquement à lune des plages conductrices de la plaquette, alors que les extrémités inférieures de ces connexions sont encore liées au bord de la bande métallique dans laquelle celles-ci ont été découpées au pas de 2,54 mm ou 1,27 mm. Il en résulte que lorsque les connexions sont fixées mécaniquement à leurs plaquettes respectives, ces plaquettes sont liées entre elles par la base des connexions pour former un train continu de plaquettes Une telle liaison entre les plaquettes va faciliter la mise en place des plaquettes sur la machine à souder en continu conforme à l'invention. Une telle disposition des plaquettes sur la machine permettra de faire défiler à la même vitesse les parties à souder devant les divers postes de la machine Plus particulièrement, elle permettra d'éviter d'enfoncer verticalement la plaquette dans le bain de soudure En effet, on a constaté qu'une soudure parfaitement fiable ne peut être obtenue qu'en évitant de recourir à un tel processus: lorsque l'on remontre la plaquette du bain de soudure, il arrive qu'une petite gouttelette de soudure se fixe par capillarité sur la connexion et qu'elle rende l'isolement aléatoire. En définitive, la machine à souder en continu selon l'invention est constituée par un banc parcouru longitudinalement par un convoyeur, muni d'un poste de chargement de plaquettes portant déjà les connexions à souder, fixées mécaniquement à leurs sommets aux plages conductrices des plaquettes et reliées entre elles à leur base, un poste de fluxage, un poste de préchauffage et un poste de soudure terminé par un poste de soufflage, caractérisée en ce que les plaquettes munies des connexions à souder sont maintenues durant tout leur trajet dans une position rigoureusement verticale par le convoyeur. Avantageusement, lesdites plaquettes défilent dans la buse du poste de soudage, à vitesse constante, et la ligne des soudures est maintenue à niveau horizontal rigoureusement constant lorsqu'elle défile entre les parois de la partie supérieure de la buse. %, Z 2691090 Dans une forme de réalisation avantageuse, le niveau du métal fondu dans la buse déterminé par l'action de la turbine dotée de son variateur électronique est parfaitement stabilisé par la mise en place à la base de la buse, d'une double grille percée d'ouvertures décalées. De préférence, le degré d'enfoncement de la ligne de soudure dans le métal fondu de la buse résulte d'une part de la hauteur du convoyeur, obtenue par un réglage manuel des chandelles telles que le supportant, et d'autre part par un réglage précis de la vitesse de rotation de la turbine. Avantageusement, la température de préchauffage de la zone de soudure de la plaquette est réglée à la sortie du tunnel à une valeur inférieure de 60 'C à la température du métal fondu dans la buse de soudure. L'invention sera mieux comprise si l'on se reporte à la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple nullement limitatif dans laquelle: la figure 1 décrit la liaison mécanique établie à l'avance entre les connexions à souder et la plage conductrice de la plaquette, la figure 2 montre la formation de trains de plaquettes, la figure 3 représente une vue d'ensemble de la machine faisant l'objet de l'invention, la figure 4 fait ressortir la saisie d'un train de plaquettes par le convoyeur, la figure 5 représente le poste de fluxage, la figure 6 concerne le poste de préchauffage, la figure 7 est une vue en perspective du poste de soudure, la figure 8 est une coupe verticale de la buse du poste de soudure, et la figure 9 représente un poste de coupe programmée du train de plaquettes. En se reportant à la figure 1, on voit une plaquette ( 1) portant sur ses bords latéraux des plages conductrices ( 2), ( 2 '), ( 2 ") Les connexions telles que ( 3) sont liées encore à la plaque métallique conductrice ( 4) ou ( 4 ') dans laquelle elles ont été découpées On donne à l'extrémité supérieure de la connexion ( 3) la forme d'une pince ( 5) qui est placée en contact mécanique avec la plage conductrice ( 2) de la plaquette ( 1) L'objet de l'invention est de rendre parfaitement fiable la soudure que l'on va opérer entre la pince ( 5) de la connexion ( 3) et la plage conductrice ( 2) de la plaquette sans altérer par une action thermique excessive les éléments hybrides incorporés dans la plaquette ( 1). La figure 2 fait apparaître la formation des trains de plaquettes On voit que la plaquette ( 1), dotée des connexions telles que ( 3) ou ( 3 ") fixées mécaniquement à la plaquette ( 1) par l'intermédiaire de pinces telles que ( 5) ou ( 5 '), est solidarisée avec la plaquette