Brevet FR2713878A1 — publié le 19950616

MACHINE POUR ASSEMBLER DES COMPOSANTS SUR UN SUPPORT, EN PHASE VAPEUR, AUTO-STABILISEE THERMIQUEMENT La présente invention concerne le domaine technique visant à assurer, sur un support, le montage de composants au sens général, du 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 une température d'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 délimitée sensiblement entre le niveau du liquide et un serpentin assurant une condensation de la vapeur primaire. Cette 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 à assembler. 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 entrainant 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. A titre d'exemple, la demande de brevet n 90-07 603 décrit une telle machine dont le fonctionnement donne satisfaction en pratique. Toutefois, il est à noter que le liquide secondaire utilisé est généralement du type CFC, visé par la convention de Montréal, dont l'interdiction future est prononcée. Une telle situation à conduit à la mise en oeuvre, plus particulièrement, de deux types de machines fonctionnant soit en simple phase, soit en double phase. Une machine fonctionnant en simple phase ne comporte pas une zone de préchauffage ou de refroidissement constituée par une vapeur secondaire. De plus, le serpentin assurant la condensation de la valeur primaire est supprimé, la condensation de la vapeur primaire étant assurée par une ceinture réfrigérée placée à la partie haute de la cuve. Le préchauffage des pièces est généralement assuré par un rayonnement infrarouge. Cette solution présente des inconvénients, dans la mesure o le refroidissement s'effectue dans une atmosphère ambiante non inerte susceptible de nuire à la qualité métallurgique des soudures réalisées. L'autre type de machine qui fonctionne en double phase vapeur comporte une vapeur secondaire surmontant une vapeur primaire. L'interdiction des CFC conduit à l'emploi d'un liquide secondaire de substitution nécessitant le remplacement du réfrigérant de condensation de la vapeur primaire par de l'huile thermostatée. Si cette technique en double phase permet d'assurer une bonne qualité métallurgique des soudures et de respecter les normes de protection de l'environnement, il doit être constaté que le contrôle de la température de l'huile de refroidissement s'avère particulièrement délicat à mettre en oeuvre. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus, en proposant une machine adaptée pour fonctionner en double phase, tout en respectant les normes de protection de l'environnement et en présentant une facilité pour obtenir une régulation thermique de la température de la vapeur primaire à l'intérieur de la cuve. Pour atteindre cet objectif, la machine selon l'invention, pour assembler en phase vapeur des composants et un support à l'aide d'un matériau d'apport comporte une cuve de traitement équipée, d'une part, de moyens de chauffage adaptés pour porter à ébullition un liquide primaire, de manière à produire, dans une zone d'assemblage surmontée par des moyens de refroidissement, une vapeur primaire dont la température est légèrement supérieure au point de fusion du matériau et, d'autre part, des moyens de production, à partir d'un liquide secondaire, d'une vapeur secondaire dans une zone de préchauffage ou de refroidissement surmontant la zone d'assemblage. Selon l'invention, les moyens de refroidissement de la vapeur primaire sont constitués par un échangeur thermique, entre la vapeur primaire et le liquide secondaire, l'échangeur étant pourvu d'orifices d'évacuation de la vapeur secondaire à l'intérieur de la cuve, de sorte que l'échangeur assure une condensation de la vapeur primaire et une vaporisation du liquide secondaire permettant d'obtenir une autostabilisation thermique à l'intérieur de la cuve. Un autre objectif de l'invention vise à mettre en oeuvre une machine permettant le passage relativement facile d'un fonctionnement en double phase à un fonctionnement en simple phase, et réciproquement. A cet effet, le réservoir est pourvu, d'une part, d'une canalisation de vidange du liquide secondaire muni d'un obturateur commandé et, d'autre part, d'une canalisation de retour à la cuve du liquide primaire muni d'un obturateur commandé, les obturateurs des canalisations de vidange, de trop-plein et de retour de la cuve étant commandés pour permettre le passage d'un mode de fonctionnement dit en double phase, mettant en oeuvre les liquides primaire et secondaire, à un mode de fonctionnement dit en simple phase pour lequel le liquide secondaire est absent, et réciproquement. 