Brevet FR2802764A1 — publié le 20010622

METHODE ET DISPOSITIF DE SOUDURE DE COMPOSANTS L'invention concerne un perfectionnement d'une méthode et d'un dispositif de soudure de composants électroniques sur circuit souple et plus particulièrement une méthode et un dispositif appropriés à des circuits souples de faible tenue en température. Les méthodes de report et de soudure de composants sur circuits rigides sont bien connues et, pour des composants à montage en surface, les techniques sont par exemple des techniques infrarouges ou des techniques de refonte de pâte à braser. Toutes ces techniques exposent le substrat à des températures relativement hautes pour activer la pâte à braser utilisée et ne sont pas adaptées aux circuits souples usuels en matériau polyester. Le document EP 0 804 990 A1 propose une technique de report et de soudure de composants à montage en surface adaptée aux substrats flexibles possédant une faible résistance à la température. Cette méthode comporte les étapes suivantes: - Placement sur un support d'un substrat flexible muni de pistes conductrices en surface, - placement d'un couvercle muni d'ouvertures sur le support de telle sorte que le substrat soit emprisonné entre le couvercle et le support pour former un assemblage de manutention et que les ouvertures laissent exposées les régions devant porter les composants à reporter, - application de pâte à braser sur les parties des pistes conductrices devant recevoir les pattes ou les terminaisons des composants à souder ce soit avant placement du couvercle soit après placement du couvercle, - placement des composants à souder en position de soudure sur le substrat, - application d'un premier chauffage de l'assemblage pour préchauffer la pâte à braser à une première température, - Chauffage supérieur de zones de l'assemblage pour ramollir la pâte à braser; et, - refroidissement de l'assemblage de façon à solidifier la pâte à braser pour qu'elle adhère fermement aux terminaisons et aux pistes conductrices. Dans ce document la méthode pour élever la pâte à braser à la première température est une méthode radiante, le support ainsi que le couvercle étant pourvus de surfaces réfléchissantes écartées du substrat afin d'éviter d'élever la température du substrat. Cette méthode radiante est basée sur un dispositif de chauffage à rampe de brûleurs à gaz. Le support et le couvercle peuvent être réalisés dans un matériau conducteur de la chaleur et résistant à la chaleur pour dissiper la chaleur à l'écart du substrat. Du fait du système de support et de couvercle, la chaleur de préchauffage est limitée vers 90 C au niveau du substrat alors que la chaleur obtenue normalement serait de l'ordre de 250 à 370 C. La méthode décrite pour obtenir la seconde température de chauffage, toujours selon le document EP 0 804 990, consiste à diriger un jet de gaz chaud sur une zone limitée de l'assemblage ou alors un jet de largeur au moins égale à celle de l'assemblage mais de faible épaisseur dans une direction perpendiculaire à cette largeur. L'assemblage est traversé par le jet dans un temps juste suffisant pour élever la température de la pâte à sa complète activation. Cette technique est bien adaptée à des circuits souples ayant une température de ramollissement inférieure ou égale à la seconde température typiquement des polyesters ayant un retreint inférieur à 0,1% pour une température de 160 Celsius, toutefois une meilleure localisation et une plus grande précision dans le contrôle de la seconde température ou température de fusion de la pâte est souhaitable pour obtenir une plus grande régularité des soudures. De plus l'usage d'un jet de gaz peut causer un désalignement des composants à souder. Par ailleurs, cette technique cause une grande déperdition de chaleur pour obtenir la première température et est tributaire de la vitesse de déplacement du support sous les dispositifs radiants. La présente invention se propose de perfectionner le procédé de l'art antérieur pour obtenir un meilleur contrôle de la première température et d'accroître la précision du second chauffage. Dans ce but la présente invention propose une méthode de soudure de composant sur circuit souple comportant notamment les étapes suivantes: assemblage du circuit souple sur un support et positionnement sur le support d'un couvercle muni d'ouvertures en regard de la position de report de composants devant être connectés à des pistes du circuit souple, - application de pâte à braser sur les parties des pistes conductrices devant recevoir les pattes ou les terminaisons des composants à souder ce soit avant placement du couvercle soit après positionnement du couvercle, placement des composants sur les pistes du circuit souple - Chauffage d'au moins un zone de l'ensemble par rayonnement à une première température de préchauffage de la pâte à braser, - application séquentielle de spots de chaleur calibrés en durée, puissance et diamètre sur les zones de terminaison des composants