suivante ( 6) par l'intermédiaire des bandes restantes ( 4) ou ( 4 ') de la plaque métallique dans laquelle les connexions ( 3 "), ( 3 "'), ( 8 '), ( 8 ") ont été découpées. Ces plaquettes qui portent des connexions sur les deux faces latérales sont souvent désignées sous le nom de "DIL" Sur ces plaquettes, il y a donc deux lignes de connexions, la ligne ( 5, 5 A, 5 B) et la ligne de connexions ( 5 ', 5 ") à souder à la plaquette ( 1) Les plaquettes ne portant des connexions que sur l'une des faces latérales sont désignées sous le nom de "SIL" Les plaquettes réalisées par les différents constructeurs ne portent pas forcément le même nombre de connexions, ce qui fait que la longueur de la plaquette peut varier dans certaines limites. En ce qui concerne la largeur des plaquettes, elle est toujours comprise entre 1/2 pouce et 3 pouces (soit entre 1,25 cm et 7,62 cm). Nous allons décrire ci-dessous la machine destinée plus spécialement au soudage en continu des connexions de DIL La variante destinée aux connexions de SIL sera examinée plus loin. De sorte que la figure 3 présente une vue d'ensemble de la machine à souder automatiquement en continu les connexions des plaquettes du type DIL. Cette machine comprend un convoyeur ( 10) qui traverse la machine dans le sens longitudinal entraînant à vitesse constante des pinces équidistantes grâce à un moteur ( 11) à courant continu doté d'un variateur électronique. Le convoyeur est supporté par un ensemble de chandelles telles que ( 12 ') permettant d'amener par un réglage manuel les pinces à une hauteur appropriée en fonction de la largeur transversale des plaquettes tandis que les chandelles ( 12) assurent le guidage. Les pinces saisissent de façon automatique le train de plaquettes qui leur est présenté à l'entrée de la machine et elles ne relâchent ces plaquettes qu'à la sortie de la machine, après l'opération de soudure Le fonctionnement de ces pinces sera décrit de façon plus précise en référence à la figure 4 Une fois que le train de plaquettes est fixée au convoyeur, il traverse à vitesse constante le poste de fluxage ( 13) A la sortie de ce dernier, les connexions sont soumises à l'action d'un courant d'air destiné à souffler l'excès de flux Toujours entraîné par le convoyeur, le train de plaquettes défile dans une chambre de préchauffage ( 14) dont la température a été réglée de telle sorte que les plaquettes arrivant ensuite au poste de soudage ( 15) ont acquis la température souhaitée pour réaliser la soudure dans les meilleurs conditions Le train de plaquettes pénètre alors dans la buse de métal fondu du poste de soudure ( 15) A la sortie du poste de soudage ( 15), le train de plaquettes peut être soumis à un soufflage d'air chaud s'il s'établit des contacts indésirables pendant la soudure. Le train de plaquettes sort alors de la machine Après ouverture automatique des pinces, il s'évacue par gravité. La figure 4 permet de mieux comprendre la saisie d'un train de plaquettes par les pinces ( 18) du convoyeur. Il faut d'abord noter que pour souder les connexions telles que ( 3 ") ou ( 3 "') à la plaquette ( 1) (figure 2), il faut tremper la ligne de soudure ( 5 ', 5 ", 5 "') dans le métal fondu; il est donc nécessaire de placer en position horizontale le plan défini par les connexions 3, 3 ' et par le reliquat ( 4) de la plaque conductrice dans laquelle on a découpé les connexions, ce qui s'obtient facilement en plaçant ce plan ( 3, 3 ', 4) entre les pinces du convoyeur Les pinces ( 18), ( 18 ') liées au convoyeur sont fixées à des intervalles réguliers sur celui-ci Chacune de ces pinces est prolongée par un bras fixe lié au convoyeur et par un bras mobile rappelé élastiquement contre le bras fixe Le bras mobile glisse sur une rampe parallèle au convoyeur Lorsque le bras mobile atteint lapartie ascendante ( 16) de la rampe, la pince s'ouvre Cette ouverture autorise l'introduction du plan des connexions ( 3, 3 ', 4) de la plaquette ( 1) La pince ( 18) ayant saisi la plaquette ( 1), le bras glissant atteint la rampe descendante ( 17) qui commande la fermeture de la pince ( 18) Une butée ( 19) empêche cependant le bras mobile de basculer vers l'avant et de perturber la fermeture de la pince Enfin, le convoyeur est conçu pour une dépose rapide permettant des interventions de nettoyage ou d'autres réglages. La figure 5 représente le poste de fluxage ( 13) Cet appareil comprend essentiellement une cuve ( 20) contenant le liquide de fluxage surmontée par une buse ( 21) Par ailleurs, au fond de la cuve se trouve un tube poreux ( 22) alimenté en air comprimé par le