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 et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe en élévation montrant, sur les parties gauche et droite, deux exemples de réalisation d'une machine de soudure conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue partielle en perspective montrant des détails caractéristiques de l'invention. La fig. 3 est un schéma hydraulique simplifié permettant d'expliquer une caractéristique de l'invention. La fig. 1 illustre 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 qu'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 par les différents composants 2, est appelé carte dans la suite de la description. La machine comporte un bâti de protection 3 dans lequel est inséré une cuve de traitement 4 fermée à sa partie supérieure par un couvercle 5. La cuve de traitement 4 est pourvue extérieurement d'une enveloppe d'isolation thermique 6. Le fond de la cuve est équipé de moyens de chauffage 7 tels que des résistances électriques. D'une manière classique, les résistances 7 sont destinées à porter à ébullition un liquide I 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 du liquide et par des moyens de refroidissement 8 conformes à l'invention, qui sont décrits plus précisément dans la suite de la description. Les moyens de refroidissement 8 sont constitués par un échangeur thermique 11 entre la vapeur primaire et un liquide secondaire 12 possédant une température d'ébullition inférieure à celle du liquide primaire. L'échangeur thermique 11 est constitué, au moins en partie, par les parois d'un bac, d'une gouttière ou d'un réservoir 13 contenant le liquide secondaire 12. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 1 et 2, le réservoir 13 s'étend à un niveau donné du fond de la cuve 4, sur toute la périphérie de cette dernière. Le réservoir 13 comporte au moins une surface d'échange thermique 11, constituée par la paroi du réservoir placée du côté intérieur de la cuve. Tel qu'illustré à la fig. 2, la surface d'échange thermique peut être accrue par la mise en oeuvre d'ailettes radiantes 112 portées par la paroi du réservoir placée du côté intérieur et, éventuellement, portées également par la paroi opposée du réservoir, placée du côté extérieur de la cuve. Selon une première forme de réalisation illustrée sur la partie droite de la fig. 1, le réservoir 13 présente une paroi interne 11, s'étendant sensiblement dans le prolongement de la paroi interne de la cuve. Selon une deuxième forme de réalisation illustrée sur la partie gauche de la fig. 1, la paroi interne 11, du réservoir dépasse du plan contenant la paroi interne de la cuve. A cet effet, une partie 112 de la paroi de fond du réservoir, dont la fonction apparaîtra dans la suite de la description, s'étend en saillie par rapport à la paroi interne de la cuve. Le réservoir est équipé d'un couvercle 14 et communique avec le volume intérieur de la cuve 4 par l'intermédiaire d'orifices de sortie 15 ménagés dans la paroi interne 11,. Les orifices 15 assurent le passage des vapeurs secondaires provenant de la vaporisation du liquide secondaire 12. Les vapeurs secondaires sont destinée à régner dans une zone de préchauffage ou de refroidissement Zr située au- dessus de la zone d'assemblage Za. Avantageusement, les orifices de sortie 15 présentent une surface totale de passage inférieure à la surface du liquide secondaire contenu dans le réservoir 13, de manière à créer une surpression conduisant à une éjection des vapeurs secondaires et à une distribution des vapeurs même au centre de la cuve. De préférence, le couvercle 14 est aménagé pour récupérer les vapeurs secondaires condensées. Par exemple, le couvercle 14 est pourvu d'un rebord 16 délimitant avec la paroi interne de la cuve, un canal de récupération communiquant avec le réservoir 13 par l'intermédiaire d'ouvertures de passage 17. Dans une forme de réalisation illustrée à la fig. 2, il peut être envisagé de munir la paroi interne 11, d'une gouttière 18 assurant aussi la récupération des vapeurs secondaires condensées. Le réservoir 13 est surmonté par un serpentin 19 de condensation de la vapeur secondaire. D'une manière