Brevet FR2935621A1 — publié le 20100312

La présente invention concerne une nouvelle procédé de brasage par refusion pour souder des composants électroniques sur une circuit imprimé et spécifiquement, à une procédé de brasage par refusion capable de focalisé des quantités précises d'énergie de chaleur uniquement aux endroits où la soudure est nécessaire ainsi rendre possible de réaliser la soudure multipoints sans exposer la carte entière et les composants aux chocs thermiques plus important dues à la chaleur élevées qui peuvent endommager les composants électroniques et la circuit imprimé. On constate que ces dernières années la miniaturisation dans l'industrie d'électronique a créé une demande pour les nouvelles techniques en brasage et particulièrement le brasage sans plomb et avec des plus nouveaux alliages sans plomb étant employés comme soudure, les températures plus élevées sont exigées pour effectuer le brasage. Actuellement il y a fondamentalement deux types de technologies utilisés pour souder les composants sur un circuit imprimé. Ce sont les brasage par refusion et brasage à la vague. Le brasage par refusion est utilisé pour souder les composants CMS (Composant monté en surface). Les composants traversants peuvent être aussi braser en utilisant la refusion et en utilisant en plus une technique de préparation spéciale appelée � PASTE in HOLE PRINTING � La technique actuellement utilisée pour le brasage par refusion s'agit d'abord de sérigraphié le circuit imprimé nu ou les plages du circuit imprimé sont enduits d'une pâte à braser à travers un pochoir métallique (clinquant), c'est-à-dire que seul l'emplacement des terminaisons des composants est enduit. Dans le cas ou il existe aussi des composants traversants, on utilise de plus un technique appelée � PASTE in HOLE PRINTING � qui s'agit l'impression de pâtes à braser dans des trous en lesquels les broches des composants traversants seront insérés. Ce processus est fait pendant la sérigraphie. Puis les composants sont posés sur le circuit par les machines de placement. Finalement le circuit passe dans un four qui a différentes zones de température afin de chauffer la carte entière et des composants à une certaine température d'une façon commandée afin de fondre la 2935621 -2- pâte déposée pour former la brasure. Dans le processus ci-dessus la carte entière et les composants sont soumis à la température à laquelle la pâte de soudure fond. 5 II y a plusieurs inconvénients utilisant cette technique. La carte entière et les composants sont soumis aux chocs thermiques plus importants dus à la chaleur élevées qui peuvent endommager les composants électroniques et la circuit imprimé. En plus, avec des plus nouveaux alliages sans plomb étant employés comme soudure, les températures plus élevées sont exigées pour 10 fondre la pâte déposée, de ce fait soumettant la carte et les composants aux chocs thermiques plus importants dus à la chaleur encore plus élevées. Des mécanismes de contrôles complexes sont exigés pour maintenir très soigneusement les différentes zones de température également. Ce qui aurait été idéal est de soumettre seulement les points à braser à la 15 température exigée. La technique de brasage à la vague est employée pour souder des mixités des composants CMS (Composant monté en surface) et composants traversants traditionnels. Elle consiste à déposer un point de colle au futurs emplacements des composants CMS (Composant monté en surface) au lieu de sérigraphier les 20 plages. Puis les composants CMS (Composant monté en surface) sont posés sur le circuit par les machines de placement avant de polymériser la colle au four ou en étuve. Cela permet ensuite de placer des composants traditionnels (traversant le circuit imprimé) de l'autre côté de la carte. La soudure se fait ensuite grâce à une vague d'étain en fusion, la carte passant au-dessus : au contact de l'étain et 25 par capillarité les terminaisons des composants CMS et les broches des composants traversants sont soudées sur le circuit. Ici encore dans ce processus, la carte entière avec ses composants est baignée en soudure et exposée ainsi aux chocs thermiques plus importants dus à la chaleur élevées qui peuvent endommager les composants électroniques et le 30 circuit imprimé. Ce qui aurait été idéal est de soumettre seulement les points à braser à la température exigée. La procédé inventé nous permet de réaliser ceci et à une vitesse beaucoup plus rapide. Il comporte en effet selon une première caractéristique d'irradier le circuit imprimé déjà serigraphié de la pâte de brasage et ses composants avec une surface d'ondes de lumière ayant une forme capables de focalisé des quantités précises d'énergie de chaleur uniquement aux endroits où la soudure est nécessaire. Cette surface d'ondes de lumière est crée par un hologramme ou toutes autres réseau de diffraction lorsque lumière cohérente produit par un laser traverse l'hologramme ou toutes autres réseau de diffraction. Ainsi des quantités précises d'énergie de chaleur sont focalisées uniquement aux endroits où la soudure est nécessaire pour braser les composants sans exposer la carte entière et les composants aux chocs thermiques plus importants dus à la chaleur élevées qui peuvent endommager les composants électroniques et le circuit imprimé. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le procédé(50) inventé. La figure se compose de 1. Module de laser 2. Lumière cohérente 3. Hologramme 4. Surface d'onde de la lumière après diffraction 5. Circuit imprimé déjà serigraphié avec pâtes de brasage, et ses composants La figure 2 représente comment une nouvelle machine(40) peut être conçu pour appliquer le procédé(50). La figure se compose de 21.Cheminée pour extraire fumées 22.Module de laser avec module de refroidissement 23 indication d'opération de la machine 24. Hologramme 25. Circuit imprimé déjà serigraphié avec pâte de brasage, et avec composants 26. Mécanisme de convoyeur 27. Ventilateur d'aspiration 28. Ventilateur d'aspiration 29. Supports de machine 30. Sonde de positionnement de circuit imprimé 31.Sonde de positionnement de circuit imprimé30 En référence à figure 1 le procédé(50) inventé se compose d'irradier le circuit imprimé(5) déjà serigraphié avec pâtes de brasage et ses composants avec une surface d'ondes(4) de lumière ayant une forme capables de focalisé des quantités précises d'énergie de chaleur uniquement aux endroits où la soudure est nécessaire. Cette surface d'ondes(4) de lumière est créé par un hologramme(3) ou toute autre réseau de diffraction(3) lorsque lumière cohérente(2) produit par un laser(1) traverse l'hologramme(3) ou toute autres réseau de diffraction(3). - L'hologramme peut être créé en traitant numériquement le fichier de Gerber de circuit imprimé pour obtenir un pattern de franges d'interférences synthétisé par l'ordinateur. Un élément d'information important pour l'ordinateur pour effectuer la synthèse est de longueur d'onde du laser utilisé. - Les algorithmes couramment utilisé pour synthétiser les hologrammes sont la méthode de Fresnel et la méthode du Fourier. - La résolution de l'hologramme doit être suffisante pour avoir une meilleure précision. Une résolution de plus de 5000 lignes/mm est recommandée. - Le matériel pour synthétiser l'hologramme peut être un transparent résistant à la chaleur. Le pattern de franges d'interférences peut être imprimé en utilisant une imprimante Laser conçu pour les Transparents. - Le hologramme est placé entre le circuit imprimé et la source de la lumière cohérente sur un support transparent. - La distance entre le circuit imprimé et l'hologramme doit être facilement réglable pour pouvoir focaliser la surface d'onde. - Le source de la lumière cohérente peut être un laser. - Le laser peut avoir une longueur d'onde du 532nm à 980nm. - Le puissance du laser doit être suffisante pour fondre la pâte de brasage. Il a 30 normalement plus de 30 Watts de puissance. En référence à figure 2 le dispositif montre comment on peut réaliser un machine pour appliquer le procédé(50) .En effet le dispositif comporte une machine de brasage par refusion par laser holographie(40) pour mettre en application le processus(50) montré dans la figure 1. La machine(40) se compose d'un module de laser plus un module de refroidissement(22) qui produisent de la lumière cohérente qui traverse l'hologramme(24) pour créer un surface d'ondes de lumière qui irradie la circuit imprimé et ses composants(25) chauffant avec précision seulement les endroits désirés où le soudage est nécessaire. La surface d'ondes de lumière est créée quand la lumière cohérente aux longueurs d'onde de 532nm à 980nm qui est produit par le module de laser(22) traverse l'hologramme(24). La machine se compose également d'un mécanisme de convoyeur (26) pour positionner le circuit imprimé en utilisant des sondes de position de carte (30)(31). Le Module de Hologramme (24) entière peuvent être ajustées dans les directions verticales et les directions horizontales en emploient les moteurs linéaires qui utilisent aussi les sondes(30)(31) . Pendant les processus de soudure des vapeurs sont émis qui traversent la cheminée aux vapeurs (21) par la convection aidée par les ventilateurs d'aspiration (27) (28). L'indicateur d'opération de machine (23) permet à l'opérateur de savoir le statut de la machine pour la sûreté et sécurité. Plusieurs Supports(29) sont fournis pour stabiliser la machine(40) tandis qu'elle fonctionne. Le procédé(50) inventé comme indiqué dans la figure 1 nous permettent de réaliser le brasage multipoint des composants sans endommager les composants 25 et sans endommager le circuit imprimé (25). Le procédé(50) inventé comme indiqué dans la figure 1 est beaucoup plus rapide qu'une machine de brasage au laser automatique ou robotique car les robots laser font les brasages broche par broche. On peut donc réaliser les applications a l'échelle industrielle. 30 Le procédé(50) inventé comme indiqué dans la figure 1 nous permet d'employer les alliages sans plomb qui ont les températures de fusion très élevée ainsi rendre possible la fabrication électronique sans plomb et d'autres substances dangereuses une réalité totale. REVENDICATIONS1) Procédé (50) de brasage des composants électroniques sur une circuit imprimé par refusion caractérisé par l'utilisation de laser holographie oû on irradie la circuit imprimé(5) déjà serigraphié de la pâte de brasage avec une surface d'ondes(4) de lumière ayant une forme capables de focalisé des quantités précises d'énergie de chaleur uniquement aux endroits où la soudure est nécessaire crée par un hologramme(3) ou toute autre réseau de diffraction(3) lorsque lumière cohérente(2) produit par un laser(1) traverse l'hologramme(3) ou toute autres réseau de diffraction(3).