Brevet FR2986170A1 — publié le 20130802

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SOUDAGE, NOTAMMENT PAR LASER, DE FILS SUR UN SUBSTRAT La présente invention concerne les dispositifs et procédés de 5 soudage, notamment par laser ou analogue, de fils, bandes, etc. sur un substrat ou analogue pour réaliser des connexions électriques, par exemple dans des appareils médicaux ou analogues tels des stimulateurs cardiaques ou pacemakers, et trouve une application particulièrement avantageuse pour assurer le montage de composants en bout de plusieurs fils comme par 10 exemple sur un cathéter. On connaît déjà des dispositifs et des procédés pour le soudage, notamment en microélectronique par ultrasons, thermo-compression, etc. de fils, bandes, etc. sur un substrat ou analogue pour réaliser des connexions électriques. Ces techniques de soudage sont par exemple décrites dans les 15 documents US-A- 5 148 959 et le EP-A-1 226 000. Les procédés et dispositifs selon ces documents donnent de bons résultats mais présentent certains inconvénients, notamment le fait qu'ils sont relativement complexes, aussi bien sur le plan de la fabrication des dispositifs que sur le plan de la mise en oeuvre des procédés, et ne sont 20 réellement adaptés que pour réaliser une seule soudure à la fois et avec des conditions assez restrictives de compatibilité de matériaux. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un dispositif pour pallier en grande partie les inconvénients des dispositifs similaires de l'art antérieur. 25 Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour réaliser une soudure par fusion thermique entre un fil et un substrat en au moins un premier point et un second point, caractérisé par le fait qu'il consiste, après avoir positionné ledit fil sur ledit substrat : - à maintenir une première portion et une seconde portion du fil par 30 rapport au dit substrat, ces deux portions étant situées de part et d'autre des dits premier et second points, - à effectuer une soudure au dit premier point, - à effectuer une soudure au dit second point après que la soudure au dit premier point ait été effectuée, et - à exercer une force de traction sur la seconde portion de fil qui est adjacente à ce second point quand la soudure en ce second point est 5 encore en phase pâteuse, jusqu'à obtenir la cassure du dit fil. La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour réaliser une soudure par fusion thermique entre un fil et un substrat en au moins un point, comportant : - un pied de pression, 10 - une embase, ladite embase étant apte à supporter ledit substrat, - une source débitrice apte à débiter ledit fil, - des moyens pour monter en coopération ledit pied de pression avec ladite embase de façon qu'il soit apte à prendre au moins deux positions respectivement proche et éloignée de l'embase, 15 - des moyens pour associer ladite source débitrice au dit pied de pression de façon que, après que le fil ait été débité par ladite source débitrice, il soit apte à passer entre le pied de pression et ladite embase, - un doigt presseur, - des moyens pour monter ledit doigt presseur en coopération avec 20 ladite embase de façon qu'il soit apte à prendre deux positions respectivement proche et éloignée de l'embase, - des moyens pour monter ledit pied de pression et ledit doigt presseur en coopération avec ladite embase de façon qu'ils définissent entre eux un espace de soudage contenant ledit point, et 25 - des moyens de soudure ponctuelle aptes à agir au dit point. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, à savoir : La figure unique qui est un bloc diagramme schématique d'un mode 30 réalisation du dispositif selon l'invention permettant de réaliser une soudure par fusion thermique entre un fil et un substrat en au moins un point. Il est précisé que la figure unique représente un mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, 5 l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention 10 doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. Il est aussi précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la 15 concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. Il est enfin précisé que, dans la présente description, si l'adverbe 20 "sensiblement" est associé à un qualificatif d'un moyen donné, ce qualificatif doit être compris au sens strict ou approché. La présente invention concerne un procédé pour réaliser une soudure par fusion thermique entre un fil 2 et un substrat 1 en au moins deux points, à savoir un premier point 16 et un second point 18, qui trouve une 25 application particulièrement avantageuse dans le domaine médical pour la soudure des connexions de sortie des stimulateurs cardiaques ou pacemakers, et le montage de composants en bout de plusieurs fils par exemple sur un cathéter. En regard de la figure unique, le procédé consiste, après avoir 30 positionné le fil sur le substrat 1, à le maintenir par rapport au substrat en une première portion 201 et une seconde portion 202, ces deux portions 201, 202 étant situées de part et d'autre des premier et second points 16, 18. 