Brevet FR3030315A1 — publié le 20160624

L'invention a trait à un procédé de traitement par UV de produit tel que vernis, colle, résine appliqué sur une carte à circuit imprimé. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Certaines cartes électroniques sont destinées à être implantées dans des environnements difficiles. Il convient alors de les vernir pour protéger les pistes et les soudures des composants sur la carte à circuit impri- mé. Sur des chaînes d'assemblage de telles cartes, les cartes sont amenées par convoyeur vers un poste de vernissage qui est suivi par un poste de séchage. L'invention a trait plus particulièrement au séchage par rayonnement ultraviolet (UV). Il est également connu de déposer sur de telles cartes des quantités données de produits comme de la colle ou de la résine qui nécessitent une polymérisation par voie ultraviolette. De la même façon, les cartes sont amenées par le convoyeur vers un poste d'application de produit qui est suivi par un poste de polymérisation. Que ce soit pour le séchage ou la polymérisation, le convoyeur amène la carte dans une zone éclairée par une source de rayonnement UV. La carte y passe un certain temps, déterminé par la vitesse d'avancement du con- voyeur. L'énergie reçue par la carte est le produit de la puissance de la source par le temps d'exposition. Le calibrage de cette énergie est primordial pour assurer une bonne qualité du séchage ou de la polymérisa- tion. Cependant, diverses difficultés opérationnelles rendent ce calibrage assez difficile. En effet, dans le cas du séchage, il est connu d'utiliser une lampe au mer- cure à basse ou moyenne pression comme source de rayonnement UV. Cependant, une telle source rayonne à raison de 20% seulement dans le spectre UV (UV A, UV B, UV C et UV V), et à 80% dans l'infrarouge. Le rayonnement d'une telle lampe dérive avec son vieillissement, ce qui rend difficile la garantie de, la délivrance d'une quantité d'énergie déterminée pendant toute la durée de vie de la lampe. En outre, son rayonnement infrarouge provoque une augmentation de la température ambiante, pouvant dépasser 100 degrés Celsius, ce qui contribue à rendre l'environnement du poste de séchage très sévère. En outre, la vitesse d'avancement du convoyeur est sujette à variations, ce qui rend encore plus difficile le calibrage de l'énergie UV reçue par la carte. Dans le cas de la polymérisation, on utilise plutôt des matrices constituées de LEDs UV, rayonnant autour d'une longueur d'onde UV donnée (pour exemple 365nm ; 385nm, 395nm ou UVA) avec peu ou pas d'émission infra- rouge. Ce type de source UV est donc plus facile à utili- ser et gérer. Néanmoins, il provoque une augmentation de la température ambiante non négligeable pouvant induire des dérives, notamment sur le rendement des LEDs. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de permettre un contrôle fin et permanent de l'énergie reçue par la carte à circuit imprimé, pour garantir une utilisation optimale de la source de rayonnement UV. PRESENTAT ION DE-L'IMVENTION A cet effet, on propose un procédé de traitement par UV de produit appliqué tel que, vernis, colle, résine sur une carte à circuit imprimé amenée par un convoyeur vers un poste de traitement par UV, le poste étant équipé d'une source de rayonnement UV à l'aplomb du convoyeur définissant une zone d'éclairage dans laquelle les cartes passent de sorte que le produit soit traité quand la carte passe dans la zone d'éclairage , le procédé compor- tant : - La mise en oeuvre d'un capteur délivrant un signal représentatif de la vitesse d'avancement du convoyeur ; - La mise en oeuvre d'un capteur de rayonnement UV délivrant un signal représentatif de la puissance UV re- çue par le capteur par la source de rayonnement UV à proximité immédiate du passage des cartes dans la zone d'éclairage, de sorte que le signal soit représentatif de la puissance UV délivrée par la source de rayonnement UV au niveau de la carte ; - La disposition d'un blindage formant barrière thermique protégeant le corps du capteur de rayonnement UV et sa