Brevet FR2535983A1 — publié le 19840518

La présente invention concerne un distributeur d'adhésif destiné notamment à des machines de positionnement de composants électroniques sur des cartes de circuits imprimés. Les machines destinées à positionner des composants électroniques du type en pastille sur une carte de circuits imprimés à de très grandes vitesses nécessitent un dis- tributeur d'adhésif pour distribuer un adhésif non conducteur sur une carte de circuit imprimé entre les surface conductrices sur la carte La pastille est ensuite placée sur l'adhésif pour qu'elle adhère à la carte entre les surfaces conductrices La carte peut ensuite être traitée par un appareil de soudage à la vague pour effec- tuer les connexions électriques finales entre le compo- sant et les surfaces conductrices de la carte. L'étude des appareils disponibles destinés à distribuer un adhésif fait apparaître qu'un tel appareil doit distribuer avec précision de très petites quantités d'une matière en forme de pâte épaisse, à une fréquence d'au moins quatre fois par seconde, avec une sécurité suffisante pour être incorporé dans un ensemble automatique sans introduire de temps d'arrêt potentiel de cet ensemble, dépassant le temps nécessaire pour réparer d'autres éléments de fonctionnement de l'ensemble En outre, toutes ces conditions doivent être remplies en utilisabt les ressources mécaniques et électriques existant sur la machine de positionnement de composante, Il existe d'une façon générale deux procédés d'application ou dépât de gouttelettes de fluide dans des positions spécifiées; le procédé par transfert et l'application directe Un exemple du procédé par transfert est celui du tampon en caoutchouc dans lequel le fluide est prélevé par un dispositif d'application, et déposé à l'endroit voulu Les appareils existants mettant en oeuvre ce procédé d'application d'adhésifs sur une carte de circuits imprimés ne sont pas souhaitables car ils ne sont pas des dispositifs àdusage général, ils doivent être conçus et réalisés spécialement pour des applications spécifiques et ils ne sont généralement pas programmables. L'application directe d'un fluide sur un substrat se fait en provoquant la circulation d'un fluide depuis un réservoir vers un dispositif d'application comprenant un orifice qui dépose le fluide Le fluide est mis en circulation par une conduite provenant du réservoir vers un dispositif d'application par un type ou un autre de dispositif de déplacement, soit à air comprimé (pneumatique) soit à réduction mécanique du volume du réservoir pour déplacer le fluideo Il existe deux manières d'utiliser le procédé de déplacement pneumatique pour provoquer la circulation du fluideo Le moyen simple consiste à appliquer une pression à un réservoir lorsq'il y a lieu de faire circuler la matière et à relâcher la pression quand la quantité voulue a été délivrée par le dispositif d'application. Lorsqu 9 ils sont utilisés avec des matières relativement fluides, ces dispositifs sont souvent équipés de manière qu'une légère dépression (appelée "contre-succion? 3 soit appliquée au réservoir quand la pression est supprimée afin d'éviter que du fluide ne s'échappe à tort (égout- tage) du dispositif d'application sous l'effet de la gravité ou par action capillaireo Dans ces dispositifs, des aiguilles creuses émoussées sont couramment utilisées pour llorifice de sortie du dispositif d'application - Le second procédé pneumatique pour distribuer des fluides implique de maintenir constamment sous pression le réservoir quand le dispositif fonctionne Une vanne est intercalée entre le réservoir et le dispositif d appli= cation pour contrôler l'émission de fluideo Ces vannes peuvent être commandées manuellement ou actionnées par diverses liaisons électriques, pneumatiques, hydrauliques ou mécaniqueso Dans ces dispositifs, le fluide doit circuler par les éléments intérieurs de la vanne et s'il consiste en un adhésif qui peut épaissir ou durcir, la vanne est mise hors service jusqu'à ce qu'elle soit nettoyée. En ce qui concerne un moyen mécanique pour réduire le volume du réservoir afin de déplacer le-fluide, cela peut se faire en utilisant un plongeur exerçant son action sur le fluide ou par écrasement du réservoir. Aucun des dispositifs