Brevet FR2750287A1 — publié le 19971226

La présente invention est relative à un procédé de montage, sur une carte de circuit imprimé, d'un composant électronique à semelle métallique percée d'un trou et, plus particulièrement, à un tel procédé de montage d'un boîtier électronique de type TO 126 ou TO 220 par exemple. De tels boîtiers comprennent une semelle métallique percée d'un trou, cette semelle jouant à la fois le rôle de radiateur pour le refroidissement de la puce encapsulée dans le boîtier, et de moyen de fixation du boîtier sur une carte de circuit imprimé recevant un ensemble de composants constituant un circuit électronique. Pour fixer un tel boîtier sur la carte, on utilise classiquement une vis ou un rivet passé dans le trou de la semelle et dans un trou coaxial percé dans la carte, un clip en métal ou en matière plastique, une colle, voire une pâte à souder soumise à refusion. La mise en oeuvre de ces moyens implique soit l'application de contraintes mécaniques susceptibles d'endommager le boîtier (vis, rivet, clip en métal) soit d'assurer la tenue en température du moyen de fixation (clip en matière plastique) soit encore de prévoir une étape de polymérisation (colle) ou de refusion d ' une pâte à souder. Dans tous les cas, la fixation du boîtier par ces moyens classiques implique un élément de fixation et une étape de montage spécifique qui alourdissent le prix de revient de fabrication des circuits incorporant de tels boîtiers. La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de montage, sur une carte de circuit imprimé, d'un composant électronique à semelle métallique percée d'un trou, qui supprime les coûts de montage de ces boîtiers inhérents aux procédés de montage connus. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de montage, sur une carte de circuit imprimé, d'un composant électronique à semelle métallique percée d'au moins un trou, ce procédé étant remarquable en ce qu'on forme un trou métallisé dans la carte, au droit d'un emplacement prédéterminé du trou de la semelle sur cette carte, on installe et on maintient temporairement le composant sur la carte dans une position prédéterminée pour laquelle lesdits trous sont coaxiaux et on fixe le composant sur la carte par injection de brasure dans lesdits trous coaxiaux, lors d'une soudure à la vague d'un ensemble de composants porté par la carte. En intégrant, suivant la présente invention la fixation du composant à semelle percée à l'étape classique de soudure à la vague des autres composants du circuit porté par la carte, on supprime les moyens et l'étape spécifiques de fixation de ces composants sur la carte qui grevaient les prix de revient de fabrication résultant des procédés de fixation classiques de la technique antérieure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une partie d'une carte de circuit imprimé portant un composant sous boîtier à semelle percée, dans une étape initiale du procédé selon l'invention, et - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, qui illustre le montage final du composant obtenu par le procédé selon l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a représenté, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, un composant 1 tel qu'un boîtier du type TO 220 comprenant une semelle métallique 2 percée d'un trou 3 et un surmoulage 4 en matière plastique formé sur la semelle 2 de manière à encapsuler une puce électronique 5, un transistor par exemple. Des broches telles que la broche 6 sortent du surmoulage 4 pour connecter les bornes de la puce 5 à des pistes conductrices telles que la piste 7 portée par une carte de circuit imprimé 8, par l'intermédiaire d'un trou métallisé 9 percé dans la carte 8 sur laquelle est monté le boîtier, trou dans lequel passe l'extrémité libre de la broche. Ces dispositions sont classiques et n'exigent pas une description plus détaillée, tout comme le procédé de soudure à la vague qui permet de raccorder mécaniquement et électriquement la broche 6 au trou métallisé 9, lui-même connecté électriquement à la piste 7. A la figure 1, le boîtier 1 est représenté sur la carte 8 dans la position qu'il occupe dans une phase initiale de mise en oeuvre du procédé de montage suivant l'invention. Préalablement à cette phase, le circuit a été percé classiquement de divers trous, ensuite métallisés, tels que le trou 9. Suivant l'invention, ces étapes de perçage et de métallisation de trous comportent en outre le perçage et la métallisation (à l'étain par exemple) d'un trou 10 en un point déterminé de la carte défini comme devant être aligné coaxialement avec le trou 2 de le semelle du boîtier 1, après mise en place de ce dernier sur l'emplacement prédéterminé de la carte prévue pour le recevoir. Il est clair que le perçage et la métallisation du trou 10 n'implique aucun coût supplémentaire sensible, ce perçage et cette métallisation s'opérant pour ce trou en même temps que pour les autres trous, tels que le trou 9, qui doivent être formés dans la carte. Suivant une disposition dont l'intérêt apparaîtra dans la suite, une couche 11 de métallisation peut s'étendre à partir du trou 10 sur toute la surface de la carte 8 qui est prévue pour recevoir la semelle métallique 2 du boîtier 1, et même au-delà du contour de cette surface, comme représenté en 11' sur la figure 1. La carte 8 est garnie avec le boîtier 1 et les autres composants électroniques nécessaires à la constitution d'un circuit électronique que doit porter cette carte. Certains de ces composants doivent être maintenus sur la carte par des moyens de serrage classiques propres à empêcher tout déplacement du composant par rapport à une position de référence sur la carte, pendant les diverses étapes successives de la fabrication dudit circuit. Suivant l'invention, on utilise un tel moyen de serrage, schématisé par la flèche F1, pour empêcher notamment tout décentrage des trous 3 et 10 l'un par rapport à