Brevet FR2711566A1 — publié le 19950505

Procédé et dispositif de brasage de bandes de contacts sur supports électroniques La présente invention concerne les procédés et machines de brasage à la vague telles que celles utilisées pour le brasage de composants électroniques sur circuits ou pour le préétamage de composants électroniques. Elle concerne plus particulièrement les machines du type cidessus qui, dans une géométrie quelque peu différente, sont utilisées pour le brasage de bandes de contacts (ou peignes, ou "lead-frames") sur supports électroniques tels que circuits hybrides, modules de circuits imprimés, circuits résistifs ou encore affichages à cristaux liquides. Les machines dites "de brasage à la vague" sont le plus souvent utilisées pour le brasage de composants électroniques sur circuits ou pour le préétamage de composants électroniques. Les composants à braser ou à étamer sont amenés en contact, par des moyens de convoyage, avec une ou plusieurs vagues de soudure liquide obtenues par pompage du bain de soudure contenu dans un bac à travers une buse (buse de brasage). Au préalable, dans une zone amont de la machine, les circuits (sur lesquels ont été reportés les composants), ou les composants à étamer, ont généralement été fluxés, de façon principalement à désoxyder les surfaces métalliques pour faciliter leur mouillage ultérieur par la soudure, I'opération de fluxage étant suivie d'une opération dite de préchauffage qui est pratiquée pour activer les flux précédemment dépesés sur le circuit ou les terminaisons des composants, et pour préchauffer les circuits ou les composants avant leur arrivée dans la zone chaude de brasage. L'application d'un tel flux chimique donne lieu généralement à la nécessité pour l'utilisateur de pratiquer en sortie de machine une opération de nettoyage des circuits, souvent à l'aide de solvants chlorés. Pour ce qui est du brasage des bandes de contacts sur support électronique, ces bandes permettront la connexion du support en question sur un autre support. On peut ainsi considérer l'exemple d'un circuit hybride que l'on va insérer grâce à ces contacts dans un circuit imprimé, ou encore un circuit hybride ou imprimé que l'on va pouvoir enficher, grâce à ce peigne, dans un connecteur. On peut encore citer l'exemple de bandes de contacts brasées sur circuit imprimé, permettant, après recourbement en "J" de toutes les branches du peigne, de monter en surface ce circuit sur un autre support. Les branches du peigne seront parfois munies de "picots" faisant office de ressorts de maintien (ou verrouillage) pour éviter que le circuit ne puisse bouger lors de l'opération de brasage du circuit sur un autre support. La bande de contacts est généralement munie, dans sa partie inférieure, d'une rangée de trous permettant son entraînement tout au long de la machine par un système de roues. Ces machines de brasage de bandes de contacts sont couramment ouvertes à l'atmosphère d'air ambiant. Parmi les problèmes couramment rencontrés lors de cette opération de brasage de bandes de contacts on peut citer: - la formation de ponts de soudure (entraînant un possible court-circuit) entre deux contacts, - le bouchage, par de la soudure, des trous servant à entraînement, - le bouchage, par de la soudure, des ressorts de maintien quand ils sont présents sur la bande, - la difficulté de braser, sans créer des ponts, des bandes de contacts où l'espacement entre deux contacts est très faible, application à laquelle on donne le plus souvent le nom de "pas faible" ou "fine-pitch". Dans ce contexte, une opération de soufflage à l'air chaud est très souvent pratiquée sur les circuits sur lesquels a été brasée la bande de contact, à leur sortie du bain de soudure. Une autre difficulté actuellement rencontrée par les utilisateurs de telles machines (mais aussi par les utilisateurs de machines classiques de brasage à la vague de composants sur circuit ou d'étamage à la vague de composants) est liée à la pratique de l'opération de nettoyage après brasage précédemment évoquée, utilisant des solvants chlorés. En effet, dans le cadre du protocole "de Montréal", ces solvants font l'objet d'une réglementation très stricte, voire pour certains, selon les pays, d'une interdiction pure et simple. On a proposé, pour donner une solution à ce problème de nettoyage, d'installer une couverture d'azote, au moins au dessus du bain de soudure mais aussi parfois dans le reste de la machine, ceci en combinaison avec l'utilisation