sur la pâte à braser, Avantageusement les spots de chaleur calibrés sont réalisés par un laser infrarouge, L'invention concerne aussi un dispositif de soudure de composants sur un substrat tel qu'un circuit souple par brasage comportant un appareil infrarouge de préchauffage et un appareil d'application de spots de chaleur calibrés en durée, puissance et diamètre. L'appareil d'application des spots peut être un laser infrarouge, ce laser infrarouge pouvant être disposé sur un bâti de transport selon deux axes perpendiculaires entre eux et parallèles au plan du support, le support du circuit souple pouvant dans ce cas être immobilisé pendant l'étape d'application séquentielle des spots. En modes de réalisation alternatifs du dispositif, le laser est fixe et un système piloté de focalisation et de direction du spot est disposé en regard du laser. Pendant l'étape d'application séquentielle des spots le support peut être immobilisé et le système piloté être apte à diriger le faisceau du laser selon deux axes perpendiculaires. Alternativement, le support peut être mobile et se déplacer selon une direction longitudinale, le système piloté pouvant alors être apte à diriger le faisceau selon un axe perpendiculaire à la direction de déplacement du support. Dans un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention le dispositif de chauffage par rayonnement est constitué d'une ou plusieurs lampes infrarouges. Avantageusement le dispositif de calibrage des spots comporte des moyens de réglage de durée du spot et un des moyens de réglage de focalisation et de position du spots adaptés à élever la température soit sur chaque terminaison soit sur une pluralité de terminaisons des composants. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention qui va suivre en référence avec les figures qui représentent: - En figure 1 une vue en perspective de l'ensemble support, circuit souple et couvercle, -En figure 2 un dispositif de soudage selon l'invention, En figure 3 un schéma d'un dispositif de commande du dispositif selon l'invention, En figure 4 la représentation schématique d'un système de focalisation pour le dispositif selon l'invention. Selon la méthode de placement et de soudure de composant (101, 102, 103) sur circuit souple, la première étape est, comme visible en figure 1, l'assemblage du circuit souple (1) sur un support (2) et le positionnement sur le support d'un couvercle (3) muni d'ouvertures en regard de la position de report de composants devant être connectés à des pistes du circuit souple. Ceci, de façon similaire à l'art antérieur, rigidifie le circuit souple pour permettre le positionnement des composants et réalise un masque sur les zones ne devant pas être soumises à la chaleur. Des moyens de positionnement de chacun des éléments tels des pions (4) et trous de positionnement (5, 6) peuvent être prévus. L'application de pâte à braser sur les parties des pistes conductrices (7) devant recevoir les pattes ou les terminaisons des composants à souder peut être réalisée avant placement du couvercle. Dans le cas ou de nombreux composants sont à souder ou de composants de petites dimensions, l'application de la pâte à braser peut se faire avant positionnement du couvercle, ce notamment dans le cas d'un procédé traditionnel d'application par masque ou grille pour lequel l'épaisseur supplémentaire du couvercle limiterait la précision de l'application de la pâte. Dans le cas o peu de composants sont prévus, l'application de la pâte peut aussi se faire après positionnement du couvercle. De façon similaire, le placement des composants sur les pistes du circuit souple est possible avant placement du couvercle (3), le couvercle pouvant là aussi constituer une gêne pour les outils de placement. Par contre un positionnement des composants par un bras de placement couplé à un dispositif de reconnaissance de forme après mise en place du couvercle est éventuellement facilité par le contraste que fera le couvercle avec le circuit souple. Comme visible en figure 2, le dispositif de pré-chauffage d'au moins une zone de l'ensemble (100), constitué du support (2), du circuit (1) et du couvercle (3), par rayonnement à une première température de préchauffage de la pâte à braser, comporte une ou plusieurs lampes infrarouge (8) disposées dans un bâti (9), ce bâti pouvant être disposé dans une enceinte semi fermée dont deux parois (10, 11) sont représentées en figure 2, L'application séquentielle de spots de chaleur calibrés en durée, puissance et diamètre sur les zones de terminaison des composants sur la pâte à braser est réalisée par un dispositif laser infrarouge (12) qui peut être un laser infrarouge à diode éventuellement pulsé. Dans un premier mode de réalisation le laser infrarouge est disposé dans un chariot (14) et est mobile selon deux axes perpendiculaires entre eux et parallèles au plan de l'ensemble (100), le chariot (14) peut dans ce cas être immobilisé pendant l'étape d'application séquentielle