connectique, laissant seule sa fenêtre exposée au rayonnement UV ; - Le calibrage du signal du capteur de rayonnement UV dans des conditions opérationnelles similaires avec une source de rayonnement UV identique ; - L'asservissement de la puissance UV émise par la source de rayonnement UV et/ou l'énergie UV dispensée par ladite source par action sur la tension aux bornes de la source de rayonnement UV en tenant compte du signal du capteur de rayonnement UV et du signal du capteur de vitesse. Le blindage évite l'exposition du capteur à des conditions de température trop sévère, qui atténuerait sa durée de vie et perturberait sa mesure. Le calibrage du capteur permet d'intégrer la dérive du signal avec la température ambiante, pour un niveau donnée de puissance UV. Il est alors possible de proposer un asservissement de la puissance UV qui n'est pas perturbée. En outre, la mesure de la vitesse d'avancement du convoyeur permet d'évaluer précisément le temps d'exposition de chaque carte, et donc d'évaluer l'énergie UV reçue par chaque carte. Les dispositions de l'invention permettent donc un contrôle fin du séchage. L'asservissement ainsi mis en oeuvre permet de s'affranchir à la fois des dérives du capteur et de celles de la source de rayonnement, pour garantir la délivrance d'une puissance et/ou d'une énergie optimale et sensiblement constante. En outre, l'asservissement permet de garder une trace enregistrée de la puissance et/ou d'une énergie fournie de sorte qu'il est possible de générer des attestations qualitatives ou quantitatives du traitement par UV reçu par les cartes ainsi traitées. Diverses expérimentations ont permis de vérifier que l'énergie dispensée dans la zone d'éclairage peut être contenue dans une fourchette de plus ou moins 5% autour de la valeur de consigne, ce qui est supérieur aux standards communément admis dans le domaine du traitement par UV de cartes à circuits imprimés. Selon un aspect particulier de l'invention, on pro- pose un capteur particulièrement adapté à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, le capteur comprenant : Un corps creux définissant une cavité débouchant vers l'extérieur par une ouverture fermée par une fenêtre transparente en quartz ; Une photodiode disposée dans la cavité en amont de la fenêtre transparente pour être insolée par le rayonnement UV entrant dans la cavité par la fenêtre. Le corps permet de protéger la photodiode de l'environnement thermique et de la puissance UV délivrée par la source de rayonnement, ce qui contribue à une du- rée de vie augmentée du capteur ainsi constitué. Le signal électrique de la photodiode peut être utilisé pour évaluer la puissance UV reçue par la carte qui passe à proximité du capteur. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de mise oeuvre plus parti- culièrement destiné au séchage de vernis, en référence aux figures des dessins annexés, parmi lesquelles : - La figure 1 est une vue générale d'un poste de séchage intégré dans une chaîne d'assemblage de cartes électroniques ; - La figure 2 est un schéma de principe montrant la zone d'éclairage à l'intérieur du poste de séchage ; - La figure 3 est un schéma bloc de l'asservissement mis en oeuvre selon l'invention ; - Les figures 4A et 4B sont des vues de l'agencement du capteur à proximité immédiate du passage de la carte dans le poste de séchage ; - La figure 5 est une vue en coupe schématique d'un capteur selon l'invention ; - La figure 6 est un schéma-bloc d'un asservisse- ment de la source de rayonnement UV. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, une chaîne d'assemblage de cartes électroniques comporte en général un convoyeur 1 qui porte des cartes 100 sur lesquelles des composants électroniques sont rapportés. Puis les cartes passent dans un poste de vernissage 2 dans lequel du vernis est appliqué sur la carte à circuit imprimé. Les cartes passent ensuite dans un poste de séchage 3 équipé ici d'une lampe à mercure moyenne pression 4 formant une source de rayonnement UV. Sur la figure 2, on distingue la zone d'éclairage 5 couverte par la lampe 4, et dans laquelle défilent les cartes 100. L'énergie UV reçue par la carte 100 dépend de son temps de séjour dans la zone d'éclairage, donc de la vitesse d'avancement du convoyeur 1, et de la puissance UV émise par la lampe 4. L'asservissement de l'invention est illustré à la figure 3, sur lequel on retrouve la lampe 4, alimentée en courant électrique par un ballast 6 qui fait varier la tension aux bornes de la lampe 4. La commande 7 du bal- last 6 est fournie par un régulateur 8 en réponse à une consigne d'énergie 9. Le régulateur met en oeuvre un asservissement pour asservir la puissance UV délivrée par la lampe 4 à la consigne d'énergie 9, qui sera détaillé plus loin en relation avec la figure 6. A cet effet, le régulateur 8 reçoit un signal d'un capteur 10 disposé dans la zone éclairée à proximité immédiate du passage des cartes 100 et adapté à mesurer la puissance délivrée par la lampe 4. Selon une variante de l'invention, le régulateur 8 met en oeuvre un asservissement pour asservir l'énergie UV délivrée par la lampe 4 sur une carte lors de son passage dans la zone éclairée. A cet effet, le régulateur 8 reçoit un signal d'un capteur 12 disposé pour mesurer la vitesse d'avancement du convoyeur 1 et délivrant un signal représentatif de la vitesse d'avancement du con- voyeur. Le signal du codeur 12 permet d'évaluer le temps d'exposition d'une carte dans la zone éclairée, et d'en déduire l'énergie reçue par produit avec la puissance mesurée à l'aide du capteur 10. La lampe 4 produit beaucoup de rayonnement infra- rouge qui a pour effet d'augmenter la température am- biante dans la zone d'éclairage 5, qui peut atteindre ou dépasser les 100 degrés Celsius. Il convient de prendre quelques précautions pour l'installation du capteur et son utilisation. En particulier, comme cela est visible aux figures 4A et 4B, le capteur 10 est mis en place à proximité immédiate des cartes 100, dans la zone d'éclairage 5, en étant protégé par un blindage 13 qui protège l'ensemble du capteur 10 à l'exception de sa fenêtre 17, directement exposée au rayonnement UV de la lampe 4. Le blindage 13 protège le capteur 10 de la chaleur ambiante. Même ainsi protégé, le capteur est soumis à échauf- fement et son signal peut dériver compte tenu de la chaleur. Il convient donc de procéder à un calibrage du si- gnal du capteur dans des conditions opérationnelles simi- laires. En pratique, il est possible de calibrer le signal du capteur 10 directement sur le poste de séchage, avant la mise en service du poste. Malgré le blindage, les conditions de fonctionne- ment du capteur sont très difficiles, et l'invention est avantageusement mise en oeuvre avec un capteur illustré à la figure 5, spécialement conçu pour de telles conditions. Le capteur 10 de l'invention comporte un corps creux 15, ici en forme de douille, réalisé de préférence en acier inoxydable. Le corps 15 définit une cavité 16, ici une cavité cylindrique, ouverte à l'une des extrémi- tés. Cette ouverture est fermée par une fenêtre transparente en quartz 17 qui permet l'entrée du rayonnement UV à l'intérieur de la cavité 16. En amont de la fenêtre 17 est disposée une photodiode 21, sensible au rayonnement UV qui lui parvient après avoir traversé la fenêtre. Le corps et la fenêtre atténuent certes le rayonnement UV qui parvient à la photodiode mais permettent de préserver celle-ci et augmente considérablement la durée de vie du capteur 10. Un exemple d'asservissement pouvant être mis en oeuvre est illustré à la figure 6. On y retrouve de façon schématisée la lampe UV 4, le ballast 6, le capteur 10 et le régulateur 8. La commande de puissance 30 fournie au ballast 6 est calculée par une fonction de transfert H à partir d'une erreur E calculée en faisant la différence entre une consigne d'énergie 9 et une estimation 32 de l'énergie délivrée par la lampe UV 4. Pour ce faire, le signal du capteur 10, représentatif d'une puissance déli- vrée par la lampe UV 4, est multipliée par le temps d'exposition. Ce dernier est estimé grâce au signal de vitesse 12 du convoyeur. On a observé que le cône d'éclairage