de flux de faible activité laissant un taux de résidus très faible sur les circuits, ce qui permet d'éliminer carrément l'opération de nettoyage ultérieure. L'application de cette solution "couverture d'azote" aux machines de brasage de bandes de contacts s'avère particulièrement délicate, dans la mesure où il faudrait alors effectuer en sortie de vague le soufflage, précédemment évoqué, à l'azote, ce qui constitue une sérieuse perturbation de l'atmosphère dans cette partie de la machine (création de turbulences), source d'entrées d'air, et qui rend difficile le maintien d'une pression partielle d'oxygène très faible dans la machine (en particulier au dessus du bain de soudure). L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif de brasage de bandes de contacts sur support, permettant: - d'éviter la formation de ponts de soudure, y compris dans le cas de bandes "fine-pitch", - d'éviter le bouchage des trous d'entraînement de la bande et le cas échéant des ressorts de maintien, - de permettre la suppression de l'opération de nettoyage après brasage. Pour ce faire, le dispositif de brasage à la vague de bandes de contacts sur supports électroniques, selon l'invention, du genre où l'on fait passer la pièce à braser dans une machine comportant au moins un bac contenant un bain de soudure liquide au sein duquel est implantée une buse de brasage, au travers de laquelle une ou plusieurs vagues de soudure est obtenue par pompage, le brasage s'effectuant par mise en contact de la pièce avec la ou les vagues de soudure, des moyens de convoyage de la pièce à braser d'une zone à l'autre de la machine et le cas échéant un module de fluxage des pièces à braser suivi d'un module de préchauffage de la pièce, se caractérise par le fait qu'il comporte deux guides parallèles entre eux, et parallèles à la direction de convoyage des pièces dans la machine, définissant entre eux un espace intercalaire dans lequel circule la bande de contacts, au moins durant la période où la pièce rencontre la ou les vagues de soudure. La demanderesse a en effet mis en évidence que par la mise en place de guides de structure, hauteur et espacement adéquats, il était possible d'éviter le contact de la soudure avec les trous d'entraînement de la bande, le cas échéant avec les ressorts de maintien quand ils sont présents et de limiter les ponts de soudure. On entend par "guide" selon l'invention, une plaque, élaborée dans un matériau supportant des températures telles que celles couramment pratiquées dans la zone de brasage et résistant bien à l'oxydation pour les cas où la machine va travailler sous air, tel que par exemple l'inox ou encore le titane. L'ensemble des deux guides, parallèles entre eux et parallèles à la direction de convoyage des pièces dans la machine, définissant entre eux un espace "intercalaire", sorte de rail où circulent les pièces, au moins durant le temps où ils entrent en contact avec la soudure. On entend par "pièce à braser" selon l'invention, L'ensemble constitué par le support électronique (circuit hybride, circuit imprimé...) sur lequel on souhaite braser la bande de contacts, L'ensemble se présentant généralement sous une forme où le support électronique a été, en amont de la machine de brasage, inséré mécaniquement dans la bande de contacts, le tout étant prêt à être brasé pour assurer un contact électrique entre la bande et les plots ou terminaisons du support électronique en question mais aussi une tenue mécanique de l'ensemble. Les "moyens de convoyage" de la machine permettent le déplacement des pièces à braser dans la machine, de façon à amener ces pièces en contact avec la ou les vagues de soudure (zone de brasage de la machine). Le cas échéant, ces pièces auront été au préalable, dans une partie amont de la machine, fluxées (zone de fluxage) et préchauffées (zone de préchauffage), avant d'arriver dans la zone de brasage. Comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier, la structure des guides, en particulier leur hauteur et leur espacement (espace intercalaire) devra être déterminé au cas par cas, pour tenir compte en particulier de la morphologie de la bande de contacts à braser (paramètres tels que l'épaisseur de la bande ou encore le fait que le pas entre deux contacts de la bande est très faible ou "fine-pitch"), on étudiera en particulier l'espacement entre les deux guides dans leur partie supérieure dont la valeur influencera de façon déterminante le fait que la soudure ne puisse par pénétrer