Brevet FR2128293A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne un appareil d'alignement et d'orientation et, plus particulièrement, un appareil pour aligner et orienter des articles semi-conducteurs avant de procéder aux multiples étapes de traitement qui ont lieu à des postes placés à la périphérie de l'appareil d'exploitation. Au fur et à mesure que la complexité des dispositifs de circuits intégrés augmente le nomfcire des différents circuits contenus dans un seul assemblage semi-conducteurs et les problèmes de manipulation et de test de ces assemblages de circuits deviennent également plus complexes. Les équipements et systèmes de tests accomplissent maintenant des tests statiques et dynamiques sur des asserrblages intégrés en utilisant des testeurs fonctionnels et des systèmes de tests complexes commandés par calculateur. L'évolution des systèmes et équipements de tests a mis en évidence le renforcement des vitesses de fonctionnement des équipements de tests étant donné qu'un nontire considérablement plus élevé de tests est accompli sur ces assemblages de circuits plus complexes en des périodes de temps plus courtes. L'automation de l'opération de test s'est presque généralisée pour augmenter la vitesse de l'opération de test. En tant que partie de cette automation, des progrès importants ont été faits au regard de l'appareil de manipulation. La demande de brevet n° 7043247, déposée par la demanderesse le 26.11.70, révèle un appareil pneumatique et mécanique de préhension des petits blocs semi-conducteurs, pour transporter de façon sélective des minuscules blocs semi-conducteurs comportant un nombre important de circuits, et' ce, entre des postes périphériques afin de les soumettre à de multiples étapes de traitement. Des sondes à vide sont portées par un enserrble étoilé rotatif et indexable, chaque bras de l'étoile comportant une sonde. Les bras saisissent les blocs da façon sélective à partir de plusieurs bols d'alimentation vibrants et les transportent à des postes pour les tester et ensuite pour les trier suivant les résultats des tests. Comme cela est accompli à présent, les blocs ne sont alignés que dans les bols où ils doivent être saisis. Une butée de fin de course détermine l'emplacement du bloc dans le sens X et la position du bol lui-même place le bloc dans le sens Y. La position de la butée par rapport au bol est importante pour maintenir la position angulaire appropriée entre les blocs. Ainsi, pour assurer le positionnement approprié, sur un contacteur de test placé au poste suivant de l'ensemble étoilé, dans un ensemble à quatre bols, il faut commander huit réglages. Comme cela peut être facilement mis en évidence, il est extrêmement difficile de commander tous ces réglages particulièrement lorsque les effets de rebond des blocs aux butées sont pris en considération. Dans ces agencements, la vitesse vibratoire des bols ralentit la vitesse de l'enserrtile étoilé de sorte que la préhension se fait avant l'alignement et l'orientation complets 72 00571 2 2128293 d'un bloc dans le bol. ce qui provoque des inexactitudes dans la mise en place. L'imprécision provenant du besoin de maintenir un si grand nombre de réglages dans des limites de tolérances extrêmement rigides, est extrêmement élevée. Le résultat global montre une faible efficacité de mise en 5 contact aux postes de test suivants, ce qui nécessite le passage multiple du même lot de blocs dans l'appareil de manipulation pour obtenir convenablement une opération de test. Par ailleurs, il faut faire appel à des réajustements de l'appareil qui prennent beaucoup de temps., ce qui réduit sensiblement le temps disponible de l'appareil. 