2 9 8 6 1 70 4 Le procédé consiste ensuite, les deux portions 201, 202 étant toujours maintenues, tout d'abord à effectuer une soudure au premier point 16, puis à effectuer une soudure au second point 18 après que la soudure au premier point ait été effectuée. Le procédé consiste ensuite à exercer une force de traction sur la seconde portion de fil 202 qui est adjacente au second point 18 quand la soudure en ce second point est encore en phase pâteuse, jusqu'à obtenir la cassure du fil au niveau de ce point, c'est-à-dire sensiblement au niveau de la surface de séparation entre la surface dure du fil de la seconde portion 10 202 et la surface de la masse pâteuse de la soudure. De ce fait, la partie du fil située au second point 18 reste bien soudée au substrat dès la solidification de la masse pâteuse, sans qu'il soit besoin a posteriori de procéder à la découpe du fil juste au niveau de cette deuxième soudure, cette découpe étant une opération technique très difficile étant donné les 15 très petites dimensions des soudures et des fils notamment dans le domaine par exemple des pacemakers. Selon une mise en oeuvre préférentielle, quand le nombre de soudure est égal à deux comme plus particulièrement explicité ci-dessus, le procédé consiste à exercer la force de traction sur la seconde portion de fil 202 20 lorsque la première portion de fil 201 est encore maintenue. Dans le cas de la mise en oeuvre décrite ci-dessus, si le nombre de points où doivent être effectuées des soudures est supérieur à deux, les premier et second points sont les points les plus éloignés dans la succession des soudures. En référence à la figure unique, ce sont les points 25 référencés 16 et 18, avec des points intermédiaires 17, .... Ainsi, dans le cas d'une pluralité de points de soudure comme évoqué ci-dessus, cette pluralité étant au moins égale à trois, le procédé consiste, lorsque les trois soudures sont effectuées en trois points distincts 16, 17, 18, lorsque la dernière soudure, à savoir la troisième, est encore dans un état 30 pâteux, à exercer la force de traction sur la seconde portion de fil 202 qui est adjacente au point 18 sur lequel la dernière soudure a été effectuée. Cette force de traction est exercée jusqu'à obtenir la cassure du fil 2 en ce point, la première portion de fil 201 étant alors maintenue, ou non. En effet, dans ce cas, il peut ne pas être nécessaire de maintenir la première portion de fil 201 car les soudures précédentes aux points 16, 17 sont devenues suffisamment résistantes et solidifiées pour bien retenir en elles-mêmes la partie de fil située entre le premier point de soudure 16 et le dernier point 18. En référence à la figure unique, la présente invention a aussi pour objet un dispositif pour réaliser une soudure par fusion thermique entre un fil 2 et un substrat 1 en au moins un point 16, 17, 18, ... Le dispositif comporte un pied de pression 5, une embase 100 apte à supporter le substrat 1, une source débitrice 3 apte à débiter le fil 2, des moyens 8, 9 pour monter en coopération le pied de pression 5 avec l'embase 100 de façon qu'il soit apte à prendre au moins une première position et une seconde position respectivement proche et éloignée de l'embase. En référence à la figure annexée, le pied de pression peut dans ce 15 cas se déplacer par rapport à l'embase selon la direction référencée Z dans le référentiel 9 en X, Y et Z. Si le fil a une épaisseur E et que celle du substrat est égale à H, la première position est définie ainsi : (i) si le substrat est disposé entre le pied de pression 5 et l'embase 20 100, la distance entre le pied de pression et l'embase est déterminée pour être au moins inférieure à E + H (cas de la figure), (ii) si le substrat n'est pas disposé entre le pied de pression 5 et l'embase 100, la distance entre le pied de pression et l'embase est déterminée pour être au moins inférieure à E. 25 Les moyens 8, 9 pour monter en coopération le pied de pression 5 avec l'embase 100 de façon qu'il soit apte à prendre au moins une première position et une seconde position respectivement proches et éloignées de l'embase sont bien connus en eux-mêmes dans le domaine des hommes du métier. Ils peuvent être du type à glissière ou à crémaillère, ou analogue, et 30 ne seront pas plus amplement décrits ici. Le dispositif comporte en outre des moyens 4 pour associer la source débitrice 3 au pied de pression 5 de façon que, après que le fil 2 ait été débité par cette source débitrice 3, il soit apte à passer entre le pied de pression et l'embase 100 pour être ensuite déroulé sur le substrat 1 et venir recouvrir au moins les points de soudure prévus 16-18, et sur une distance supplémentaire comme illustré sur la figure unique. Il est aussi prévu un doigt presseur 10, des moyens 12, 13 pour 5 monter le doigt presseur 10 en coopération avec l'embase 100 de façon qu'il soit apte à prendre deux positions respectivement proche et éloignée de l'embase. Ces deux positions sont de la même valeur que celles qui ont été définies ci-avant pour le déplacement du pied de pression 5, ou similaires. Les moyens 12, 13 peuvent être du même type que ceux définis 10 ci-avant pour les moyens 8, 9. En outre, le dispositif comporte des moyens pour monter le pied de pression 5 et le doigt presseur 10 en coopération avec l'embase 100 de façon qu'ils définissent entre eux un espace de soudage 200 sur une certaine longueur contenant le point 16, 17, 18, et des moyens de soudure 15 ponctuelle 14 aptes à agir en ce point. Il est en outre très avantageux que le dispositif comporte en outre des moyens pour déplacer l'un par rapport à l'autre le pied de pression 5 et le doigt presseur 10, optionnellement le doigt presseur vers le pied de pression, selon les