dans l'espace intercalaire durant le défilement de la pièce au dessus du bain. Ainsi, dans le cas où la bande de contacts à braser comporte des ressorts de maintien, la hauteur des guides et l'espace intercalaire devront avantageusement être calculés pour que les guides puissent englober (inclure) ces ressorts, de façon à ce que ces ressorts ne voient pas la soudure. Selon un des aspects de l'invention, l'ensemble constitué par les deux guides fait partie intégrante de la buse de brasage. Selon les configurations adoptées, les deux guides trempent ou non dans le bain de soudure. Selon un des aspects de l'invention, le dispositif comporte au moins deux déflecteurs placés de part et d'autre de l'ensemble constitué par les deux guides et permettant de rabattre la soudure sur la bande. Ces déflecteurs se présenteront par exemple sous la forme de deux portions métalliques courbes, parallèles aux guides, plongeant dans le bain de soudure, dirigeant du fait de leur courbure, le flux de soudure liquide pompé à travers la partie centrale de la buse, vers les contacts de la bande à braser. Selon une des mises en oeuvre de l'invention, l'espace intercalaire entre les deux guides se situe, au moins au niveau de leur partie supérieure, dans l'intervalle [0.3, 0.5] mm. Selon un des aspects de l'invention, au moins l'un des deux guides pourra présenter sur son bord supérieur et sur une grande partie de sa longueur, un chanfrein, présentant un angle déterminé avec l'horizontale, permettant d'éviter un entraînement de soudure et de ce fait un phénomène de pontage. Comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier, l'atmosphère utilisée dans tout ou partie d'une machine intégrant un dispositif selon l'invention, pourra être choisie, en fonction des spécifications de propreté des cartes (niveau de pollution des cartes admissibles) de l'utilisateur : on utilisera plutôt une atmosphère inerte pour des niveaux de pollution très bas nécessitant l'emploi de flux à très faible extrait sec, alors que l'on pourra utiliser de l'air ou des concentration intermédiaires en oxygène pour des flux d'extrait intermédiaire. Le dispositif selon l'invention permettant dans tous les cas (quelle que soit l'atmosphère choisie) d'éviter l'opération de soufflage en aval du bain. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif se complète par deux déflecteurs de microbilles placés respectivement transversalement à l'entrée et à la sortie du bain de soudure, trempant le cas échéant dans le bain de soudure. Ici encore, ces deux déflecteurs pourront se présenter par exemple sous la forme de deux portions métalliques courbes, placées perpendiculairement au chemin de convoyage des pièces dans la machine, placées respectivement à l'entrée et à la sortie du bain de soudure, leur concavité tournée vers le centre du bain, de façon à renvoyer vers le bain toute projection éventuelle de soudure sous la forme de microbilles, cette partie du dispositif ayant en particulier sa raison d'être dans un cas de fonctionnement de tout ou partie de la machine sous atmosphère inerte. L'invention concerne aussi un procédé convenant pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, caractérisé en ce qu'on établit une atmosphère inerte, au moins dans la zone de brasage de la machine. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une représentation schématique d'une installation intégrant un dispositif de brasage convenant pour la mise en oeuvre de l'invention. - La figure 2 est une coupe transversale schématique du dispositif selon la figure 1, selon l'axe B. - La figure 3 est une vue agrandie de la zone "A" délimitée sur la figure 2. - La figure 4 est une représentation schématique en perspective du dispositif de la figure 1. - La figure 5 est une vue transversale d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, où un des guides présente un chanfrein sur une large portion de sa longueur, et ou les deux guides présentent un autre chanfrein sur leurs bords d'entrée et de sortie. - La figure 6 est une vue agrandie de la zone "A" délimitée sur la figure 5. - Les figures 7, 8, 9 présentent en représentation schématique un ensemble de vues du guide de la figure 5 présentant un chanfrein sur,la majeure partie de sa longueur : vue longitudinale de l'intérieur du guide (figure 7), vue de coté droit agrandie (figure 8) et vue partielle de dessus (figure 9). - La figure 10 est une représentation schématique en perspective d'un dispositif convenant pour la