antérieurs de la nature décrite ci-dessus ne permet de mesurer une petite quantité d'un adhésif en forme de pâte avec un degré de reproducti- bilité et de fiabilité dans un intervalle de temps limité et spécifié pour l'application dans une machine de positionne- ment de composants du type en pastille Les dispositifs mentionnés utilisent une aiguille creuse comme sortie du dispositif d'application Le but est de faire sortir l'adhésif au-delà de l'extrémité de l'aiguille et d'amener la sortie de l'aiguille contre le substrat de la carte imprimée pour appliquer la petite quantité d'adhésif dans la position voulue Théoriquement, la matière qui sort se sépare de la masse principale d'adhésif dans le plan de la sortie et reste sur le substrat quand l'aiguille est reculée Mais en pratique, le contact de l'aiguille avec le substrat tend à repousser le fluide dans l'orifice de l'aiguille et, quand cette dernière est enlevée, le fluide se sépare à l'intérieur de l'orifice, laissant un vide à l'extrémité de l'aiguille, ce vide ne pouvant être complètement rempli au cycle suivant ce dont il résulte l'absence d'un dépôt à ce moment Inversement, au contact entre l'aiguille et le substrat, une quantité suffisante de matière peut être repoussée dans l'orifice de l'aiguille pour qu'une prise suffisante se produise entre l'adhésif et le diamètre intérieur de l'aiguille pour surmonter la cohésion et la tension superficielle de l'adhésif sur le substrat, de sorte que le dép 3 t d'adhésif sur ce substrat ne se fait pas Ces problèmes peuvent être partiellement résolus si la gouttelette de matière est relativement grande par rapport au diamètre intérieur de l'aiguille Mais, dans le cas d'applications de petites quantités mesurées d'adhésif, la grosseuz de la gouttelette est à peu près la même que la dimension de l'aiguille et par conséquent, un dispositif d'application à aiguille creuse est insuffisant dans ce cas. Un but de l'invention est donc de proposer un mécanisme qui mesure exactement de très petites quantités d'une pâte adhésive épaisse en forme de gouttelette sur un substrat comme une carte de circuits imprimés. Un autre but de l'invention est de proposer un distributeur d'adhésif comprenant un cylindre extérieur maintenu sur un support qui se déplace dans un dispositif de mesure d'adhésif, vers et à l'opposé d'un substrat pour placer de très petites quantités d'adhésif sur ce-substrat. Un autre but encore de l'invention est de proposer un dispositif distributeur d'adhésif qui effectue un dépôt en ligne directe de l'adhésif sur un substrat, ce dispositif n'étant pas affecté par la pression ou la viscosité de l'adhésif. L'invention concerne donc un dispositif distributeur d'adhésif destiné à placer rapidement une très petite gouttelette d'adhésif sur un substrat et comprenant un boitier support avec un dispositif de mesure d'adhésif agencé pour recevoir de l'adhésif sous pression constante provenant d'une réserve d'adhésif, le dispositif de mesure comprenant un dispositif pour recueillir l'adhésif et effectuer un dépôt en ligne directe de celui-ci sur le substrat Un mécanisme distributeur est supporté par le boitier et coopère avec le dispositif de mesure pour l'approcher et l'écarter du substrat. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La-figure 1 est une vue en élévation du dispositif distributeur d'adhésif à l'état de repos, La figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 avec la broche de dosage en position rétractée pour recueillir une quantité mesurée d'adhésif, La figure 3 est une vue-similaire à celle de la figure 1 avec la broche dedosage en position abaissée après avoir recueilli l'adhésif, et La figure 4 montre le distributeur en position abaissée pour appliquer une gouttelette d'adhésif sur un substrat. Il y a lieu maintenant de se référer à la figure 1 qui représente le distributeur d'adhésif dans un état statique ou de repos Ce distributeur a été développé pour doser de petites quantités d'adhésif entre les surfaces conductrices d'une carte de circuits imprimés pour fixer des composants électroniques du type en pastille sur la carte Mais, comme cela apparaîtra par la suite, ce distributeur pourrait être utilisé dans d'autres en- vironnements lorsqu'une application