Brevet FR2572619A1 — publié le 19860502

PROCEDE POUR L'ASSEMBLAGE ET LA CONNEXION DE CIRCUITS INTEGRES A DES UNITES DE CIRCUIT ET MACHINE POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention est relative à un procédé pour l'assem- blage et la connexion de circuits intégrés à des unités de circuit. Plus particulièrement, l'invention concerne un tel procédé au cours duquel les plots de connexion situés sur la périphérie de l'une des faces du circuit intégré sont réunis thermiquement à des bornes des unités de circuit selon la technique qui est connue sous la dénomination anglosaxonne de "I.L.B." pour "Inner Lead Bonding" (connexion par conducteurs intérieurs). Il est à noter que dans le présent mémoire, on entend par unité de circuit, tout ensemble de conducteurs dans lequel le circuit intégré doit être inséré, cet ensemble pouvant lui-même être pourvu déjà d'un ou de plusieurs composants électriques ou électroniques. Pour mettre en oeuvre la technique "I.L.B.", on utilise habi- tuellement un ruban se présentant sous la forme d'un film cinémato- graphique portant disposée selon une rangée longitudinale une série d'unités de circuit auxquelles les circuits intégrés doivent respec- tivement être réunis par alliage ou soudage des plots et des bornes. Le film est entraîné pas-à-pas dans le poste de soudage et l'opéra- tion de soudage a lieu par application de l'outil chauffé (ou thermode) sur les plots et les bornes respectivement superposés, le circuit intégré étant, bien entendu, maintenu sur un support à l'aplomb de la thermode. Compte tenu des dimensions extrêmement faïbles d'un circuit intégré, il est indispensable de l'aligner avec une grande précision par rapport à la thermode d'une part et à l'unité de circuit à laquelle il est destiné d'autre part. Dans la plupart des cas, le déalignement ne doit pas dépasser une erreur de 20 microns. Pour obtenir cette très grande précision, il est usuel d'employer des moyens optiques tels qu'un circuit de télévision et d'ajuster la position du circuit intégré par rapport à l'unité de circuit à l'aide de l'image prise par la caméra, par exemple en déplaçant manuellement le support du circuit intégré dans deux directions perpendiculaires. Ainsi, cette opération d'ajustement ne peut se faire que si le champ de la caméra dans le poste de soudage est 72619 dégage, ce qui revient à déplacer latéralement la thermode avant et après l'alignement durant chaque cycle de travail. En outre, ce cycle de travail comporte une opération de charge- ment du circuit intégré et on peut en arriver ainsi au total par circuit intégré à un cycle de travail de 4 secondes parmi lesquelles déjà une seconde est occupée pour le déplacement de la thermode dans le champ de la caméra et hors de celui-ci. L'invention a pour but de fournir un procédé et une machine pour la mise en oeuvre de la technique "I.L.B." alliant la précision requise du soudage à un rythme de travail nettement supérieur à celui que l'on obtenait jusqu'à présent dans cette technique. Elle a donc tout d'abord pour objet un procéde pour l'assemblage de circuits integrés à des unités de circuit présentés selon une rangée longitudinale sur un ruban, par une opération de thermo- compression ou de brasage des plots des circuits intégrés sur des bornes des unités de circuit respectives du ruban, procédé au cours duquel ce ruban est amené à défiler pas-à-pas dans un poste de soudage dans lequel l'assemblage a lieu après alignement précis de chaque circuit integre sur une unité de circuit du ruban, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on effectue simultanément sur des cir- cuits intégrés distincts au moins une opération de chargement, une opération d'alignement et une opération de soudage, à l'aide d'un plateau de support de ces circuits monté rotatif dans le poste de soudage et déplacable angulairement selon un mouvement pas-a-pas, un système de coordonnées polaires pouvant être défini par rapport à ce plateau de telle manière que l'emplacement d'un circuit integré correspondant au soudage correct soit situé sur l'axe polaire de ce système avec un module m et que chaque pas du plateau corresponde à un déplacement d'argument a dans ce système, en ce que l'opération de chargement consiste à déposer chaque circuit intégré sur ledit plateau à un emplacement dont les coordonnées [m+mx; 3a+(a-ax)] diffèrent legèrement d'un nombre entier d'arguments a et/ou dudit module m et en ce que l'opération d'alignement consiste à ramener chaque circuit intégré par glissement grâce à une simple opération de poussée effectuée dans un plan parallèle à celui du plateau, à un emplacement décalé exactement par rapport à l'emplacement de soudage 2 5 7 2619 d'un nombre entier d'arguments a et par rapport au centre du plateau d'une distance correspondant au module m. Il résulte tout d'abord de ces caractéristiques que la durée du cycle de travail