conduit ( 23) L'air qui s'échappe par les porosités du tube ( 22) entraîne des bulles chargées de flux dans la buse ( 21) et forme une vague mouvante Le train de plaquettes passe à travers ce flux entre les deux parois latérales telles que ( 24) et ( 25) A la sortie du poste de fluxage, une conduite d'air élimine par soufflage l'excès de flux déposé sur les connexions. Sur la figure 5, on a fait figurer la pince ( 18) du convoyeur afin de permettre de mieux comprendre la position du train de plaquettes sur le banc au moment de son entrée dans les différents postes de la machine On voit notamment que toute la zone entourant les points de contact entre les connexions ( 3 "), ( 3 "') et la plaquette ( 1) est soumise à l'action du flux On définit ainsi la partie essentielle à traiter C'est la ligne de soudures ( 5 ', 5 " et 5 "') aux extrémités des connexions ( 3 "), ( 3 "'). La figure 6 présente le poste de préchauffage Il est essentiellement constitué par un tunnel ( 27) formé par un enroulement parcouru par un courant L'intensité de ce courant est telle que le rayonnement réchauffant la plaquette soit compris uniquement dans le spectre de l'infra-rouge. Un régulateur détermine l'intensité de courant nécessaire pour que la plaquette sorte du dispositif de préchauffage à une température bien déterminée de l'ordre de 110 à C Le régulateur est muni d'une alarme interdisant le démarrage du convoyeur tant que la température à la sortie du tunnel n'a pas atteint la valeur prévue. Le tunnel infra-rouge et la chambre 28 qui le contient peuvent être séparés en deux parties pour permettre la dépose du convoyeur ainsi que le nettoyage et éventuellement le remplacement rapide de la résistance infra-rouge. Le tunnel est équipé d'un isolant thermique pris en sandwich entre deux tôles en inox Il va de soi que la position du convoyeur par rapport au tunnel infra-rouge doit tenir compte de la largeur des plaquettes en cours de soudage qui peut aller de 3 pouces à 1/2 pouce ainsi que cela a été indiqué précédemment. La figure 8 est une vue en perspective du poste de soudure ( 15) Il comprend essentiellement une cuve ( 31) en acier inoxydable équipée de résistances électriques maintenant l'étain qui sera utilisé pour la soudure à l'état de fusion à une température parfaitement définie Cette cuve ( 31) est surmontée par une buse ( 30) dont la partie supérieure est coiffée de deux parois latérales ( 32) entre lesquelles circule le train de plaquettes En ( 34) on a représenté une turbine Cette turbine ( 34) est animée en rotation par un moteur doté d'un variateur électronique Les aubes de cette turbine entraînent par impulsions successives le métal fondu dans un conduit ( 33) qui alimente la buse ( 30) Le niveau supérieur de métal fondu atteint dans la buse ( 30) entre les deux parois ( 32) est donc soumis à des variations préjudiciables à l'obtention d'une soudure régulière des plaquettes Si l'on réduit la vitesse de rotation de la turbine, on réduit l'amplitude des impulsions mais cela se fait au détriment du débit de métal fondu et par suite de la hauteur de la vasque Cette difficulté a pu être surmontée par l'introduction dans l'alimentation de la partie supérieure de la buse d'une grille double ( 35) avec des ouvertures ( 36) et ( 36 ') décalées ainsi que le montre la figure 8 représentant une coupe verticale de la buse ( 30). Entre la buse ( 30) et l'extrémité supérieure du conduit ( 33), on interpose la grille ( 35). Enfin, il y a lieu de noter que le métal fondu en excès s'évacue en glissant à l'intérieur d'un canal ( 37) de secteur rectangulaire destiné à limiter l'oxydation de l'étain fondu du bain S'il s'avère que l'oxydation demeure importante, on introduit à la base du canal ( 37) un filtre à scories que l'on purge à des intervalles réguliers Ainsi que nous l'avons mentionné plus haut, le train de plaquettes peut être soumis à un jet d'air chaud à la sortie de la buse ( 30) si l'on constate qu'il tend à s'établir dans les plaquettes des contacts indésirables. Dans le cas o l'utilisateur de la présente machine doit faire face à une commande peu importante, il reprendra les trains de plaquettes à la sortie de la machine et les replacera sur celle-ci après les avoir retournées afin de souder les contacts de l'autre partie des plaquettes Si au contraire, l'utilisateur doit faire face à une commande importante, il mettra en oeuvre un équipement en ligne de deux machines qui permet la soudure des deux côtés d'un ensemble DIL sans intervention manuelle entre les deux machines: à la sortie de la première, on installe un