10' Afin d'éviter les imprécisions et les déficiences dans l'alignement actuel des bols d'alimentation de l'appareil de manipulation de blocs, la présente invention ajoute un appareil d'alignement et d'orientation à l'appareil de manipulation. Après avoir saisi les blocs dans les bols au moyen des sondes à vide, chaque bloc passe par cet étage d'alignement et d'orien-15 tation avant d'être transporté à un poste contacteur pour le test. L'appareil est placé à un poste se trouvant entre les postes de préhension et les postes contacteurs, et il est formé de deux bras réglables dans les sens X et Y afin d'assurer l'alignement de l'appareil. Chaque bras a une extrémité qui peut pivoter autour d'un point commun et qui peut se déplacer normalement 20 à l'autre extrémité pour définir un intervalle supérieur aux dimensions du bloc semi-conducteur. En réponse à Une excitation, les bras sont actionnés et peuvent s'attirer. La dimension de l'intervalle qui les sépare est réduite à environ celle du bloc. Un des bras porte un élément rigide en forme de V pour orienter le bloc 25 et l'autre bras a des éléments à ressorts en forme de V pour appliquer le bloc dans l'élément rigide tandis que le bloc est porté sous l'effet du vide sur un bras comportant une sonde à vide. Lorsque l'excitation disparaît, le bloc est orienté et aligné et peut être transporté sur le poste suivant par indexage de l'appareil de manipulation. 30 Conformément à une caractéristique de la présente invention, les éléments en forme de V s'attirent entre eux au moyen d'un champ magnétique tandis que leurs autres extrémités respectives pivotent autour d'un point commun. Des vis de réglage limitent l'étendue de l'excursion des bras et, ainsi, définissent les limites de l'intervalle qui les séparent. Les extrémités 35 en forme de V des bras agissent avec le corps d'un bloc, ce qui permet au bloc de prendre assise entre les deux V, c'est-à-dire, d'être correctement aligné et orienté. Les bras peuvent être actionnés de façon individuelle et l'excitation peut disparaître sur les deux bras à la fois ou successivement. Lorsque l'excitation disparaît, des ressorts de rappel ramènent les bras 40 à leur position normale. 72 00571 3 2128293 Conformément à une autre caractéristique de la présente invention, le fonctionnement du dispositif est sensiblement la même que dans la caractéristique précédente si ce n'est que le bras ayant l'élément rigide porte une plateforme qui se projète à partir d'une portion de l'élément pour se placer 5 en-dessous des pattes de contact des blocs. Une paroi de réception est définie à la jonction de l'élément et de la plate-forme qui est actionnée par ces pattes tandis que l'autre bras est actionné simultanément avec la surface du bloc. En utilisant ce mode de réalisation, on obtient l'élimination des erreurs dues aux tolérances admises sur les dimensions du bloc lors des 10 opérations de découpage et sur la mise en place des pattes de contact par rapport à la surface du bloc. Dans ce mode de réalisation, l'alignement se fait hors des pattes du bloc. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple 15 non limitatif, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente une vue en élévation schématique de l'appareil de manipulation comprenant l'ensemble étoilé. La figure 2 représente une vue en élévation de l'appareil d'orientation et d'alignement placé à un des postes de l'appareil d'exploitation. 20 Les figures 3A-3C sont des vues en élévation schématique des différentes étapes d'alignement et d'orientation d'un bloc conformément à un mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 représente une vue partiellement en coupe du mode de réalisation de la figure 3 suivant la ligne 4-4. 25 Les figures 5A à 5C sont des vues en élévation schématiques des diffé rentes étapes d'alignement et d'orientation d'un bloc conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention, La figure S représente une vue partiellement en coupe du mode de réalisation de la figure 5 suivant la ligne 6-6. 30 Comme mentionné plus haut, l'appareil de préhension des différents blocs à partir de plusieurs bols d'alimentation vibrants est décrit dans la demande de brevet n° 7043247.Bans cette description l'appareil comprend un ensemble étoilé 10 ayant plusieurs bras 11 s'étenéant radialement à partir du moyeu de l'ensemble. L'ensemble étoilé est indexable si bien que les différents 35 bras 11 agissent simultanément à plusieurs^postes fixes. Aux quatre premiers postes, les bols d'alimentation 12 contiennent des blocs semi-conducteurs placés en vrac. Après les bols d'alimentation, se trouve un poste d'alignement 13, qui est l'objet de la présente invention, un poste de détection de la présence de dispositifs 14, un poste d'essai 15 et un poste de tri 16. 