peut être réduite par un facteur 2 c'est-a-dire pratiquement à celles des seules opérations de translation du ruban et de chargement du circuit, cette duree totale étant, par exemple de 2 secondes seulement. C'est en effet l'opération de chargement qui détermine alors cette duree, les autres opérations étant typi- quement moins longues. Ensuite, malgré le fait que l'alignement des circuits integrés ne soit pas effectué dans le poste de soudage, on obtient la préci- sion requise par la simplicité de l'opération d'alignement qui consiste à pousser le circuit à son emplacement correct sur le plateau. Celui-ci étant par ailleurs d'une rigidité mécanique considérable, les circuits une fois alignés ne peuvent plus s'écar- ter de leur position correcte jusqu'à-ce qu'ils soient placés dans le poste de soudage. D'autre part, la précision d'alignement circuit intégré - unité de circuit dépend aussi de la tolérance de fabrica- tion du film. Dans le cas o cette tolérance n'est pas suffisante pour réaliser l'opération d'"ILB", on peut facilement ajouter un système (p. ex. optique) permettant de réaligner selon convenance l'unité de circuit. Enfin, les diverses positions du plateau atteintes à chaque pas de son mouvement, peuvent facilement être indexées tandis que, par ailleurs, les variations de la température ambiante n'ont qu'une influence négligeable sur le positionnement correct des circuits intégrés. L'invention a également pour objet une machine pour la mise en oeuvre du procéde tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la desciption qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention, faite en référence aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique en perspec- tive d'une machine d'assemblage pour la mise en oeuvre du procéde suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en plan schématique d'une partie de cette machine essentielle pour l'invention; 72619 - la figure 3 représente en plan le plateau rotatif et son dispositif d'entraînement utilises dans la machine à la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe verticale du plateau, à une échelle double par rapport à la figure 3, la vue étant prise suivant la ligne 4-4 de la figure 3; La vue en perspective de la figure 1 montre une machine d'assem- blage de circuits intégrés qui comporte un bâti 1 sur le lequel sont montées une unité de travail 2 placée au centre du bâti, une unité d'alimentation 3, ici placée à gauche de l'unité de travail 2 ainsi qu'une unité de réception 4 prévue du côté opposé. D'une façon connue en soi, -la machine suivant l'invention utilise un ruban 5 se présentant sous la forme d'un film photo- graphique, de 35 mm par exemple, muni de perforations normalisées (voir également la figure 2). Ce film circule entre l'unité d'ali- mentation 3 et l'unité de réception 4 en passant par l'unité de travail 2 o les circuits intégrés y sont fixés. L'unité d'alimen- tation comporte donc une bobine débitrice 6 comportant la réserve de film, une bobine 7 de réception d'une bande de protection 8 de ce film et des moyens 9 de guidage et de mise sous tension. L'unité de réception comprend une bobine d'enroulement 10 du film fini et une bobine 11 d'o est déroulée une bande de protection 12 qui est destinée a s'insérer entre les spires du film sur la bobine 10. Le film 5 est entrainé pas-à-pas par un dispositif moteur 13 suivi d'un guide 14. Une thermode 15 est disposée dans l'unité de travail 2 de manière à pouvoir effectuer non seulement un mouvement vertical pour effectuer l'opération de thermo-compression ou de brasage proprement dite, mais également un mouvement d'escamotage vers l'arrière. Ce dernier mouvement, qui n'est utile que pour le réglage de la machi- ne, est destiné à dégager le champ d'une caméra de télévion 16 située audessus de cet outil de soudage, caméra qui forme l'image de la zone de travail de la machine sur un écran de télévision 17. Bien entendu, ce montage peut également être exploité pour le contrôle du travail effectué. Le film 5 passe dans l'unité de travail 2 sur des guides 18 et 19 situés de part et d'autre d'un support 20 de circuits intégrés dans lequel est incorporée l'invention. 