Brevet FR2762532A1 — publié le 19981030

La présente invention concerne le domaine technique du traitement à l'aide d'un liquide de nettoyage de pièces au sens général, et elle vise plus précisément le traitement de pièces formées d'un support sur lequel sont montés des composants 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 relative à l'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. Dans le domaine technique préféré de l'invention, il est connu divers types de machines permettant d'assurer la fixation des composants sur un support par la fusion du matériau d'apport. I1 est ainsi connu d'utiliser une machine de brasage, par exemple, du type à vague, à infrarouge, à convexion forcée ou à phase vapeur. La machine de brasage vise à élever rapidement et uniformément la température du support et des composants jusqu'à une température légèrement supérieure au point de fusion du matériau d'apport permettant d'obtenir, le soudage par brasure ou la polymérisation du matériau d'apport. D'une manière classique, les pièces sortant de la machine de brasage sont soumises à un refroidissement et subissent ensuite une opération de nettoyage permettant d'éliminer notamment des flux de soudure, des résidus ioniques ou des graisses de fabrication et de manutention. Une telle machine de nettoyage comporte un ou plusieurs bains dans le ou lesquels les pièces sont immergées afin d'assurer l'opération de nettoyage. Pour mener à bien cette opération de nettoyage, il doit être considéré que le temps d'immersion des pièces dans le bain de nettoyage est relativement long, afin d'assurer un nettoyage efficace tout en ne détériorant pas le support et/ou les composants. Compte tenu de la durée relativement longue de l'opération de nettoyage, il s'avère en pratique très difficile d'intégrer la machine de nettoyage dans une ligne continue de fabrication de pièces. De plus, un bain de nettoyage est en général équipé d'un transducteur ultrasonique, afin d'assurer la création de microbulles assurant un nettoyage mécanique de la pièce. Toutefois, il doit être considéré que certains composants sont sensibles aux ondes ultrasonores et que certaines applications n'acceptent pas l'usage des ultrasons, de sorte que l'absence de transducteur ultrasonique dans le bain de nettoyage réduit l'efficacité du traitement. L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients énoncés cidessus en proposant un procédé de traitement pour des pièces de toute nature et en particulier brasées, adapté pour assurer le nettoyage efficace des pièces tout en présentant une durée de nettoyage limitée. Pour atteindre un tel objectif, le procédé selon l'invention vise à assurer le traitement d'une pièce à l'aide d'une opération de nettoyage. Selon l'invention, le procédé consiste: - à mettre la pièce à une température déterminée de nettoyage dont la valeur est supérieure au point d'ébullition du liquide de nettoyage et inférieure au point de dégradation thermique le plus faible de la pièce, - et lorsque la pièce est à la température de nettoyage, à l'immerger dans un liquide de nettoyage. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'assurer un nettoyage de pièces chaudes dans un liquide de nettoyage en vue d'obtenir leur nettoyage rapide et efficace. L'objet de l'invention vise à assurer le traitement de pièces formées, de préférence, d'un support sur lequel des composants sont fixés, par fusion d'un matériau d'apport. Dans cette forme préférée de réalisation, le procédé consiste à mettre la pièce à une température déterminée de nettoyage dont la valeur est supérieure au point d'ébullition du liquide de nettoyage et inférieure au point de fusion du matériau d'apport. L'objet de l'invention vise également à proposer une installation de traitement d'une pièce formée d'un support sur lequel des composants sont fixés par fusion d'un matériau d'apport, l'installation comportant: - une unité d'assemblage des composants'sur le support, par fusion du matériau d'apport, - et une unité de nettoyage de la pièce comportant au moins une cuve contenant un liquide de nettoyage. Selon l'invention, I'installation comporte des moyens pour placer la pièce à une température