Brevet FR2028353A1 — publié le 19701009

La présente invention concerne un dispositif de positionnement et plus particulièrement un dispositif de micro-positionnement permettant le positionnement subminiature d'une pièce de travail en rotation et en translation dans un plan unique. 5 La progression de la technologie des micro-circuits a rendu nécessaire l'utilisation de dispositifs de positionnement fins et précis permettant un positionnement et une orientation exacts de la pièce de travail par rapport à l'outil de travail, afin d'effectuer l'opération prévue avec un degré élevé de pùécision. Par exemple, dans les opérations de masquage, il est nécessaire 10 de réaliser de très petits déplacements de la pastille ou de la micro-plaquette de circuit, à la fois en rotation et en translation dans un rapport n'excédant pas un dix millionième. Il est non seulement nécessaire d'avoir un dispositif de positionnement exact et précis, mais il est également nécessaire qu'il soit simple et robus-15 te, qu'il puisse être fabriqué rapidement et à peu de frais, et soit de manipulation simple par un utilisateur, réduisant ainsi les possibilités d'erreurs involontaires. La présente invention concerne un dispositif de micro-positionnement simple et précis permettant le positionnement d'une pièce de travail dans 20 la direction X et en rotation par l'intermédiaire de deux cames en forme de cale, fonctionnant séparément. Le déplacement des cames en direction opposée permet le déplacement en translation de la pièce de travail dans la direction X tandis que le déplacement des cames dans la même direction permet le mouvement relatif de la pièce de travail dans le plan X-Y. Le déplacement dans 25 la direction Y est réalisé par simple déplacement rectligne du type micrométrique. Un objet de cette invention est donc de réaliser un dispositif de micro-positionnement amélioré. Un autre objet de cette invention est de réaliser un dispositif de 30 micro-positionnement simple positionnant une pièce de travail à la fois en translation et en rotation dans le plan X-Y. Un autre objet de cette invention est de réaliser un dispositif de micro-positionnement présentant un degré élevé de précision et d'exactitude. Un autre objet de cette invention est de réaliser un dispositif de 35 micro-positionnement précis qui soit de conception simple et de fabrication bon marché. Un autre objet de cette invention est de réaliser un dispositif de positionnement précis et simple qui ne soit pas suceptible d'entrainer l'utilisateur à faire des erreurs de positionnements involontaires. 40 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 69 45794 2 2028353 rassortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préférée de celle-ci. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de positionnement du type préféré réalisé suivant la présente invention. 5 La figure 2 est une vue en coupe prise de dessus suivant la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe prise de côté suivant la ligne 3-3 de la figure 1. Le dispositif de positionnement représenté dans la figure 1 est utilisé 10 pour positionner la pièce de travail 1 par rapport à un outil, suivant l'opération à effectuer. La pièce de travail 1 peut être n'importe quel type de micro-plaquette semi-conduettfice ou tout autre type de pièce de travail. La paroi annulaire 3 fixée à la plaque 5 est la paroi de la chambre d'un dispositif à chambre à piston maintenant la pièce de travail 1. La plaque de posi-15 tionnement 5 est en contact avec la plaque de guidage 7 et peut se déplacer librement par rapport à la surface supérieure de cette plaque 7. La plaque de guidage 7 est montée sur l'embase 8. Comme on le voit dans la figure 1, les écrous de mise à niveau 11, 13 et 15 de l'embase 8 sont utilisés pour réaliser la mise à niveau initiale du 20 dispositif de positionnement. L'actionnement approprié des boutons de positionnement 19, 21 et 23 permet à la fois le déplacement en translation et en rotation de la plaque 5 suivant le plan X-Y de la surface supérieure de la plaque 7. Des vis à ressort 27, 29 et 31 dans la figure 1 maintiennent la plaque 5 sur la plaque 7. Le diamètre des alésages dans la plaque 5 reçevant les vis 25 27, 29 et 31 est plus important que le diamètre desr.vi's afin de permettre leur libre mouvement permettant de positionner la plaque 5. Par exemple, les vis 27, 29 et 31 peuvent être prévues pour permettre un déplacement de la plaque 5 de l'ordre de 1 mm. A cet égard, il est évident que les surfaces de contact entre les plaques 5 et 7 doivent être lisses pour permettre un déplacement 30 facile. Il est également évident que l'une des surfaces de contact peut être dentelée pour réduire la friction entre les surfaces. Comme on le verra plus en détail dans les figures 2 et 3, les ressorts hélicoïdaux 33, 35 et 37 appliquent latéralement des forces à la plaque 5 afin d'assurer un déplacement correct en réponse à l'actionnement des boutons 35 19, 21 et 23. Comme on le verra plus ën détail ultérieurement, l'actionnement des