mise en oeuvre de l'invention où sont figurés des déflecteurs de microbilles. On reconnaît sur la figure I une pièce à braser, constituée en l'occurrence d'une plaquette de circuit hybride l (représentation schématique, les composants n'y sont pas figurés) et de la bande de contacts 2 dans laquelle le circuit est enfiché. On reconnaît dans la partie inférieure de la bande la présence d'une rangée de trous 3 servant à l'entraînement de l'ensemble le long de la machine intégrant le dispositif de la figure 1 (le reste de la machine n'est pas représenté). La pièce à braser est représentée à l'entrée des deux guides 4, 5, parallèles entre eux et parallèles à la direction de convoyage des pièces, ces guides étant implantés au sein de la partie centrale de la buse 6 de brasage servant à la formation d'une vague de soudure par pompage du bain au travers de cette buse. Sur l'exemple représenté, les deux guides 4 et 5 sont fixés ensemble par des vis, et l'ensemble des deux guides est maintenu en place dans deux supports 7,8 par deux vis (9, 10) agissant en pression sur les deux guides. On remarque enfin sur cette figure 1 la symbolisation de deux des fixations 11, 12 de la buse 6, fixations dont la partie supérieure dépasse hors du bain, facilitant le démontage de la buse le cas échéant. Les figures 2 et 3 permettent de visualiser, en section, L'espace intercalaire 15 entre les deux guides 4 et 5. On remarque que si cet espace intercalaire peut être de forme quelconque, il doit lorsqu'un ressort de maintien 32 est présent sur chaque contact de la bande 2, préférentiellement comme s'est le cas sur les figures 2 et 3, prendre en compte la place nécessitée par ce ressort de façon à parfaitement l'englober comme schématisé sur la figure 3. De même, il apparaît important que les deux bords supérieurs 16 et 17 des deux guides 4,5 définissent entre eux un espace bien plus faible (rétrécissement de l'espace intercalaire dans sa partie supérieure) de façon à ne prendre que strictement en compte la largeur de la bande 2 traitée, pour éviter toute pénétration de soudure dans l'espace intercalaire 15. On note enfin sur la figure 2, la présence de deux déflecteurs 13, 14, de forme courbe, permettant de rabattre la soudure pompée au travers de la partie centrale de la buse 6 sur les parties exposées 18 des contacts à braser. On retrouve sur la figure 4 les deux déflecteurs 13, 14, placés parallèlement aux deux guides, le coté concave de chacun des déflecteurs étant tourné vers les guides. En 19, est symbolisée la surface du bain de soudure (au repos). Les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation comparable à celui de la figure 1, mais où un (5) des deux guides est muni d'un chanfrein 20, sur la majeure partie de la longueur du guide, limitant au minimum le rebord plat de la partie supérieure 16 du guide 5, et où les deux guides 4 et 5 présentent également un chanfrein sur leurs bords d'entrée et de sortie. Sur l'exemple représenté, le chanfrein 20 se trouve à un angle de 60 par rapport à l'horizontale. On visualise mieux sur la figure 6, où l'on a fait figurer une pièce à braser (1, 2), la forme de l'espace intercalaire 15, qui est calculé de façon à ce que le ressort de maintien 32 soit englobé; il se rétrécit très largement dans sa partie supérieure (espace entre les deux bords supérieurs 16 et 17 des deux guides 4, 5), de façon à éviter que la soudure ne puisse s'introduire dans cet espace. La configuration adoptée pour fixer les guides, telle que celle qui avait été décrite plus haut, doit avantageusement permettre d'inverser l'ensemble des deux guides suivant le sens de défilement de la bande (ressorts à l'avant ou à l'arrière). L'ensemble de vues présentées en figures 7, 8, 9 précise la structure du guide 5 dans l'exemple de réalisation des figures 5 et 6. On y retrouve le fait que le chanfrein 20 est situé à 60 de l'horizontale, on visualise de plus ici le fait qu'en ses deux extrémités 21 et 22, le guide 5 présente sur ses bords d'entrée et de sortie un chanfrein 23, 24 sur une hauteur "h" (c'est aussi le cas pour le guide 4 qui n'est pas représenté sur cet ensemble de figures 7, 8, 9). La figure 10 présente finalement une vue schématique en perspective d'un dispositif convenant pour la mise en oeuvre de l'invention (tel que par exemple ceux illustrés en relation avec la figure 2 ou la figure 5), où de plus sont figurés des déflecteurs de microbilles 25, 26, placés respectivement à l'entrée et à la sortie du bain de