40 Chacun des bras 11 de l'ensemble étoilé 10 contient également une sonde à 72 00571 4 ' 2128293 vide qui peut être abaissée dans le sens axial. Les bras des sondes, recueillent, en 17, les blocs à partir des bols 12 et, au moyen du vide appliqué dans les sondes, les transportent d'un poste à un autre. Chacun des bols 12 a une butée 13 qui lui est associée et qui est maintenue de façon rigide à 5 son extrémité 19. Un réglage angulaire de la butée 18 est assuré en 20. Le bloc est aligné dans le sens X 21 au moyen de la butée 18 et dans le sens Y 22 par la position du bol. Comme cela a été mentionné plus haut, cet alignement dans le bol est, au mieux, un alignement grossier et non satisfaisant pour la mise en contact qui doit se faire sur les pattes d'un bloc au poste de 10 test 15. La figure 2 représente de façon plus détaillée l'appareil d'alignement et d'orientation 13. L'appareil d'alignement et d'orientation comprend une base 25, un étage X 26, et un étage Y 27. Au moyen des vis de réglage 28 et 29, les réglages sont faits pour l'appareil d'alignement et d'orientation. 15 Sur l'étage Y 27 sont montés des bras 30 et 31 qui sont généralement en forme de U. Les bras 30,31 pivotent chacun à une extrémité, autour d'un point commun, au moyen d'un ensemble à vis et écrou 32. Les autres extrémités des bras 30 et 31 comprennent respectivement les éléments d'alignement et d'orientation de l'appareil. 20 Comme le montre la figure 2, les bras 30 et 31 sont à l'état actif, exerçant une tension sur les ressorts de rappel 33 et 34. L'excursion des bras est définie par des paires de butées 35a-35b, et 36a-36b. L'excitation des bras est faite de façon indépendante par des bobines électromagnétiques 37 et 38 qui sont convenablement excitées par un conducteur 39, par une source 25 de potentiel électrique. Lorsque les bobines sont excitées, un champ magnétique s'établit entre les armatures des bobines et les bras 30 et 31, permettant aux bras de pivoter autour du point 32 jusqu'à ce qu'ils s'attirent mutuellement et viennent s'engager avec les butées 35b et 36b. Dans la position de repos, ou position normale, des bras, ces derniers sont en contact avec les 30 butées 35a et 36a et aucune tension n'est exercée sur les ressorts de rappel 33,34. Bien que l'appareil dans la présente invention ait été décrit comme utilisant deux bras qui pivotent autour d'un point commun, il est bien évident qu'un bras pourrait être maintenu dans une position fixe l'autre pouvant être déplacé lorsqu'il est excité. De préférence, dans un agencement 35 de ce type, le bras 30 serait maintenu fixe dans la position d'excitation de la figure 2 et le bras 31 pivoterait autour de l'ensemble 32. A l'extrémité du bras 30, se trouve une surface de réception 40, en forme de v, faite dans un matériau rigide, les surfaces de contact étant faites dans un matériau tel qu'un carbure pour absorber les effets de contact 40 répétés des blocs. A l'extrémité du bras 31 se trouvent deux ressorts souples 72 00571 5 2128293 distincts 41 et 42 qui peuvent être revêtus d'un matériau résistant abrasif pour empêcher l'usure. Comme le montre la figure 3A, un bloc semi-conducteur 45 ayant une forme carrée ou rectangulaire et porté par une sonde à vide [non représenté), est 5 placé dans l'intervalle 46 séparant l'élément rigide 40 et les ressorts 41 et 42. Les bras 30, 31 sont respectivement en contact avec les butées 35a, 36a. Une fois les bobines 37,38 excitées Cfig. 3EJ), les bras 30, 31 s'attirent mutuellement et viennent en contact avec les butées 35b, 36b. La dimension de l'intervalle 46 est réduite et le bloc 45 est placé contre l'élément 40 du 10 bras 30. Les ressorts souples 41, 42 appliquent le bloc 45 dans l'ouverture en forme de V, 43 de l'élément 40. Une fois le bloc aligné et orienté, la bobine 38 est mise au repos et.par suite de l'action du ressort 34, le bras 31 est ramené contre la butée 36a comme le montre la figure 3C. Peu après, la bobine 37 est amenée au repos et, à son tour, le ressort 33 ramène le 15 bras 30 à sa position normale contre la butée 35a, comme le montre la figure 3A. L'alignement du bloc est réalisé et, lorsque le bras de la sonde à vide est soulevé, le bloc est enlevé du poste d'alignement et est indexé sur d'autres postes comme le montre la figure 1. Comme le montre la figure 4, l'alignement du bloc 45 a lieu sur les 20 surfaces latérales du bloc en l'appliquant entre l'élément 40 et les ressorts tel que 42. La tête de la sonde à vide 17 est soumise au vide par une ouverture 44 afin de maintenir le bloc 45 par une force de succion tandis qu'ont lieu l'alignement et l'orientation. Lorsque la force de succion est appliquée, le bloc 45 peut glisser sur la surface de contact de la tête 17. 