rapide de petites quantités de matière sur un substrat est nécessaire. Le distributeur 10 est supporté sur un boitier support 12 positionné sur un bâti de machine (non- représenté) Dans le cas d'utilisation dans une machine de positionnement de pastille, le distributeur place une gouttelette "D" d'adhésif sur la carte 14 de circuits imprimés entre des surfaces conductrices de la carte. Le boitier support 12 comporte une ouvertureou alésage 16 cylindrique et épaulée qui enferme un cylindre distributeur 18 et un cylindre de dosage 20 pouvant s'appro-': cher et s'écarter de la carte pendant le prélèvement de l'adhésif et son application sur la carte. Le cylindre distributeur 18 comporte un manchon 22 avec un capuchon fileté 2 a à son extrémité inférieure et un piston 26 à son extrémité supérieure Un support inférieur de manchon 28 est supporté dans l'alésage 16 par des goupilles de blocage 30 Le support de manchon 28 comporte un joint intérieur et un joint extérieur, 32 et 34 respectivement Un support supérieur de manchon 36 est également monté dans l'alésage 16 par deux goupilles de blocage 38 et il est engagé hermétiquement dans l'alésage par une bague torique 40. L'étanchéité du piston 26 est assurée dans l'alésage 16 par une bague torique 42 et ce piston supporte un carter tubulaire 44 qui est fixé par un écrou de blocage 46 Un joint 48 dans le support de manchon 36 entoure le carter tubulaire 44 pour former une chambre étanche à l'air au-dessus du piston 26 L'extrémité opposée de l'alésage 16 est fermée hermétiquement par un capuchon 50 et un joint annulaire 52. Le cylindre de mesure 20 comporte un piston 54 monté à l'intérieur de l'alésage 56 du manchon 22 Le piston 54 comporte une collerette centrale 58 et des collerettes d'extrémité 60 et 62 qui contiennent des joints 64, 66 La collerette d'extrémité 60 du piston 54 supporte une broche 68 de dosage d'adhésif. Une douille 70 non mouillable est fixée à l'inté- rieur de l'alésage 56 au moyen dvun capuchon 72, à frottement gras dans l'alésage 56 La douille 70 comporte également un épaulement 74 positionné contre le capuchon fileté 24 De la manière représentées la broche de dosage 68 descend par l'alésage 76 dans la douille 70 La broche 68 est une pièce rigide pleine ajustée exactement dans l'alésage 76 de la douille 70 Un nez ou une buse 80 est vissé sur l'extrémité inférieure 78 de la douille 70. L'adhésif est amené à la broche de dosage au moyen d'un tuyau d'alimentation souple 82 fixé sur un raccord 84 supporté par la douille 70 Le raccord comporte une ouverture ou un orifice 86 qui communique avec l'alésage 76 dans lequel coulisse la broche de dosage 68. Le tuyau 82 d'alimentation en adhésif est branché sur un réservoir d'adhésif 88 mis sous pression par une source d'air 90 Un régulateur 92 de pression d'air - maintient la pression d'air constante voulue dans le réser- voir pour fournir l'adhésif au cylindre de dosage avec le débit voulu Une vanne d'arrêt 94 est également dispo- sée dans le tuyau d'alimentation en adhésif. Le cylindre distributeur 18 est actionné pour monter et descendre par des conduites d'arrivée d'air 96, 98 qui communiquent avec l'alésage 16 aux extrémités opposées du piston 26 Le piston 54 du cylindre de dosage comporte une conduite d'air 100 qui communique avec son extrémité inférieure par un orifice 101 d u manchon 22. Le carter tubulaire 44 comporte un orifice 102 qui communique avec un tuyau d'air flexible 104, plaçant l'ex- trémité supérieure du piston 54 sous pression à la séquence voulue pendant le fonctionnement du dispositif comme cela apparaîtra par la suite. En fonctionnement, à partir de la position de repos représentée sur la figure 1, le tuyau d'arrivée d'adhésif 82 et la conduite d'air 100 sont mis sous pression, ce qui soulève le piston 54 et la tige ou broche de dosage 68 jusqu'à la position représentée sur la figure 2 et à *ce moment, de l'adhésif pénètre dans l'alésage 76 de la douille 70 Cette dernière est faite d'une matière non mouillable, comme du tétrafluoréthylène "TEFLON" à laquelle l'adhésif n'adhère pas, Après cette phase de démarrage, le réservoir d'adhésif est constamment sous pression La quantité d'adhésif qui entre dans l'alésage 76 est fonction des caractéristiques d'écoulement et