soudure, trempant dans ce bain, se présentant sous la forme de deux parties métalliques courbes dont la partie concave 27, 28 est tournée vers les guides. On remarque aussi la représentation du bord 29 du bac 30, contenant le bain de soudure 19, bord sur lequel reposent les déflecteurs 25 et 26, qui trempent avantageusement dans le bain par deux plaques en vis à vis 31. Un dispositif de brasage, tel que celui décrit en relation avec les figures 5 à 10, dont les guides ont été élaborés en titane, a été testé dans une machine de brasage à la vague de bandes de contacts, dont le fluxeur, la zone de préchauffage et la zone de brasage ont été inertées grâce à la mise en place de capotages, permettant d'atteindre des concentrations d'oxygène résiduel d'environ 20 ppm au dessus du bain de soudure, cette concentration subissant une variation négligeable lors de l'entrée et la sortie des pièces. Ce dispositif a permis l'obtention d'excellents résultats de brasage de bandes de contacts sur des circuits hybrides, que le pas entre deux contacts soit classique (2.54 mm) où qu'il s'agisse de "fine-pitch" (à partir de 1.27 mm). Les résultats obtenus ont permis de vérifier l'absence de bouchage (qu'il s'agisse des trous entraînement ou des ressorts de maintien), ainsi que l'absence de ponts de soudure, la qualité des joints obtenus étant améliorée par le fait de fonctionner sous atmosphère protectrice. D'autre part, le fonctionnement de la machine a été vérifié de façon satisfaisante avec des flux de différents types : classique, à base résineuse type RMA ("Rosin Midly Activated"), comme avec des flux de plus faible extrait sec, tel que 4% ou encore 2%, permettant d'atteindre des conditions de non nettoyage ultérieur de cartes, selon les spécificités de chaque utilisateur de la machine. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif de brasage de bandes de contacts (2) sur support s électroniques (1), du genre où l'on fait passer la pièce à braser dans une machine comportant au moins un bac contenant un bain de soudure (19) liquide au sein duquel est implantée une buse (6) de brasage, au travers de laquelle au moins une vague de soudure est obtenue par pompage, le brasage s'effectuant par mise en contact de la pièce avec la vague de soudure, des moyens de convoyage de la pièce à braser d'une zone à l'autre de la machine et, le cas échéant, un module de fluxage des pièces à braser suivi d'un module de préchauffage des pièces, caractérisé en ce qu'il comporte deux guides (4,5) parallèles entre eux, et parallèles à la direction de convoyage des pièces dans la machine, définissant entre eux un espace intercalaire (15) dans lequel circule la bande de contacts, au moins durant la période où la pièce rencontre la ou les vagues de soudure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par les deux guides (4,5) fait partie intégrante de la dite buse de brasage (6). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par les deux guides (4,5) trempe dans le dit bain de soudure (19). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'espace intercalaire (15) se rétrécit au niveau des parties supérieures (16, 17) des deux guides (4,5). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie rétrécie de l'espace intercalaire (15) se situe dans l'intervalle [0.3, 0.5] mm. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que au moins l'un (5) des deux guides présente sur son bord supérieur, et sur la plus grande partie de sa longueur un chanfrein (20) permettant d'éviter un entraînement de soudure. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux déflecteurs (13, 14) placés de part et d'autre de l'ensemble constitué par les deux guides (4,5) et permettant de rabattre la soudure sur la bande (2). 8. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce qu'il se complète par deux déflecteurs (25, 26) de microbilles placés respectivement transversalement à l'entrée et à la sortie du bain de soudure, trempant le cas échéant dans le dit bain de soudure. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que pour le brasage de pièces comportant une bande de contacts (2) pourvue de ressorts de maintien (32), la hauteur des guides (4,5) et l'espace intercalaire (15) sont calculés de façon à ce que les guides englobent la bande de contacts au moins jusqu'aux ressorts compris. 10. Procédé convenant pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on établit une atmosphère inerte, au moins dans la zone de brasage de la machine.