de nettoyage supérieure au point d'ébullition du liquide de nettoyage et inférieure au point de fusion du matériau d'apport, pour permettre l'immersion de la pièce dans le liquide de nettoyage, à sa température de nettoyage. L'objet de l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre dans le domaine de l'assemblage en phase vapeur, des composants sur un support. Cette technique connue par exemple par le brevet FR 2 656 913, décrit une machine de traitement en phase vapeur comportant une cuve contenant un liquide du type fluorocarboné destiné à être porté à 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 surmontée, dans le cas d'une machine dite double phase, par une zone de préchauffage ou de refroidissement dans laquelle règne une vapeur secondaire provenant de la vaporisation d'un liquide secondaire. Lors de l'utilisation d'une machine simple phase vapeur, c'est-à-dire dépourvue de la vapeur secondaire, il apparaît nécessaire de rincer le support après l'opération de brasage, afin d'éviter une contamination du bac de nettoyage. De plus, l'opération de nettoyage nécessite la mise en oeuvre d'un liquide de rinçage des pièces. L'objet de l'invention vise également à offrir un procédé et une installation conçus, en cas de mise en oeuvre d'une machine de brasage à phase vapeur, pour assurer un rinçage efficace des pièces après les opérations de brasage et de nettoyage tout en limitant le nombre des liquides utilisés. L'objet de l'invention vise à proposer une installation de traitement comportant une unité d'assemblage en phase vapeur, dite double phase, mettant en oeuvre une vapeur secondaire placée au-dessus du fluide primaire pour assurer une fonction de rinçage et de confinement du liquide primaire, mais également au-dessus du bain de liquide de nettoyage pour assurer son confinement et le rinçage de la pièce. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous 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 vue schématique d'une installation complète de traitement conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation d'une partie d'une installation de traitement conforme à l'invention. La fig. 3 est une autre variante de réalisation d'une partie d'une l'installation de traitement conforme à l'invention. La fig. 1 illustre un exemple de réalisation d'une installation 1 conforme à l'invention permettant d'assurer le traitement d'une pièce 2 au sens général, par son immersion dans un liquide de nettoyage. Dans l'exemple préféré de réalisation décrit ci-après, la pièce 2 est formée d'un support 3 équipé de composants 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 illustré, l'installation 1 comporte une unité Pa assurant l'assemblage des composants sur le support 3 par fusion d'un matériau d'apport déposé ponctuellement en relation des pattes de fixation des composants. De manière classique, le matériau d'apport est formé par un polymère, ou par un alliage. Par exemple, le support 3 constitue un circuit imprimé qui équipé de ses divers composants, constitue une carte ou pièce 2. L'unité d'assemblage P, peut être formée par toute machine assurant le montage de composants sur un support, par fusion d'un matériau d'apport. Par exemple, l'unité d'assemblage P, peut être un four infrarouge, un four à convexion forcée, une machine dite d'assemblage à la vague, une machine de refusion en phase vapeur, à simple ou double phase. L'installation de traitement 1 selon l'invention comporte également une unité de nettoyage P1 assurant un nettoyage de la pièce 2 à la suite de l'opération d'assemblage. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, l'unité de nettoyage P, comporte au moins une cuve 5 contenant un liquide de nettoyage 6 chauffé par des résistances chauffantes 7 conduisant à la formation d'une vapeur secondaire 8 entre le niveau du liquide et un serpentin 9 de condensation de la vapeur du liquide de nettoyage. De façon classique, la cuve de nettoyage 5 comporte un couvercle 10 autorisant une pièce 2 amenée par des moyens de transfert Pal, à être prise en charge par un moyen de manutention Il représenté schématiquement. Le moyen de manutention 11 permet le déplacement vertical de la pièce 2 à l'intérieur de la cuve 5 tout en assurant en fin de cycle de nettoyage, la sortie de la pièce et sa prise en charge par un moyen de transfert P,. Bien entendu, l'unité de nettoyage P, peut comporter plusieurs bains, tels qu'un bain de nettoyage suivi d'un bain de rinçage. A titre d'exemple, le liquide de nettoyage est une composition à base d'hydrofluoroétha. Conformément à l'invention, l'installation 1 comporte des moyens M adaptés pour placer les pièces 2 à une température de nettoyage T, supérieure au point d'ébullition du liquide de nettoyage 6 de façon à créer lors de l'immersion des pièces à cette température, des bulles assurant, par effet mécanique, l'enlèvement des salissures ou des résidus. La température de nettoyage Test inférieure au point de dégradation thermique le plus faible de la pièce pour éviter son endommagement. En d'autres termes, chaque pièce devant être nettoyée, est composée de un ou plusieurs composants ou éléments pour le ou lesquels, il est connu le point de dégradation thermique respectif. La température de nettoyage est choisie pour être inférieure à la plus faible valeur des points de dégradation thermique présentés pour les composants ou éléments constitutifs de la pièce 2. Bien entendu, la température de nettoyage Te est inférieure au point d'inflammabilité du liquide de nettoyage. Par ailleurs, il doit être considéré que la température de nettoyage T, des pièces est inférieure au point de fusion du matériau d'apport. n doit être considéré que la pièce 2 qui sort de la machine d'assemblage P. ne subit pas, contrairement aux techniques classiques, une opération de refroidissement. ll doit être considéré que l'objet de l'invention vise à utiliser la température prise par la pièce 2 lors de son opération d'assemblage, de manière que la pièce possède la température souhaitée T, de nettoyage lors de son immersion dans le bain de liquide de nettoyage 6. Il ressort ainsi que le procédé de l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre sur les installations existantes en désactivant les moyens de refroidissement équipant généralement les machines d'assemblage P. et en acheminant directement les pièces à l'unité de nettoyage. Les moyens M pour placer les pièces 2 à une température de nettoyage Te sont assurés avantageusement par des moyens a de transfert direct ou de manutention des pièces 2, de la machine d'assemblage P. à la machine de nettoyage P,. Les moyens de transfert sont ainsi adaptés pour permettre le déplacement des pièces 2 de la machine d'assemblage P,jusqu'à la machine de nettoyage P", de façon que lors de l'immersion des pièces dans le bain de nettoyage, les pièces 2 possèdent la température souhaitée de nettoyage Te. Bien entendu, si les conditions de températures présentées par la pièce 2 au terme de l'opération d'assemblage, combinées aux moyens de transfert P,., ne permettent pas à la pièce d'atteindre naturellement sa température de nettoyage Te, il peut être prévu d'élever sa température par tous moyens appropriés, de manière qu'elle présente sa température de nettoyage Te lors de son immersion dans le bain. Avantageusement, la température de nettoyage T, est supérieure au point d'ébullition du liquide de nettoyage 6 de préférence, d'au moins 20 C. Cet écart permet d'obtenir, lors de l'immersion de la pièce 2 dans le bain de nettoyage, la formation de bulles assurant un nettoyage mécanique de la pièce. Cette ébullition est d'autant plus marquée que l'écart entre la température de la pièce et la température d'ébullition du liquide est importante. Selon une autre caractéristique préférée de réalisation, la température de nettoyage T, de la pièce présente une valeur inférieure au point de fusion du matériau d'apport, avec un écart suffisant pour garantir la solidification du matériau d'apport. Pour garantir la polymérisation ou la soudure réalisée, il peut être envisagé une température de nettoyage Te présentant une valeur, de préférence, inférieure de 5 à 10 C au point de fusion du matériau d'apport. Autrement dit, il doit être recherché une température de nettoyage aussi proche que possible du point de fusion du matériau d'apport tout en