de viscosité de la matière en fonction de la résistance à l'écoulement de l'ensemble, de la pression dans le réservoir et de la durée pendant laquelle l'orifice ou l'ouverture 86 de l'alésage 76 est ouvert par le retrait de la broche de do.sage 68 Après l'élévation du piston 54 et de la broche de dosage 68, et l'écoulement d'un temps correct pour recueillir la valeur requise d'un globule d'adhésif dans l'alésage 76, la conduite d'air 104 est mise sous pression pour faire descendre la broche 68 dans l'alésage 76 afin de recueillir et de séparer la quantité voulue d'adhésif de la masse principale, suivant l'intersection de l'ouverture de l'orifice 86 de l'alésage 76 Ensuite, l'orifice 86 est fermé par la broche 68 et aucun autre adhésif ne peut pénétrer dans l'alésage 76 La figure 3 montre cette position du distributeur et la mise en place qui en résulte d'une'qoutte "D" d'adhésif à l'extrémité de la broche 68, à la sortie du distributeur Aucune gouttelette n'est perdue entre le point de réception et la sortie du distributeur car la douille est faite d'une matière non mouillable et en raison de l'ajustage précis de la broche 68 dans l'alésage 76. Il y a lieu d'examiner maintenant la figure 4 sur laquelle le distributeur est représenté en position basse pour placer l'adhésif sur le substrat 14 Quand la conduite d'air 98 est mise sous pression ainsi que la conduite d'air 104, le cylindre distributeur 18 et le manchon 22 descendent dans le carter support jusqu'à un point auquel la buse ou sortie 80 du distributeur vient en contact avec le substrat et la gouttelette d'adhésif est serrée entre l'extrémité de la broche et la surface de travail Il en résulte que la gouttelette s'étale et assure une bonne prise entre le substrat et le dépôt car la surface de contact de la gouttelette sur le substrat est supérieure à la surface de contact de la gouttelette sur l'extrémité de la broche 68 Si au cours de l'opérationde l'adhésif est en contact avec la douille, aucune adhérence ne se-produit car cette douille est faite d'une matière non mouillable. Dans la suite du fonctionnement du distributeur, les séquences des opérations illustrées sur les figures 2 à 4 sont répétées Autrement dit, après le dépôt de la gouttelette comme le montre la figure 4, les conduites d'air 96 et 100 sont mises sous pression pour ramener le distributeur et la broche de dosage dans la position de prélèvement d'adhésif représentée sur la figure 2 A la course de retour, les-tampons 106 et 108 absorbent le choc de talonnage des pistons 26 et 54. Les opérations du distributeur qui ont été décrites ci-dessus, et particulièrement des conduites d'air et de la source de compression du réservoir d'adhésif peuvent toutes être commandées par un dispositif de commande par calculateur, programmé pour les autres fonctions des autres éléments d'une machine; dans le cas présent, il s'agit d'une machine de positionnement de pastilles. Il faut également remarquer qu'un produit lumines- cent comme "UVITEX O B " mélangé avec l'adhésif peut faciliter l'inspection visuelle A l'examen à la lumière noire, les gouttelettes adhésives apparaissent, ce qui permet une inspection visuelle de gouttelettes qui manquent ou d'une pastille qui manque, qui aurait été placée sur une gouttelette à la phase suivante de mise en place de pastille pendant le fonctionnement de la machine De même, une inspection automatique pourrait être effectuée à partir d'une lecture numérisée de la configuration lumineuse des gouttelettes sur le substrat. Il apparaît ainsi que le distributeur d'adhésif décrit ci-dessus effectue un dépôt rapide en ligne directe d'une minuscule gouttelette: d'adhésif provenant de l'alésage 76, sur un substrat La quantité d'adhésif qui circule- dans l'alésage 76 est fonction des caractéristiques d'é- coulemenft de l'adhésif et de la viscosité de la matière en fonction de la résistance à l'écoulement de l'ensemble ainsi que de la pression dans le réservoir d'adhésif et de la durée pendant laquelle l'orifice 86 et l'alésage 76 communiquent entre eux Etant donné que les caractéristiques de l'adhésif, la résistance de l'ensemble et la pression dans le réservoir sont toutes constantes pour une instal- lation donnée, la commande de la durée pendant laquelle