de la source de rayonnement UV a tendance à s'ouvrir lorsque la puissance augmente. De Préférence, l'asservissement tient compte de cet effet non linéaire et le corrige pour que la commande du poste de traitement apparaisse linéaire pour l'opérateur. De préférence, l'ensemble est calibré directement sur le convoyeur sur lequel la lampe 4 et le capteur 10 sont installés. En particulier, on effectuera une calibration à puissance maximale et une calibration à puissance diminuée, typiquement à 50 % de la puissance maximale, à l'aide d'un capteur de référence placé sur un plateau plat déplacé par le convoyeur. L'écart entre l'indication du capteur de référence et celle du capteur 10 sera relevé pour au moins ces deux puissances. L'application du procédé de l'invention au séchage de vernis ayant été décrite en détail, il est bien sûr évident que le procédé de l'invention s'applique égale- ment à la polymérisation UV de colles ou de résines appliquées sur la carte. Pour cela, il suffit de remplacer la lampe à mercure par une matrice de LEDs UV rayonnant à une longueur d'onde adaptée au produit à polymériser. Les paramètres du procédé seront alors adaptés en fonction de l'énergie UV requise pour la polymérisation du produit, de la puissance minimale requise le cas échéant. La boucle d'asservissement de l'invention permettra alors d'ajuster l'alimentation des LEDs UV pour délivrer une énergie UV constante malgré les variations de tempé- rature ambiante. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications.30 REVENDICATIONS1. Procédé de traitement par UV de produit tel que vernis, colle, résine appliqué sur une carte à circuit imprimé amenée par un convoyeur (1) vers un poste de traitement par UV, le poste étant équipé d'une source de rayonnement UV à l'aplomb du convoyeur définissant une zone d'éclairage (5) dans laquelle les cartes passent de sorte que le produit soit traité quand la carte passe dans la zone d'éclairage, le procédé comportant : - La mise en oeuvre d'un capteur (12) délivrant un signal représentatif de la vitesse d'avancement du convoyeur (1) - La mise en oeuvre d'un capteur de rayonnement UV délivrant un signal représentatif de la puissance UV re- çue par le capteur par la source de rayonnement UV à proximité immédiate du passage des cartes dans la zone d'éclairage, de sorte que le signal soit représentatif de la puissance UV délivrée par la source de rayonnement UV au niveau de la carte ; - La disposition d'un blindage (13) formant bar- rière thermique protégeant le corps du capteur de rayonnement UV et sa connectique, laissant seule sa fenêtre (17) exposée au rayonnement UV ; - Le calibrage du signal du capteur de rayonnement UV dans des conditions opérationnelles similaires avec une source de rayonnement UV identique ; - L'asservissement de la puissance UV émise par la source de rayonnement UV et/ou l'énergie UV dispensée par ladite source par action sur la tension aux bornes de la source de rayonnement UV en tenant compte du signal ducapteur de rayonnement UV et/ou du signal du capteur de vitesse. 2. Procédé de traitement par UV selon la revendication 1 dans lequel le traitement UV comprend le séchage de vernis appliqué sur la carte, la source de rayonnement UV comprenant une lampe de mercure basse ou moyenne pression. 3. Procédé de traitement par UV selon la revendication 1 dans lequel le traitement UV comprend la polymérisation de résine ou de colle appliquée sur la carte, la source de rayonnement UV comprenant une matrice de LEDs UV rayonnant à une longueur d'onde déterminée. 4. Procédé de traitement par UV selon la revendication 1 dans lequel le calibrage du signal du capteur de rayonnement UV comprend une calibration à puissance maxi- male et une calibration à puissance diminuée de préfé- rence de 50% de la puissance maximale. 5. Procédé de traitement par UV selon la revendication 1 dans lequel l'asservissement corrige un effet non linéaire d'ouverture du cône d'éclairage de la source de rayonnement UV avec la puissance pour rendre linéaire la mise en oeuvre du procédé par un opérateur.