25 Comme le montre les figures 5A-5C, l'appareil d'alignement est sensible ment le même que celui décrit en regard des figures 3 et 4. Cependant, comme le montre plus particulièrement la figure 6, le bras 30, au moyen des ressorts à porte à faux 53, porte une plate-forme 47 se prolongeant à partir d'une portion de lfélément rigide 40. Les ressorts 53 sont utilisés 30 pour recevoir tous les alignements verticaux lorsque le bloc est abaissé sur la plate-forme 47 et également pour fournir la force de glissement appropriée entre le bloc et la plate-forme 47. La plate-forme 47 définit un bord 48 avec l'élément 40 sur lequel sont alignées les pattes 49 du bloc 50. Les ressorts souples 41, 42, se prolongent à partir du bras 31 de la même manière 35 que cela est montré dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, et permettent à la paroi latérale 51 de s'engager avec le bloc 50. La plate-forme 47 est rendue également souple en la montant sur le bras 30 au moyen de ressorts parallèles 53. Le fonctionnement de l'appareil d'alignement et d'orientation est rigou-40 reusement le même. Sur la figure 5A, les deux bobines 37, 38 sont mises au 72 00571 6 2128293 repos et les bras 30, 31 sont respectivement en contact avec les butées 35a, 36a. Le bloc 50 porté par une sonde à vide repose sur la plate-forme 47. Sur la figure 5B, les deux bobines 37, 38 sont excitées et le bloc 50 est aligné contre la paroi de réception 48 de l'ouverture en forme de V, 52. Les 5 ressorts 41, 42 appliquent le bloc 50 dans l'ouverture 52. Ceci provoque un glissement sur la plate-forme 47 pa rapport à la sonde à vide 17 jusqu'à ce que les pattes touchent les parois de réception 48 de l'ouverture 52. Sur la figure 5C, la bobine 38 est mise au repos et, par suite de l'action du ressort 33, le bras 31 se rétracte. Une fois le bras 31 rétracté, le bloc 10 est alors soulevé du poste d'alignement et d'orientation sur les postes de traitement suivants, comme le montre la figure 1, au moyen de la sonde à vide 17. Ensuite, la bobine 37 est mise au repos et le bras 30 se rétracte. Lorsque les bras sont relâchés successivement plutôt que simultanément, tout mésalignement dû au mouvement de restauration des ressorts souples 15 élastiquement déformés, est éliminé. En réalisant l'alignement sur les pattes 40 du bloc 50 plutôt que sur les parois externes du bloc lui-même, les erreurs de tolérance, apparaissant dans le corps du bloc par suite des opérations de découpage', sont évitées. Ceci élimine l'erreur de découpage comme facteur de mésalignement entre les 20 pattes 49 et les lames du contacteur au poste de test 15 de la figure 1. Lorsque l'appareil d'alignement et d'orientation est utilisé dans l'appareil de manipulation de la figure 1, le dispositif d'alignement est placé à deux postes du poste de test 15 afin d'éliminer une erreur supplémentaire. L'appareil de manipulation emploie un mécanisme d'indexage à cames 25 parallèles, mécanisme qui est formé par deux cames qui indexent tour à tour la tête d'un poste à un autre. La précision de l'indexage est fonction de la précision des deux cames. Lorsque le poste d'alignement et d'orientation est placé à deux postes plus loin du poste de mise sn contact de test, la came qui indexe le bloc dans le poste d'alignement indexe également le bloc 30 dans le poste de mise en contact et toute imprécision due à l'indexeur est éliminée grâce à l'usage du dispositif d'alignement. Il est bien évident que l'appareil d'alignement et d'orientation de la présente invention peut être utilisé avec tout autre équipement qu'un dispositif de test. Il peut être utilisé partout où il est nécessaire d'obtenir 35 la précision de l'alignement de l'orientation d'un bloc semi-conducteur. Cette application pourrait être utilisée lors de la mise en place des blocs sur un susbtrat. Ilreste bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être 40 envisagées sans sortir pour autant du cadre et de la portée de la présente invention. 