classique, la cuve 4 est équipée, à sa partie supérieure, d'une ceinture de refroidissement 20 placée au-dessus du serpentin 19, de manière à assurer une condensation pratiquement complète des vapeurs résiduelles et une limitation de la consommation de liquide. La machine décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante. La mise en marche des moyens de chauffage 7 conduit à la vaporisation du liquide primaire L. Une partie de la vapeur primaire vient se condenser sur les surfaces de l'échangeur thermique 11. Les parois du réservoir 13 assurent ainsi le transfert des calories au liquide secondaire, dont la vapeur émise est évacuée dans la zone de préchauffage ou de refroidissement Zr par les orifices de sortie 15. Il est à noter qu'une augmentation du niveau de la vapeur primaire entraîne une augmentation de la surface efficace pour l'échange thermique, ce qui conduit à un accroissement concomitant de l'émission de la vapeur secondaire. L'augmentation de l'émission de la vapeur secondaire permet d'accroître l'épaisseur du matelas de vapeur secondaire, ce qui a pour effet d'abaisser le niveau de la vapeur primaire. L'abaissement de ce niveau a pour effet de diminuer la surface efficace pour l'échange thermique, de sorte que l'émission de la vapeur secondaire décroît. La diminution de l'épaisseur du matelas de la vapeur secondaire entraîne une augmentation du niveau de la vapeur primaire et, par suite, une augmentation de la surface d'échange. Le processus tel que décrit ci-dessus se reproduit jusqu'à une stabilisation thermique. Il s'ensuit que la machine selon l'invention permet d'obtenir une autorégulation ou une autostabilisation thermique à l'intérieur de la cuve. Il doit être compris que la surface d'échange thermique de l'échangeur s'ajuste automatiquement au nombre de calories excédentaires à évacuer et produites par les moyens de chauffage 7. La surface d'échange thermique varie donc entre une valeur nulle prise au niveau du fond du réservoir 13 et une valeur maximale correspondant au niveau pris par le liquide secondaire 12 à l'intérieur du réservoir. Il est à noter que, dans l'exemple de réalisation illustré sur la partie gauche de la fig. 1, la surface d'échange thermique varie entre une valeur maximale correspondant à la hauteur maximale prise par le liquide secondaire à l'intérieur du réservoir 13 et une valeur minimale constante définie par la paroi de fond 112 du réservoir dépassant de la paroi interne de la cuve. D'une manière générale, il doit être considéré que l'échangeur thermique 11 doit présenter une surface d'échange dont les dimensions sont adaptées pour absorber les calories de la vapeur primaire obtenues avec la puissance maximale des moyens de chauffage. A cet égard, il est prévu, en cas de défaillance, la mise en oeuvre d'une sonde de température 22 montée sur le réservoir 13 et reliée à des moyens adaptés pour arrêter le fonctionnement des éléments chauffants 7, lorsque la température de la sonde atteint une valeur correspondant sensiblement à celle d'ébullition de la vapeur primaire. Le niveau de la vapeur primaire dépend de la puissance délivrée par les moyens de chauffage 7 et de la surface d'échange thermique de l'échangeur 11. D'une manière supplémentaire, il peut être prévu d'équiper le réservoir 13 de moyens de refroidissement du liquide secondaire 12. A titre d'exemple, ces moyens de refroidissement peuvent être constitués par un serpentin placé dans le réservoir ou par une enveloppe de refroidissement entourant le réservoir. La machine selon l'invention offre également l'avantage de pouvoir passer facilement d'un fonctionnement double phase à un fonctionnement simple phase. Tel que cela ressort plus précisément de la fig.3, le réservoir 13 est pourvu d'une canalisation 24 d'amenée du liquide secondaire, munie d'un obturateur commandé 25 et reliée à une pompe 26 connectée à une bâche 27 réservée au liquide secondaire 12. La canalisation de sortie de la bâche 27, située en amont de la pompe 26 est équipée d'un obturateur commandé 28. Le réservoir 13 est également pourvu d'une canalisation de trop-plein 30 fixant le niveau maximal du liquide secondaire 12 à l'intérieur du réservoir 13. La canalisation de trop-plein 30 retourne à la bâche 27 et se trouve équipée d'un obturateur commandé 31. Le réservoir 13 comporte une canalisation de vidange 32 retournant à la bâche 27 et munie d'un