l'autre. Après garnissage de la carte 8 avec le boîtier 1 et avec les autres composants qui doivent être montés sur cette carte, celle-ci passe classiquement au-dessus d'une vague 14 d'un produit de brasure chauffé pour être à l'état liquide, vague qui vient lécher la face 12 de la carte 8 opposée à celle (13) qui porte les composants. Pour ce faire, la carte est montée sur un chariot (non représenté) entraîné par un convoyeur (non représenté) dans le sens de la flèche F2 de la figure 1, vers le poste de soudure où est formée la vague 14, représentée schématiquement par un trait interrompu à la figure 1. Lors du passage de la vague, la brasure chaude (à 235 par exemple) et liquide s'injecte dans le trou 10 puis dans le trou 3 coaxial au trou 10. En remontant dans les trous 10 et 3, la brasure chaude réchauffe la couche d'étain 11 qui entoure le trou 10, cette couche revenant alors à l'état fluide pour se refroidir ensuite, après le passage de la carte au-dessus de la vague 14, en soudant la semelle 2 au circuit, à leur interface. Cette soudure renforce naturellement la liaison établie entre la carte et le boîtier par la brasure emplissant les trous 3 et 10, comme représenté à la figure 2. Cette liaison est encore renforcée par la formation, au niveau de la partie 11' de la couche d'étain 11 formée autour du trou 10, d'un cordon de soudure 15 s'appuyant sur l'épaisseur de la semelle 2, là ou la partie 11' suit le contour de cette semelle. Bien entendu, on peut faire en sorte que ce cordon suive une plus grande longueur du contour de cette semelle, en faisant déborder la couche 11 sur toute cette longueur de contour. On comprend que le cordon 15 vient du reflux d'une partie de la matière de la couche 11 de métallisation, réchauffée et fluidifiée par la remontée de la brasure chaude de la vague dans les trous 10 et 3. Le passage ultérieur du trou 9 sur la vague 14 assure classiquement la soudure des broches (telles que 6) du boîtier 1 sur le circuit, comme représenté à la figure 2. Il convient évidemment de faire en sorte que la brasure de la vague 14 remonte les trous 10 et 3 sur toute leur hauteur. Pour ce faire, on est conduit à faire remonter la vague 14 plus haut que la position (14') adoptée pour une soudure classique à la vague. En l'absence de toute précaution, la vague pourrait alors déborder sur la face 13 de la carte, la brasure mouillant alors les composants et les pistes conductrices portés par cette face. Il faut évidemment empêcher un tel débordement, ce que l'on obtient en étanchéifiant de manière adéquate les chariots portant la carte sur le convoyeur qui l'entraîne au-dessus de la vague. On pourra aussi allonger le temps de contact entre la crête de la vague 14 et la carte 8, par exemple en réduisant la vitesse du convoyeur par rapport à la vitesse normale, par exemple de 1,5 m/mn à 1 m/mn. Suivant l'invention, le diamètre du trou 10 est choisi supérieur ou égal à celui du trou 3, de manière à éliminer tout étranglement susceptible de gêner la remontée de la brasure jusqu'à l'extrémité du trou 3. Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre le but que l'on s'était fixé, à savoir réduire le prix de revient de fabrication d'une carte de circuit imprimé porteuse d'au moins un composant à semelle percée d'un trou, par suppression de toute étape et de tous moyens spécifiques à la fixation de ce composant sur la carte. La liaison établie par l'invention entre le composant et la carte est en outre particulièrement robuste, cette liaison s'étendant sur toute la surface de l'interface carte/boîtier et même éventuellement autour du contour de la semelle. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'est donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'invention n'est pas limitée à la fixation de boîtiers du type TO 126 ou 220 et s'étend au contraire à tout composant susceptible d'être fixé sur une carte par une semelle métallique percée, tel que par exemple un support de fusible, etc... REVENDICATIONS 1. Procédé de montage, sur une carte de circuit imprimé, d'un composant à semelle métallique percée d'au moins un trou, caractérisé en ce qu'on forme un trou métallisé (10) dans la carte (8), au droit d'un emplacement prédéterminé du trou (3) de la semelle (2) sur ladite carte (8), on installe et on maintient temporairement le composant (1) sur la carte (8) dans une position prédéterminée pour laquelle lesdits trous (3, 10) sont coaxiaux et on fixe le boîtier (1) sur la carte (8) par injection de brasure dans lesdits trous (10, 3) coaxiaux, lors d'une soudure à la vague d'un ensemble de composants portés par la carte (8). 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on métallise la surface (11) de la carte (8) qui reçoit la semelle (2) du composant (1) de manière à souder ladite semelle (2) sur toute cette surface lors de la remontée de la brasure chaude dans lesdits trous coaxiaux (3, 10). 3. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on métallise en outre une partie (11') de la surface de la carte qui déborde du contour de la semelle (2), de manière à former un cordon de soudure (15) au long de ce contour par reflux de la matière de métallisation. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le diamètre du trou métallisé (10) formé dans la carte (8) est au moins égal à celui du trou (3) percé dans la semelle (2) du composant (1). 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on règle la hauteur de la vague et le temps de contact vague/carte pour assurer une remontée de brasure dans la totalité des deux trous coaxiaux (3, 10). 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'on étanchéifie le chariot de support de la carte au-dessus de la vague, de manière à éviter une remontée de brasure sur la face de la carte qui porte le circuit imprime. 7. Carte de circuit imprimé comportant un composant monté suivant le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.