garantissant la solidité de la soudure ou de la polymérisation, de manière à assurer un nettoyage à chaud efficace de la pièce. Le nettoyage à chaud de la pièce combiné à l'effet mécanique de l'ébullition nucléé permet d'obtenir un nettoyage efficace et pratiquement instantané de la pièce. A titre de comparaison, le temps de maintien de la pièce à l'intérieur du bain de liquide est de l'ordre de 10 secondes en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention par rapport à une durée de 10 minutes par rapport à un nettoyage classique, toute valeurs étant égales par ailleurs. A titre d'exemple, pour un matériau d'apport du type Sn Pb Ag, son point de fusion est de 179"C. Le liquide de nettoyage 6 utilisé présente un point d'ébullition à 75"C. Dans ces conditions, la température de nettoyage T, de la pièce 2 sera choisie la plus proche, en valeur inférieure, de 179"C pour optimiser l'efficacité de l'opération de nettoyage. Pour garantir la solidité de la brasure réalisée, il est choisi une température de nettoyage T, de l'ordre de 174 à 169"C. 1l est à noter que cette température est très largement supérieure au point d'ébullition du liquide, de sorte que l'action mécanique de nettoyage des bulles est importante. La fig. 2 illustre un premier exemple de réalisation d'une installation de traitement conforme à l'invention comportant une unité de nettoyage P. combinée en amont, à une unité P. d'assemblage en phase vapeur. Cette unité d'assemblage P. comporte, de façon classique, une cuve 12 contenant un liquide primaire 13 dans lequel sont immergés des moyens de chauffage 14, tels que des résistances électriques. Les moyens de chauffage 14 sont destinés à porter à ébullition le liquide primaire 13, de sorte qu'il peut être produit une vapeur primaire saturée et inerte 15 dont la température est légèrement supérieure au point de fusion du matériau d'apport préalablement déposé sur le support 2 en relation des pattes de fixation des composants. La vapeur primaire 15 est destinée à régner dans une zone d'utilisation, d'assemblage ou de soudure, délimitée sensiblement par le niveau du liquide et par des moyens de refroidissement ou de confinement 16. L'unité d'assemblage P. comporte également de façon classique, un couvercle 17 permettant à une pièce 2 amenée par un moyen de transfert Pea, d'être prise en charge à l'aide d'un moyen de manutention 18 représenté schématiquement. Le moyen 18 permet le déplacement vertical de la pièce 2 à l'intérieur de la cuve de traitement 12, tout en assurant en fin de cycle de brasage, la sortie de la pièce et sa prise en charge par les moyens de transfert Pa. La fig. 3 montre un exemple préféré de réalisation d'une unité de traitement combinant la mise en oeuvre d'une unité de nettoyage P5 et d'une unité d'assemblage P. de fusion en phase vapeur double phase. L'unité d'assemblage P. peut être du type de celle décrite dans le document PCT/FR 94/01 388. Par rapport à l'unité d'assemblage P. décrite à la fig. 2, l'unité d'assemblage P. double phase comporte, en plus, à la partie supérieure de la cuve 12, des moyens 20 de confinement de la vapeur primaire. Ces moyens de confinement 20 sont constitués par une vapeur secondaire créée par le chauffage d'un liquide secondaire 21. Conformément à l'une des caractéristiques de l'invention, la cuve 12 de l'unité d'assemblage P. communique par sa partie supérieure, avec la partie supérieure de la cuve S de l'unité de nettoyage P,. La même vapeur secondaire 20 règne donc ainsi d'une part, au-dessus de la vapeur primaire 15 de l'unité d'assemblage pour assurer son confinement et, d'autre part, au-dessus de la vapeur 8 du liquide de nettoyage pour assurer également son confinement. De plus, la vapeur secondaire 20 permet de rincer la pièce 2 en sortie de l'unité d'assemblage P., évitant ainsi la contamination ultérieure du bain de nettoyage. Par ailleurs, la vapeur secondaire 20 régnant dans la cuve de nettoyage 5 permet de nettoyer la pièce 2 en sortie du bain de nettoyage. La vapeur secondaire 20 commune qui, d'une part, confine la vapeur primaire 15 et la vapeur 8 du liquide de nettoyage et, d'autre part, assure le rinçage des pièces en sortie des