boutons 19, 21 et 23 provoque le déplacement, dans une cavité 36, de deux arbres de positionnement montés sur roulement à billes et raccordés à la surface inférieure de la plaque 5. Dans la figure 2, la vue en coupe prise de dessus le long de la ligne 40 2-2 de la figure 1 représente l'ensemble utilisé pour transmettre le mouvement 69 5 10 15 20 25 30 35 S 40 45794 3 2028353 de positionnement à la plaque de positionnement 5. Comme on le voit dans la figure 2, la cavité 36 ménagée dans la plaque 7 permet le mouvement de deux arbres de positionnement 38 et 40 raccordés à la surface inférieure de la plaque 5. L'arbre de positionnement 38 comprend un roulement à bille 39 maintenu par une vis 41. Conroe on le voit dans la figure 3, la vis 41 montée dans la plaque 5 est vissée dans le chemin intérieur du roulement à billes 39 afin de maintenir ce roulement 39 perpendiculaire et de façon rigide à la surface inférieure de la plaque 5. De la même façon, l'arbre de positionnement 40 comprend un ensemble de deux roulements à billes 43 et 45 et une vis de fixation 47. Comme on le voit dans la figure 3, la vis 47 est vissée dans le chemin de roulement intérieur des roulements à billes 43 et 45. En se reportant à la figure 2, on voit que les bielles 51, 53 et 55 sont en contact avec le chemin de roulement extérieur des roulements à billes 39, 43 et 45 respectivement. Les bielles 51, 53 et 55 sont logées dans des trous percés dans la plaque 7 et peuvent se déplacer librement dans le sens latéral. Il est évident que les bielles 51 et 55 sont positionnées de façon à appliquer des forces à la plaque 5 par l'intermédiaire des arbres de positionnement 38 et 40 qui sont décalés l'un par rapport à l'autre. Le mouvement de positionnement dans la direction X est transmis aux bielles 51 et 55 par l'action des cames 61 et 65 respectivement, et le mouvement dans la direction Y est transmis par l'action de la bielle 53. A cet égard, on doit noter que chaque bielle 51, 53 et 55 a ses extrémités libres qui sont simplement en contact avec les divers roulements et cames. Le mouvement rotatif et dans les directions X et Y de la plaque de positionnement 5 apparaitra plus évident au cours de la description suivante de la fonction des boutons 19, 21 et 23, représentés dans la figure 1. En se reportant à la figure 2, on voit que la tige 69 est filetée vers la gauche et que la tige 73 est filetée vers la droite. Cependant, il est évident que d'autres dispositions des filetages peuvent être utilisées. En considérant la disposition représentée dans la figure, la rotation du bouton 19 dans le sens direct comme représenté dans la figure 1, provoque la sortie de la tige filetée de la plaque à la figure 2, tandis que la rotation dans le sens direct du bouton 23 comme représenté dans la figure 1, provoque l'avancement de la tige filetée 73 dans la plaque 7 à la figure 2. On s'aperçoit que cette rotation dans le sens direct des boutons 19 et 23 provoque le déplacement vers la droite des bielles 51 et 55 dans la figure 2. A cet égard la bielle 55 est poussée vers la droite par la largeur croissante de la came 65 tandis que la bielle 51 est poussée vers la droite par la largeur décroissante de la came 61. L'arbre de positionnement 38 déplace la bielle 51 vers la droite 69 45794 4 2028353 sn réponse au mouvement vers la droite de la bielle 55 et à l'action du ressort hélicoïdal 33 représenté dans la figure 1. L'action combinée de ce ressort et de la bielle assure le positionnement en translation de la pièce de travail lorsque les boutons sont tournés. On doit noter que chaque ressort33, 35 et 37 5 représentés dans la figure 1 est positionné de façon à appliquer une force à la plaque 5 qui soit alignée avec la force pouvant être appliquée par les bielles respectives 51, 53 et 55. 11 est évident qu'avec des tiges 69 et 73 filetées suivant un pas identique et des cames 61 et 65 Dde même forme, le déplacement en translation 10 dans le sens X de la pièce de travail peut être réalisé par l'actionnement simultané des boutons 19 et 23 à la même vitesse. Cependant, afin d'obtenir simplement un positionnement final sans translation de la pièce de travail, il est seulement nécessaire d'actionner les boutons de façon que les bielles soient déplacées d'une distance égale. 15 II est clair que la rotation dans le sens rétrograde des boutons 19 et 23 provoque le déplacement dans le sens X vers la gauche, le ressort 37 dans la figure 1 et la bielle 51 dans la figure 2 agissant de la même façon que le ressort 33 et la bielle 55 provoquant le déplacement dans le sens X vers la droite. Il est également clair que l'actionnement des boutons 19 et 23 dans 20 la figure 1 en direction opposée provoque la rotation de la plaque de positionnement 5. Spécifiquement, la rotation dans le sens direct du bouton 19 et la rotation dans le sens rétrograde du bouton 23 provoque la rotation dans le sans rétrograde de la plaquB de positionnement 5. De la même façon la rotation dans le sens rétrograde du bouton 19 et la rotation dans le sens