des spots. Le chariot (14) peut être mobile sur un rail solidaire d'un pont support (13) le pont étant lui même disposé sur des rails de guidage (15). Le pont (13) se déplace longitudinalement par rapport à un dispositif de transport (17) de l'ensemble (100), alors que le chariot se déplace latéralement par rapport à ce dispositif de transport. Dans un mode de réalisation alternatif du dispositif, le laser (12) est fixe et disposé à une distance longitudinale de l'entrée dans le système de préchauffage (8) déterminée pour atteindre une température de préchauffage de l'ordre de 900. Un système piloté de focalisation (18) et de direction (20) du spot est disposé en regard du laser, Le système piloté être apte à diriger le faisceau du laser selon deux axes perpendiculaires (x, y) ou alors le support peut être mobile selon une direction le système piloté pouvant alors soit être apte à diriger le faisceau selon un axe (y) perpendiculaire à la direction de déplacement du support. La figure 3 représente un dispositif de contrôle du processus de soudure. Ce dispositif est constitué principalement d'un calculateur (20) gérant le calibrage des spots en durée par un bloc de puissance (21) alimentant le laser (12) et gérant la focalisation et la position des spots par un bloc (22) de commande des moyens de réglage de focalisation et de position (18, 19). La durée de chaque spot est déterminée de façon à être adaptée à élever la température soit sur chaque terminaison soit sur une pluralité de terminaisons en fonction des dimensions du composant à souder. Le calculateur comporte aussi une sortie de pilotage (23) de moteurs gérant le positionnement du chariot (14) et du pont (13) ainsi qu'un bloc de commande (24) des lampes infrarouges (8). Le calculateur détermine les durées d'allumage des lampes et des spots en fonction de mesures pré-établies en fonction des dimensions et constantes thermiques des pistes et composants à souder et peut comporter des capteurs de température (25), (26) pour réguler le chauffage. Ce dispositif permet notamment par rapport à l'art antérieur de réduire la masse du couvercle. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de soudure par brasage de composants (101, 102, 103) sur circuit souple caractérisée en ce qu'il comporte un appareil (8) de préchauffage infrarouge et un appareil (12, 18, 19) d'application de spots de chaleur calibrés en durée puissance et diamètre. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'appareil d'application des spots de chaleur calibrés comporte un laser infrarouge (12). 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisée en ce que le laser infrarouge est disposé sur un bâti (16) de transport selon deux axes perpendiculaires entre eux et parallèles au plan du support. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisée en ce qu'un système piloté (18, 19) de focalisation et de direction du spot est disposé en regard du laser. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'appareil de préchauffage par rayonnement est constitué d'une ou plusieurs lampes infrarouges (8), 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le système de calibrage des spots comporte des moyens de réglage de durée (21) du spot et des moyens de réglage de focalisation (18, 19) adaptés à élever la température soit sur chaque terminaison soit sur une pluralité de terminaisons des composants. Il 7 - Méthode de soudure de composant sur circuit souple caractérisée en ce qu'elle comporte notamment les étapes suivantes: - assemblage du circuit souple sur un support (2) et positionnement sur le support d'un couvercle (3) muni d'ouvertures en regard de la position de report de composants (101, 102, 103) devant être connectés à des pistes du circuit souple, application de pâte à braser sur les parties des pistes conductrices (7) devant recevoir les pattes ou les terminaisons des composants à souder ce, soit avant placement du couvercle, soit après positionnement du couvercle, placement des composants sur les pistes du circuit souple, chauffage d'au moins un zone de l'ensemble par rayonnement à une première température de préchauffage de la pâte à braser, application séquentielle de spots de chaleur calibrés en durée, puissance et diamètre sur les zones de terminaison des composants sur la pâte à braser. 8 - Méthode selon la revendication 7 caractérisée en ce que le support (2) est immobilisé pendant l'étape d'application séquentielle des spots. 9 - Méthode selon la revendication 8 caractérisée en ce qu'un système piloté dirige le faisceau d'un laser générant les spots selon deux axes perpendiculaires pendant l'étape d'application séquentielle des spots. - Méthode selon la revendication 7 caractérisée en ce que le support se déplace selon une direction longitudinale pendant l'étape d'application séquentielle des spots et qu'un système piloté dirige un faisceau laser générant les spots selon une direction perpendiculaire à la direction de déplacement du support.