72 00571 7 2128293 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alignement et d'orientation d'articles, du genre de ceux placés à l'un des postes d'un appareil de manipulation d'articles, dans lequel les articles sont transportés d'un poste à l'autre par des moyens de transport, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : 5 une paire de bras dont une première extrémité de chacun d'eux est reliée à un point commun, au moins l'un des bras pouvant pivoter, autour d'un point commun, dans des limites définies et les deux bras étant disposés, en position de repos, de telle sorte que les deuxièmes extrémités de chacun de ces bras définissent entre eux un espace supérieur aux dimensions de l'un des articles, 10 des premiers moyens.situés sur les deuxièmes extrémités des bras pour entrer en contact avec les surfaces d'un article transporté dans ledit espacement, afin d'aligner et d'orienter l'article dans une position prédéterminée, lorsque ls, ou les bras pivotables sont excités, et, des seconds moyens pour exciter le ou les bras pivotables, afin de rédui-15 re ledit espace, l'article étant pressé entre les dits premiers moyens afin de placer l'article dans une position prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux bras peuvent pivoter autour de l'une de leurs extrémités, et en ce que les seconds moyens pour exciter les bras comportent des premier et second dispositifs 20 d'excitation de bras indépendants, et qui sont excités pour contrôler respectivement le pivotement des bras dans des limites définies. 3. Dispositif d'alignement et d'orientation de blocs semiconducteurs comportant des doigts ae contact s'étendant à partir de l'une de leurs surfaces, caractérisé en ce qu'il comprend : 25 une paire de bras, chacun de ces bras comportant une extrémité pouvant pivoter, dans des limites définies, autour d'un point commun, les autres extrémités de ces bras, lorsque ces derniers sont en position normale, définissant entre eux un espace supérieur à la dimension de llun des blocs, des moyens, situés à ces autres extrémités de chacun des bras, pour 30 entrer en contact avec des parties d'un bloc situées dans ledit espace, afin d'aligner et d'orienter ce bloc lorsque les bras sont excités, des moyens pour exciter les bras, de façon indépendante, afin de réduire l'espace, de telle sorte que les moyens, situés aux autres extrémités de chacun des bras, sont pressés contre les parties respectives du bloc afin 35 d'aligner et d'orienter ce dernier dans une position prédéterminée. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1, ou 2 ou 3, caractérisé en ce 72 00571 8 2128293 que les moyens situés aux deuxième ou autres extrémités de chacun des bras comportent, pour le premier de ces brasi un membre rigide en forme de V, les surfaces en V de ce membre entrant en contact avec une partie au "bloc" ou de l'article, afin de l'aligner, et, pour l'autre bras, une paire de res-5 sorts déformables et flexibles, en forme de V, qui. entrent en contact avec d'autres parties du bloc de l'article, ces autres parties étant opposées à celles qui sont en contact avec l'élément rigide. • 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément rigide a une plate-forme s'étendant à partir d'une partie de la face du membre 10 qui entre en contact, de telle sorte que, lorsque l'article est aligné et orienté, il est également positionné sur la plate-forme. S. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément rigide a une plate-forme s'étendant à partir d'une partie de la face entrant en contact dudit membre, afin de définir une surface de mise en position 15 entre la plate-forme et l'élément rigide, de telle sorte que, lorsque le bloc ou l'article, ayant ses doigts de contact positionnés sur la plate-forme, est actionné par ledit dispositif, les doigts de contact sont alignés et orientés à la surface de positionnement tandis que les dits fessorts agissent sur le corps du bloc.