obturateur commandé 33. Le réservoir 13 est également pourvu d'une canalisation 34 équipée d'un obturateur commandé 35 et assurant une communication entre le réservoir 13 et l'intérieur de la cuve 4. Lors du fonctionnement en double phase, les obturateurs 33, 35 sont fermés, tandis que les obturateurs 25, 28, 31 sont en position d'ouverture, la pompe 26 étant commandée en fonctionnement pour assurer l'amenée du liquide secondaire à l'intérieur du réservoir 13. Lors du passage d'un fonctionnement en double phase vapeur à un fonctionnement simple phase, les éléments chauffants 7 sont arrêtés ainsi que la pompe 26. L'obturateur 33 de la canalisation de vidange est ouvert jusqu'à ce que le liquide secondaire 12, contenu dans le réservoir, vienne à être évacué totalement du réservoir. Les obturateurs 25, 31 et 33 sont fermés et l'obturateur 35 de la canalisation 34 de retour à la cuve est ouvert. Lors du fonctionnement en simple phase, le réservoir 13 récupère les condensats de la vapeur primaire qui sont acheminés par la canalisation 34, à l'intérieur de la cuve 4. Afin de passer d'un fonctionnement simple phase à un fonctionnement double phase, les moyens de chauffage sont arrêtés et l'obturateur 35 est fermé. Les obturateurs 31, 28 et 25 sont ouverts et la pompe 26 est mise en marche pour permettre le remplissage du réservoir 13 par le liquide secondaire. Les moyens de chauffage 7 sont ensuite commandés en mode de fonctionnement. Tel que cela ressort de la description qui précède, la machine selon l'invention permet le passage aisé d'un fonctionnement simple phase vapeur à un fonctionnement double phase vapeur et, réciproquement. Cette machine présente également l'avantage de permettre une purification du liquide primaire. Pour cette opération, la canalisation de vidange 32 doit être pourvue d'une dérivation munie d'un obturateur commandé 36 et aboutissant à une bâche 37 réservée au liquide primaire L. La sortie de la bâche 37 est reliée à la pompe 26 et se trouve équipée d'un obturateur commandé 38. La régénération du liquide primaire consiste, après avoir vidé le réservoir 13 du liquide secondaire, à fermer les obturateurs 25, 31, 35, 28 et à ouvrir les obturateurs 33, 36, 38. Les éléments chauffants 7 sont mis en service jusqu'à ce que la température mesurée au niveau supérieur de la cuve 4 atteigne la température d'ébullition du liquide primaire. Après l'arrêt des moyens de chauffage 7, la cuve 4 peut être nettoyée. Ensuite, les obturateurs 33, 31, 36, 28 sont fermés, tandis que les obturateurs 25, 35, 38 sont ouverts. La pompe 26 est commandée en fonctionnement, de manière à transférer le liquide primaire purifié contenu dans la bâche 37 dans la cuve 4 via le réservoir 13 et la canalisation de retour 34. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, il peut être prévu que le réservoir 13 se trouve surmonté par au moins un point d'injection de liquide 40. Tel que cela apparaît à la fig. 3, le point d'injection 40 est relié à la sortie de la pompe 26. L'injecteur 40 a pour fonction d'injecter de fines gouttelettes d'un liquide froid au niveau de la carte en cours de refroidissement. La carte est ainsi séchée par abaissement du point d'ébullition du liquide condensé sur celle-ci permettant d'obtenir un refroidissement plus rapide. L'évaporation du liquide utilise une grande quantité de chaleur contenue dans la carte. Il est à noter que la quantité de liquide injecté permet de régler la vitesse de refroidissement. Le refroidissement par injection de liquide et son évaporation permettent de réduire le temps de refroidissement et, par suite, d'améliorer la qualité métallurgique des soudures. Cette technique de refroidissement est mise en oeuvre aussi plus particulièrement en mode double phase en alimentant l'injecteur 40 par du liquide secondaire. Pour l'opération de refroidissement, les obturateurs 25, 35, 36, 38 sont fermés tandis que les obturateurs 31, 28 sont ouverts. L'obturateur 33 est ouvert par intermittence, afin de maintenir le liquide secondaire dans le réservoir 13 à un niveau donné. 