direct du 25 bouton 23 provoque la rotation dans le sens rétrograde de-la plaque 5. Comme on le constate dans la figure 2, l'actionnement du micromètre 21 dans la figure 1 provoque le déplacement de la bielle 53, c'est -à-dire le déplacement dans le sens Y. On doit noter que le ressort hélicoïdal 35 de la figure 1 agit sur le centre de la plaque de positionnement 5 afin d'appliquer 30 une force de rappel déplaçant la plaque 5 vers l'extérieur lorsque le micromètre est actionné pour ramener en arrière sa fusée 17. Il est évident d'après la discussion précédente que n'importe quelle position de la pièce de travail 1 en rotation et en translation peut être " obtenue avec précision dans les limites de positionnement du nouveau disposi-35 tif de micro-positionnement de la présente invention. L'utilisation de cames et de vis d'entraînement permet un degré élevé d'exactitude et de précision. Par exemple, une précision de 1/10 millionième peut être obtenue avec des pièces usinées correctement. De plus, l'utilisation de vis et de boutons présente l'avantage de minimiser les risques d'erreurs involontaires dans le 40 positionnement. 69 45794 5 2028353 La figure 3 représente une vue en coupe prise de côté le long de la ligne 3-3 de la figure 1, du nouveau dispositif de positionnement de la présente invention. La figure 3 comprend quelques détails du dispositif à chambre à piston servant au maintien de la pièce et monté sur la plaque de positionnement 5 de la réalisation préférée. 5 Comme on le voit dans la figure 3, le dispositif à chambre à piston 65 maintenant la pièce, comprend un piston 68, une paroi de chambre 3 et un anneau de positionnement 2. L'anneau 2 est maintenu en place par la dépression créée dans le canal 82 de la cloison annulaire 3. L'anneau 2 est utilisé pour maintenir la pièce de travail 1 en place. 10 L'ensemble piston 88. à l'intérieur de la paroi 3 de la chambre, comprend une plaque supérieure 87 en forme de disque sur laquelle se trouve la pièce de travail 1 et une plaque inférieure 89 en forme de piston sur laquelle la pression 'air est appliquée. La plaque inférieure 89 faite d'un matériau élastomère ou résiliant non abrasif tel que le caoutchouc, épouse parfaitement la forme 15 de la surface intérieure de la paroi 3 de la chambre afin de réaliser un dispositif étanche. La plaque supérieure 87 comprend une rangée de trous de dépression 90. Un canal annulaire de dépression 91 est usiné concentriquement dans une cloison de piston cylindrique raccordant la plaque de piston supérieure 87 à la plaque de piston inférieure 89. Des alésages 93 raccordant la 20 chambre intérieure de l'ensemble piston 86 au canal 91 sont espacés autour du canal de dépression 91. Aucune pression n'étant appliquée à la ligne d'alimentation en pression 95, le piston 88 est en position basse, reposant sur la surface de la plaque 5, comme représenté dans la figure 3. A ce moment, l'anneau 2 peut être enlevé 25 afin de permettre l'installation de la pièce de travail 1. Le positionnement et le guidage initial de la pièce de travail 1 est réalisé par trois doigts situés à égale distance l'un de l'autre autour de la périphérie extérieure de la surface supérieure de la plaque 87. Deux de ces doigts 97 et 99 sont représentés sur la figure 3. Tous les doigts sauf le doigt 99 sont munis de ressort. 30 La pièce de travail 1 étant initialement positionnée entre les doigts de guidage, l'anneau 2 en place et la pression appliquée à la ligne d'alimentation 95, le piston 88 monte de façon que la périphérie de la surface supérieure de la pièce de travail 1 entre en contact avec la surface inférieure de l'anneau 2 et soit maintenue fermement dans cette position. La dépression appliquée 35 simultanément à la ligne de dépression 101 maintient l'anneau 2 en place et applique une force plus importante sur l'anneau 2 que la force appliquée sur le piston 88 par la pression en 95. La pièce de travail 1 est non seulement maintenue en place par l'anneau 40 2, mais également par la force appliquée par la dépression créée dans le piston 69 45794 S 2028353 88 lorsqu'il atteint sa position hauieen réponse à la pression appliquée. On voit sur la figure 3 que, lorsque 18 piston 88 est en position haute, la dépression appliquée à la ligne 101 est également transférée par l'intermédiaire du canal 91 et des trous 93 à la chambre de l'ensemble piston 88. 5 La dépression à l'intérieur de l'ensemble piston 68 est à son tour transférée par les trous de la plaque supérieure 87, à la pièce de travail 1 afin d'y appliquer une force de maintien supplémentaire. Ainsi, la pièce de travail 1 étant initialement positionnée et bloquée en place, le positionnement final peut être obtenu. 10 On peut ainsi constater que suivant la réalisation préférée de l'invention la pièce de travail 1 est maintenue fermement par l'action du dispositif à chambre à piston 85, monté sur la plaque de positionnement 5. Cependant, il est évident que d'autres moyens peuvent être utilisés pour monter et maintenir la pièce de travail. 