l'orifice 86 est ouvert (par la rapidité du mouvement de la broche de dosage 68) détermine la quantité d'adhésif admise dans l'alésage 76 et par conséquent, la quantité d'adhésif déposée ensuite sur le substrat. REVENDICATIONS 1 Dispositif distributeur d'adhésif destiné à placer rapidement une minuscule jouttelette d'adhésif sur le substrat, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un carter support ( 12) et un dispositif de dosage d'adhé- sif ( 20) agencé pour recevoir de l'adhésif sous pression constante provenant d'une source d'alimentation en adhésif ( 88), ledit dispositif de dosage ( 20) comprenant un dispositif ( 68, 76, 86) destiné à recueillir de l'adhésif fourni et à effectuer un dépôt en ligne directe d'une quantité dosée d'adhésif sur le substrat ( 14) et un mécanisme distributeur ( 18) supporté par ledit carter support ( 12) et coopérant avec ledit dispositif de dosage ( 20) pour approcher et écarter ledit dispositif de dosage ( 20) du substrat ( 14) 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit mécanisme du distributeur comporte un cylindre ( 18) et une tête de distribution ( 80) pouvant s'approcher et s'écarter du substrat ( 14}p ledit dispositif de dosage ( 20) comprenant un piston ( 54) mobile coaxiale- ment dans le cylindre ( 18)selon un mouvement alternatif afin de recueillir l'adhésif et de le déposer sur le substrat ( 14). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de dosage d'adhésif ( 20) est une douille ( 70) non-mouillable supportée dans ledit cylindre ( 18) et avec un alésage ( 76) communiquant avec la source d'adhésif ( 88), ledit dispositif de dosage ( 20) comprenant une broche de dosage ( 68) montée sur ledit piston ( 54) et animée d'un mouvement alternatif dans ledit alésage ( 76) pour recevoir une quantité prédéterminée d'adhésif provenant de la source et pour la positionner dans ladite tête de distribution ( 80). 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre distributeur ( 18) à double effet supporté dans le carter support et comprenant un piston ( 26) avec des côtés opposés communiquant avec les conduites d'air ( 96,98) pour déplacer le piston ( 26) dans un sens et dans l'autre dans le-carter support ( 12), un manchon ( 22) monté- sur ledit piston ( 26), enfermant un piston de mesure ( 54) dont les côtés opposés communiquent avec des conduites d'air ( 100, 104) pour un mouvement dans un sens et dans l'autre dans ledit manchon ( 22), ledit manchon ( 22) comportant également une douille ( 70) non-mouillable qui y est fixée, comprenant un alésage ( 76) pour recevoir une broche de dosage ( 68) supportée par ledit piston de dosage ( 54) et ladite douille ( 70) communiquant avec une source d'alimentation d'adhésif ( 88, 82, 84, 86) de manière que pendant le mouvement dans un sens et dans l'autre du piston de dosage ( 54), la broche de dosage ( 68) recueille une petite quantité d'adhésif (D) et effectue un dépôt en ligne directe de cet adhésif sur le substrat ( 14). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source d'adhésif est un réservoir ( 88) d'adhésif sous pression constante. 6 Dispositif de mesure d'adhésif destiné à placer de minuscules gouttelettes d'adhésif sur un substrat, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une douille ( 70) non mouillable agencée pour recevoir de l'adhésif provenant d'une source d'alimentation en adhésif ( 88), un dispositif ( 54) pour monter ladite douille ( 70) afin qu'elle puisse s'approcher et s'écarter du substrat ( 14), ladite douille ( 70) comportant un alésage ( 76) qui reçoit une broche de dosage( 68) et un dispositif ( 102, 104) pour imprimer un mouvement alternatif à ladite broche de dosage ( 68) dans ledit alésage ( 76) afin de recueillir une gouttelette (D) d'adhésif provenant de la source d'adhésif ( 88) et d'effectuer un dépôt en ligne directe d'adhésif sur le substrat ( 14). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en.ce que ladite douille ( 70) a une surface réduite pour monter une buse ( 84)-r eliée à une conduite d'adhésif ( 82) qui contient un adhésif sous pression constante. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite douille ( 70) est entourée par une buse ( 80) à son l'extrémité destinée à placer la gouttelette d'adhésif (D).