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 - Machine pour assembler, en phase vapeur, des composants et un support à l'aide d'un matériau d'apport, la machine comportant une cuve de traitement (4) équipée, d'une part, de moyens de chauffage (7) adaptés pour porter à ébullition un liquide primaire (L), de manière à produire, dans une zone d'assemblage (Za) surmontée par des moyens de refroidissement (8), une vapeur primaire dont la température est légèrement supérieure au point de fusion du matériau et, d'autre part, des moyens de production à partir d'un liquide secondaire (12), d'une vapeur secondaire dans une zone de préchauffage ou de refroidissement (Zr) surmontant la zone d'assemblage (Za), caractérisée en ce que les moyens de refroidissement (8) de la vapeur primaire sont constitués par un échangeur thermique (11) entre la vapeur primaire et le liquide secondaire (12), l'échangeur étant pourvu d'orifices d'évacuation (15) de la vapeur secondaire à l'intérieur de la cuve (4), de sorte que l'échangeur assure une condensation de la vapeur primaire et une vaporisation du liquide secondaire permettant d'obtenir une autostabilisation thermique à l'intérieur de la cuve. 2 - Machine selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (11) est constitué, au moins en partie, par les parois d'un réservoir (13) contenant le liquide secondaire (12). 3 - Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le réservoir (13) comporte un fond (112) s'étendant en saillie par rapport à la paroi de la cuve, de manière à constituer une surface définissant un échange thermique constant. 4 - Machine selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le réservoir (13) est pourvu d'une canalisation (24) d'amenée du liquide secondaire (12) dont le niveau, à l'intérieur du réservoir (13), est maintenu à une valeur constante à l'aide d'une canalisation de trop-plein (30) pourvue d'un obturateur commandé (31), la surface d'échange thermique étant susceptible de varier entre le fond du réservoir (13) et le niveau maximal du liquide fixé par la canalisation de trop-plein. - Machine selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que 271;3878 le réservoir (13) présente une surface d'échange thermique dont les dimensions sont adaptées pour absorber les calories de la vapeur primaire obtenues avec la puissance maximale des moyens de chauffage (7). 6 - Machine selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le réservoir (13) est équipé d'un couvercle (14) de récupération des vapeurs secondaires. 7 - Machine selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le réservoir (13) est pourvu d'une gouttière (18) de récupération des vapeurs secondaires s'étendant du côté intérieur de la cuve. 8 - Machine selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que le réservoir (13) est équipé de moyens de refroidissement du liquide secondaire. 9 - Machine selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le réservoir (13) est muni d'une sonde de température (22) reliée à des moyens adaptés pour arrêter le fonctionnement des éléments chauffants (7) du liquide primaire, lorsque la température de la sonde atteint une valeur correspondant sensiblement à celle d'ébullition de la vapeur primaire. - Machine selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le réservoir (13) est pourvu, d'une part, d'une canalisation (32) de vidange du liquide secondaire muni d'un obturateur commandé (33) et, d'autre part, d'une canalisation de retour (34) à la cuve (4) du liquide primaire munie d'un obturateur commandé (35), les obturateurs (33, 31, 35) des canalisations de vidange (32), de trop-plein (30) et de retour à la cuve (34) étant commandés pour permettre le passage d'un mode de fonctionnement dit en double phase, mettant en oeuvre les liquides primaire et secondaire, à un mode de fonctionnement dit en simple phase pour lequel uniquement est utilisé le liquide primaire et, réciproquement. 11 - Machine selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (13) est surmonté par au moins un point d'injection (40) de liquide secondaire. 12 - Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que la canalisation de vidange (32) est pourvue de moyens de dérivation commandés (31, 36) permettant d'assurer le retour du liquide primaire à sa bâche (37), lorsque le 271;3878 liquide primaire est vaporisé dans la cuve et les condensats récupérés par le réservoir (13), afin d'obtenir la régénération du liquide primaire. 13 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices de sortie (15) de la vapeur secondaire présentent une surface totale inférieure à la surface du liquide secondaire pour assurer une surpression et une éjection de la vapeur.