15 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les des sins, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préférée de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 45794 7 2028353 REVENDICATIONS 1. Dispositif de positionnement en rotation et en translation d'une pièce de travail, comprenant : une platine de positionnement pour supporter la pièce de travail et des moyens de montage permettant à ladite platine d'effectuer librement des mouvements de rotation et de translation plan sur plan ; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de conmande pour appliquer une première et une deuxième forces parallèles, parallèlement à ladite platine, respectivement en deux points espacés de façon à obtenir un mouvement de rotation ou de translation de ladite platine plan sur plan. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel une première et une deu-' xiètne cames de forme biseautée se trouvent placées respectivement aux deux points sur lesques sont appliquées respectivement les dites première et deuxième forces. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les dits moyens dB commande comportent un premier et un second moyens rotatifs comprenant chacun une vis mère et un écrou correspondant, chacune des vis mère ayant une de ses extrémités connectée à l'une des dites canes de sorte que la rotation dudit écrou sur ladite vis mère provoque le déplacement de ladite came. 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel des moyens sont prévus pour appliquer une force à ladite platine, parallèle à celle-ci, et dans une direction perpendiculaire aux dites première et deuxième forces de façon à obtenir un mouvement de ladite platine perpendiculaire au mouvement de translation obtenu avec les dites première et deuxième forces. 5. Dispositif de positionnement précis d'une pièce de travail, comprenant une platine de positionnement dont la surface supérieure supporte la pièce de travail, et des moyens de montage permettant à ladite platine d'effectuer un mouvement de rotation ou de translation plan sur plan ; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement comprenant une première et une deuxième cames situées en deux points différents, et telles qu'un déplacement des dites cames dans la même direction provoque un mouvement de rotation de ladite platine et un déplacement des dites cames dans deux directions opposées provoque un mouvement de translation de ladite platine 6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel les dites première et deuxième cames se déplacent sous la commande en rotation d'une première et d'une 69 45794 8 2028353 deuxième vis respectivement. 7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel les dites première et deuxième vis sont filetées en sens inverse. 8. Dispositif de micro-positionnement comprenant une platine de positionnement 5 et des moyens de montage de la pièce de travail sur la surface supérieure de la platine, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première et une deuxième tiges connectées respectivement à deux points espacés de la surface inférieure de ladite platine, chacune des tiges étant montée sur palier, 10 ~ une première et une deuxième cames de forme semblable connectées res pectivement aux dites première et deuxième tiges de façon à faire contact avec ledit palier. - des moyens de commande connectés aux dites première et deuxième cames pour obtenir un mouvement de rotation de ladite platine quand les dites 15 cames sont déplacées dans la même direction et un mouvement de translation de ladite platine quand les dites cames sont déplacées dans des directions apposées. 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel des moyens micrométriques sont connectés à l'une des dites première et deuxième tiges pour obtenir un 20 déplacement de ladite platine, perpendiculaire au déplacement de translation obtenu avec les dites tiges. 10. Dispositif de micro-positionnement d'une pièce de travail comprenant une platine de positionnement de la pièce de travail et des moyens de support de la platine permettant à cette dernière un mouvement de rotation ou de trans-25 lation plan sur plan ; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens pour appliquer sélectivement une première force parallèle à ladite platine, et en un premier point de ladite platine et des moyens pour appliquer sélectivement une deuxième force parallèle à ladite platine opposée à ladite première force, et en un deuxième point de ladite platine 30 situé en dehors de la ligne de support de ladite première force. - un premier et un deuxième ressorts connectés à ladite platine de façon à appliquer à celle-ci des forces opposées aux dites première et deuxième forces, - des moyens de commande pour appliquer les dites première et deuxième 35 forces, pour obtenir un mouvement de rotation de ladite platine par applieation 69 45794 9 2028353 des dites première et deuxième forces' et un mouvement de translation de ladite platine par application de l'une seulement des dites première et deuxième forces.