unités d'assemblage et de nettoyage, permet d'utiliser un seul liquide secondaire pour assurer toutes ces opérations. De préférence, la cuve de nettoyage 5 comporte, à sa partie supérieure, une buse d'injection 23 de vapeur secondaire 20 permettant d'accélérer le temps de séchage et de rinçage des pièces 2. Dans la description qui précède, l'installation 1 selon l'invention comporte une unité d'assemblage P. et une unité de nettoyage P5 entre lesquelles des moyens de transfert direct Pas assurent la manutention des pièces entre les deux machines. Selon une variante préférée de réalisation, l'unité de traitement 1 comporte, en amont de l'unité d'assemblage P5, une unité de préchauffage Pes par exemple du type à infra-rouge ou à conduction forcée. L'unité de préchauffage Pe est adaptée pour assurer l'élévation de la température des pièces 2 avant l'opération d'assemblage ou la polymérisation du matériau d'apport. En sortie de l'unité de préchauffage Pc, les pièces 2 sont déplacées par les moyens de transfert Pca jusqu'à l'unité d'assemblage P,. De préférence encore, l'installation 1 comporte, en amont de l'unité de préchauffage Pc, une unité P, de stockage ou d'accumulation des pièces 2, de manière à obtenir une file continue de pièces présentant une longueur donnée. En sortie de cette unité de stockage P1, les pièces sont convoyées par des moyens de transfert PIC, jusqu'à l'unité de préchauffage Pe L'unité de stockage P, est alimentée en pièces 2 provenant d'un poste amont non représenté, de pose des composants sur les supports 3. De préférence encore, l'installation de traitement 1 comporte une unité de refroidissement P, placée en aval de l'unité de nettoyage P,. Les pièces amenées par les moyens de transfert P" sont refroidies par cette unité Pur pour ensuite être transférées vers un poste subséquent, par exemple de test. Dans sa version complète, I'installation de traitement 1 comporte ainsi cinq postes ou unités assurant chacun une fonction spécifique. Ces cinq unités P1, Pc, P5, P,, Pr sont reliées entre elles par des moyens de transfert Psc, Pcs, P,,, PA permettant de constituer une ligne continue de fabrication pour les pièces 2. D'une manière avantageuse, les moyens de transfert sont conçus de manière à autoriser l'obtention de cycles de traitement incluant toute ou partie des cinq opérations assurées par les unités correspondantes. Les moyens de transfert sont ainsi adaptés pour passer sélectivement d'une unité déterminée à une autre, sans la mise en oeuvre de la ou des autres unités. Ainsi, il peut être envisagé que l'installation comporte des cycles de traitement nécessitant par exemple: - des opérations de nettoyage et de refroidissement par les unités P" P,, - des opérations de préchauffage, d'assemblage et de nettoyage par les unités respectives Ps, P" P., - des opérations d'assemblage, de nettoyage et de refroidissement par les unités respectives P., P., P,. Les moyens de transfert Pec, Pica, Pan, Pnr entre les différentes unités sont constitués par tous moyens classiques connus de l'Homme du métier. Dans l'exemple préféré décrit ci-dessus, l'objet de l'invention est mis en oeuvre pour assurer le nettoyage de pièces subissant préalablement une opération d'assemblage par brasage. 11 est à noter que l'objet de l'invention peut être appliqué à toute pièce devant être nettoyée et ne comportant pas au préalable une opération d'assemblage par brasage. Comme expliqué ci-dessus, le nettoyage de telles pièces est réalisé à chaud en mettant la pièce à une température de nettoyage Te supérieure au point d'ébullition du liquide mais inférieure au point de dégradation thermique le plus faible, présenté par le ou les éléments constitutifs de la pièce à nettoyer. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de traitement d'une pièce (2) comportant au moins une opération de nettoyage, caractérisé en ce qu'il consiste: - à mettre la pièce (2) à une température déterminée de nettoyage (T,) dont la valeur est supérieure au point d'ébullition du liquide de nettoyage et inférieure au point de dégradation thermique le plus faible de la pièce, - et lorsque la pièce (2) est à la température de nettoyage, à l'immerger dans un liquide de nettoyage (6). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, pour une pièce (2) formée d'un support (3) sur lequel des composants sont fixés, par fusion d'un matériau d'apport, à mettre la pièce (2) à une température de nettoyage (T) dont la valeur est inférieure au point de fusion du matériau d'apport. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre la pièce (2) à une température de nettoyage (T) dont la valeur est inférieure à 5 à 10 C au point de fusion du matériau d'apport. 4 - Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre la pièce (2) à une température de nettoyage (Te > dont la valeur est supérieure d'au moins 20"C par rapport au point d'ébullition du liquide de nettoyage. 5 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre la pièce (2) à la température de nettoyage (T) après une opération d'assemblage des composants sur le support. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser l'élévation de température de la pièce lors de l'opération d'assemblage afin que la pièce (2) atteigne sa température de nettoyage. 7 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer l'émission d'une vapeur de condensation (20) provenant de la vaporisation d'un liquide secondaire (21), au-dessus du liquide de nettoyage (6), mais également au-dessus d'une vapeur primaire (1S) issue d'un fluide primaire (13) et assurant la fusion du matériau d'apport. 8 - Installation de traitement d'une pièce (2) forme d'un support (3) sur lequel des composants sont fixés par fusion d'un matériau d'apport, l'installation comportant: - une unité d'assemblage (pus) des composants sur le support, par fusion du matériau d'apport, - et une unité de nettoyage (pus) de la pièce comportant au moins une cuve (5) contenant un liquide de nettoyage (6), caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens adaptés pour placer la pièce (2) à une température de nettoyage (Te) supérieure au point d'ébullition du liquide de nettoyage (6) et inférieure au point de fusion du matériau d'apport, pour permettre l'immersion de la pièce (2) dans le liquide de nettoyage, à la température de nettoyage (Te). 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens pour placer la pièce (2) à la température de nettoyage, sont constitués par des moyens de transfert direct (Pan) de la pièce entre l'unité d'assemblage (pus) et l'unité de nettoyage (P). 10 - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens de transfert (Pan) sont interposés entre l'unité de nettoyage (pus) et l'unité d'assemblage (pus) du type à double phases vapeurs comportant une cuve de traitement (12) contenant, d'une part, un liquide (13) destiné à être porté à ébullition par des moyens de chauffage (14), de manière à produire, dans une zone d'assemblage, une vapeur primaire (15) dont la température est légèrement supérieure au point de fusion du matériau d'apport et, d'autre part, une vapeur secondaire (20) de condensation de la vapeur primaire, issue d'un fluide secondaire (21). il - Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la cuve de nettoyage (5) et la cuve d'assemblage (12) communiquent entre elles à leur partie supérieure de manière qu'elles comportent au-dessus du liquide de nettoyage (6) et au-dessus de la vapeur primaire (15), une vapeur secondaire (20) de condensation provenant de la vaporisation d'un liquide secondaire. 12 - Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que l'unité de nettoyage (pus) est équipée de moyens de transfert (par) de la pièce vers une unité de refroidissement (P . 13 - Installation selon la revendication 8 ou 12, caractérisée en ce que les moyens de transfert (Pan, P,r) entre respectivement l'unité d'assemblage (pus) et l'unité de nettoyage (P) et entre l'unité de nettoyage (pus) et l'unité de refroidissement (Pr), font partie d'une ligne de convoyage. 14 - Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que la ligne de convoyage comporte, en amont de l'unité d'assemblage (Pa), une unité de préchauffage (Pc). 15 - Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que la ligne de convoyage comporte, en amont de l'unité de préchauffage (Pc), une unité d'accumulation des pièces (Ps).