dispositif pourvu d'un automate qui commande la prise de la pièce, son retournement à 1800 et sa mise en position dans la deuxième machine Un seul opérateur peut ainsi s'occuper de la ligne de soudure. La soudure de plaquettes équipées de connexions latérales d'un seul côté (SIL) requiert un autre dispositif d'entraînement par le convoyeur Si l'on veut souder les connexions de plaquettes assemblées en train de plaquettes, on utilisera une roue à picots. Si au contraire on veut souder les connexions de plaquettes séparées, celles-ci seront entraînées en mouvement par le convoyeur sur lequel on a monté des roulettes équipées de bagues de caoutchouc pour ne pas risquer une détérioration des plaquettes On choisira des bagues de caoutchouc résistant à des températures de l'ordre de 150 'C A la sortie de la machine, on ajoutera un poste de découpe programmée ( 37) susceptible de découper à la demande les trains de plaquettes en pièces individuelles séparées si cela s'avère souhaitable Pour effectuer la soudure des connexions, il est nécessaire que les parois ( 32) du poste de soudage soient d'une hauteur supérieure à la longueur des connexions afin de permettre le mouillage de la partie inférieure de la plaquette Le réglage de la turbine ( 34) sera donc plus énergique que celui qui est recherché pour la soudure de plaquettes (DIL). Revendications: 1 Machine permettant de souder en continu des connexions sur des plaquettes ( 1) portant des circuits électroniques, constituée par un banc parcouru longitudinalement par un convoyeur ( 10), munie d'un poste de chargement de plaquettes portant déjà les connexions à souder, fixées mécaniquement à leurs sommets aux plages conductrices ( 2) des plaquettes et reliées entre elles à leur base ( 4), un poste de fluxage ( 13), un poste de préchauffage ( 14) et un poste de soudure ( 15) terminé par un poste de soufflage, caractérisée en ce que les plaquettes munies des connexions à souder sont maintenues durant tout leur trajet dans une position rigoureusement verticale par le convoyeur ( 10). 2. Machine permettant selon la revendication 1 de souder en continu des connexions aux bords latéraux des plaquettes, caractérisée en ce que lesdites plaquettes défilent dans la buse ( 30) du poste de soudage, à vitesse constante, et en ce que la ligne des soudures ( 5 ', 5 ", 5 "') est maintenue à niveau horizontal rigoureusement constant lorsqu'elle défile entre les parois ( 32) de la partie supérieure de la buse ( 30). 3. Machine permettant selon les revendications 1 et 2 de souder en continu des connexions sur les plaquettes, caractérisée en ce que le niveau du métal fondu dans la buse ( 30) déterminé par l'action de la turbine ( 34) dotée de son variateur électronique est parfaitement stabilisé par la mise en place à la base de la buse ( 30), d'une double grille ( 35) percée d'ouvertures décalées ( 36) et ( 36 '). 4. Machine permettant selon la revendication 3 de souder en continu des connexions sur des plaquettes, caractérisée en ce que le degré d'enfoncement de la ligne de soudure ( 5 ', 5 ", 5 "') dans le métal fondu de la buse résulte d'une part de la hauteur du convoyeur, obtenue par un réglage manuel des chandelles telles que ( 12) le supportant, et d'autre part par un réglage précis de la vitesse de rotation de la turbine ( 34). 5. Machine permettant selon la revendication 1 de souder en continu des connexions sur des plaquettes, caractérisée en ce que la température de préchauffage de la zone de soudure de la plaquette est réglée à la sortie du tunnel ( 22) à une valeur inférieure de 60 'C à la température du métal fondu dans la buse de soudure ( 30). 6. Installation permettant selon la revendication 1 de souder en continu des connexions successivement sur les deux bords latéraux des plaquettes (DIL), caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux bancs de soudure relés par un automate qui saisit la pièce à sa sortie du poste de soudure du premier banc, la retourne à 1800 et la met en position sur le deuxième banc de soudure. 7. Machine selon les revendications 1, 3 et 4 utilisée à souder des plaquettes (SIL) qui ne sont dotées de connexions que sur l'un de leurs bords latéraux, caractérisée en ce que le moyen de préhension installé sur le convoyeur est constitué de roulettes équipées de bagues en caoutchouc. 8. Machine selon la revendication 7 destinée à souder les plaquettes (SUL), caractérisée en ce qu'à la sortie de la machine à souder, on dispose un poste de découpe programmée ( 37) susceptible de découper à la demande les trains de plaquettes en pièces individuelles.