directions X dans les référentiels 9, 13 pour ajuster la 20 longueur de l'espace de soudage en fonction du nombre de points de soudure à effectuer, et éviter qu'il n'existe de trop grandes longueurs de portions de fil 201, 202 situées de part et d'autre du premier point 16 et du dernier point 18, figure unique. Peuvent aussi être prévus des moyens pour déplacer le pied de 25 pression 5 et le doigt presseur 10 selon la direction Y dans les référentiels X, Y, Z. Les moyens de déplacement en X, Y, Z du pied de pression 5 et du doigt presseur 10 définis ci-dessus peuvent être combinés pour obtenir l'ensemble des fonctions qui leur sont attribuées. Ces moyens combinés 30 sont par exemple du même type que ceux définis ci-avant, à savoir une combinaison de glissières et/ou de crémaillères. Leurs différents modes de réalisation possibles sont eux aussi largement à la portée de l'homme du métier, sans qu'il soit nécessaire de les décrire plus précisément. 2 9 8 6 1 70 7 De façon préférentielle, les moyens 4 pour associer la source débitrice 3 au pied de pression 5 comportent au moins une rainure 6 réalisée sur le pied de pression 5, cette rainure étant agencée de façon à guider le fil après qu'il ait été débité par la source débitrice 3 pour qu'il passe entre le pied de pression et l'embase sans distorsion. A titre d'exemple, la source débitrice 3 peut être constituée d'une bobine 31 sur laquelle le fil 2 est bobiné, la bobine 31 étant agencée, en l'occurrence montée en rotation autour d'un axe lié au pied de pression 5, de façon que, après qu'il ait été déroulé de la bobine 31, le fil passe sans distorsion dans la rainure 6. Selon une possibilité qui peut présenter des avantages dans certains cas pour exercer la force de traction, il peut être prévu en outre des moyens pour déplacer le pied de pression, en référence à la figure annexée, au moins selon la direction X dans le référentiel 9 en X, Y, Z, dans le but 15 d'éloigner ce pied de pression 5 du dernier point 18, et/ou des moyens pour bloquer la rotation de la bobine 31 et/ou des moyens pour commander la rotation de la bobine dans le sens de l'enroulement du fil 2 et/ou des moyens pour déplacer la bobine suivant la direction X définie ci-dessus. Il est aussi précisé que ces moyens peuvent être automatiques, ou 20 semi-automatiques, ou même manuels. Avec une structure de dispositif comme décrit ci-dessus, notamment pour les applications qui ont été mises en exergue ci-avant, il est très avantageux que les moyens de soudure ponctuelle 14 soient constitués par un générateur laser 114, avantageusement un laser YAG (Grenat d'Yttrium 25 et d'Aluminium), apte à délivrer un faisceau d'énergie selon un axe optique de sortie 115, des moyens 116 pour monter ce générateur laser 114 en coopération avec l'embase 100 de façon que l'axe optique 115 soit dirigé vers l'espace de soudage 200, et des moyens 15, comme une lentille convergente ou analogue représentée schématiquement sur la figure, pour 30 focaliser le faisceau d'énergie sur le point 16, 17, 18. Pour pouvoir réaliser plusieurs soudures dans l'espace de soudure 200, il est tout à fait préférable que les moyens 116 définis ci-avant pour monter le générateur laser 114 en coopération avec l'embase 100 soient constitués par des moyens pour déplacer ce générateur laser suivant au moins une direction parmi trois directions non confondues X, Y, Z liées à l'embase 100 qui constituent avantageusement le référentiel associé au dispositif. De façon habituelle, ces trois directions sont orthogonales entre elles comme dans le référentiel de Galilée. Ces moyens 116 pour monter le générateur laser 114 en coopération avec l'embase 100 sont du même type que ceux qui sont référencés 8, 9 et/ou 12, 13, et ne seront pas, non plus, décrits ici, car étant du domaine de l'homme du métier. Pour faciliter le travail des utilisateurs d'un tel dispositif, il est tout à fait avantageux qu'il comporte en outre une caméra de prise de vues 40 et des moyens 140 pour monter cette caméra en association avec le générateur laser 114 de façon qu'elle vise le point 16, 17, 18, en précisant que cette caméra est d'un très grand grossissement. Il peut en outre être prévu un organe de gestion, non illustré, du type à microprocesseur ou analogue programmable relié à tous les moyens qui peuvent être commandés, comme ceux pour le déplacement du pied de pression 5, du doigt presseur 10, du générateur laser 114, de la caméra 40, et/ou ceux pour le déroulement ou le freinage du déroulement de la bobine 20 31. Un tel organe de traitement pourra donner au dispositif selon l'invention un fonctionnement au moins semi-automatique. Comme il n'entre pas dans le cadre de la présente invention, il ne sera pas plus amplement décrit ici, dans l'unique souci de simplifier la présente description. 25 Le mode d'utilisation et le fonctionnement du dispositif selon l'invention apparaissent clairement à la lecture des deux descriptions faites ci-dessus de la mise en oeuvre du procédé et de la structure du dispositif. Il est cependant précisé que la force de traction sur la seconde portion de fil 202 peut être obtenue, selon les cas, de façon manuelle, ou semi- 30 automatique, par exemple en bloquant le déroulement de la bobine 31, et en reculant le pied de pression 5, ou en rembobinant le fil sur la bobine en laissant le pied de pression fixe mais en l'ayant fait passer dans sa seconde position, etc.