25726 19 Avant de décrire ce support en détail, il est utile de signaler que les circuits integrés sont fournis à l'unité de travail 2 à l'aide d'un dispositif de chargement 21. Ce dispositif peut être réalisé en partie conformément à la demande de brevet francais no 82/19478 déposée le 18 novembre 1982. Il suffit de rappeler ici que ce dispositif de chargement utilise une bande adhésive 22 sur laquelle sont collés des circuits intégrés préalablement vérifiés. Les circuits intégrés sont collés sur cette bande à partir des plaquettes de silicium après un test de bon fonctionnement. La bande 22 est déroulée d'une bobine 23 et passe sur un organe de séparation 24 à partir duquel les circuits intégrés sont déposés dans un couloir 25 qui peut éventuellement être vibrant et qui constitue en même temps un réservoir tampon des circuits intégrés à partir duquel ceux-ci sont disposés sur le support 20. On va maintenant examiner la figure 2 en décrivant tout d'abord plus en détail un exemple de film pouvant être traité dans la machine suivant l'invention. Comme représenté, des unités de circuit UC sont réalisées dans le film 5 en étant alignées dans le sens longitudinal et chaque unité doit recevoir un circuit intégré CI. A cet effet, chaque unité de circuit UC comporte un certain nombre de bornes B qui sont respectivement destinées à être connectées par thermo-compression ou brasage à des plots correspondants (non représentés sur les dessins) des circuits intégrés, selon une technique qui est parfaitement connue. Bien entendu, l'invention ne se limite aucunement à quelque unité de circuit que ce soit, celle-ci pouvant être un simple ensemble de conducteurs ou bien être un ensemble plus évolué compor- tant déjà un ou plusieurs composants de circuit électriques ou électroniques. Par exemple, si le procédé de l'invention est utilisé dans le domaine de l'horlogerie, chaque unité de circuit UC peut déjà être munie d'une configuration de conducteurs, à laquelle sont raccordés le quartz et d'autres organes analogues. Il est à noter que sur la figure 2, seulement deux unités de circuit UC ont été représentées avec leurs conducteurs, ceci pour ne pas trop charger le dessin. L'opération qui vient brièvement d'être décrite, est connue sous la dénomination "Inner Lead Bonding" et ne présente en soi aucune originalité. De même, la thermode de soudage 15 (figure 1) présente une forme classique, étant entendu qu'il est conformé pour pouvoir appliquer simultanément une certaine quantité de chaleur et une certaine valeur de pression sur toutes les superpositions d'une borne et d'un plot au cours de l'assemblage. Il est à signaler également que l'opération ainsi effectuée assure non seulement le contact électrique du circuit intégré avec l'unité de circuit associée, mais encore leur assemblage, et par voie de conséquence la solidarisation avec le film 5. Conformément à l'une des caractéristiques essentielles de l'invention, le support 20 de circuits intégrés est réalisé sous la forme d'un plateau circulaire 26 (voir également les figures 3 et 4) qui est monté rotatif autour d'un axe vertical X-X définissant à la surface 27 de ce plateau un centre O. La surface 27 est plane et de préférence rectifiée avec une précision élevée. Si on considère que le point O est le pôle d'un système de coordonnées polaires d'axe polaire OA, il est fait en sorte que l'axe vertical de référence-O' défini par la thermode et par rapport auquel chaque circuit intégré CI doit être centré lors du soudage, se situe à une distance m appelée module. Lorsque le circuit intégré est correctement centré sur cet axe 0', on admet que chaque borne B d'une unité de circuit UC se trouve exactement à l'aplomb d'un plot correspondant du circuit moyennant quoi le soudage peut être effec- tué avec la précision souhaitée. On rappelle que l'erreur d'aligne- ment doit être inférieure à 20 microns, à défaut de quoi la conne- xion ne sera pas satisfaisante. Pour obtenir cette précision d'ali- gnement, on ajoutera dans la plupart des cas un-système d'alignement du film permettant de compenser les tolérances de fabrication de celui-ci. Dans l'exemple représenté, le plateau comporte huit emplacements décalés angulairement de 45 les uns des autres, c'est-à-dire d'un argument a dans le système de coordonnées que l'on vient de définir. Ces emplacements sont matérialisés par des trous 28 de forme circu- laire percés dans le plateau avec leur centre écartés du centre de la surface 27 d'une distance qui est égale au module m. La figure 4 montre que le plateau 26 est pourvu d'une broche centrale 29 qui s'étend vers le bas à partir de sa surface infé- rieure et qui est montée à rotation dans un châssis 30 monté sur quatre colonnettes 31. Ce montage est réalisé de telle manière que l'ensemble du châssis 30 et du plateau 26-puisse se déplacer verti- calement de manière à rapprocher ou à éloigner la surface 27 du plateau 26 de la thermode 15. Dans la surface supérieure 32 du châssis 30 est logée une bague 33, réalisée en Teflon (marque déposée), bague qui est à son tour pourvue de creusures 34 servant de conduits d'aspiration d'air. Ces conduits communiquent d'une part avec une source à dépression (non représentée) et d'autre part, sélectivement, avec les trous 28. Par ailleurs, la broche 29 est solidaire en rotation de la croix 35 d'un mécanisme à croix de Malte 36 de construction classique entraînée par un moteur 37 et assurant le mouvement pas-à-pas du plateau 26. Dans l'exemple représenté, le plateau peut occuper huit positions distinctes, le mouvement étant effectué en synchronisme avec l'avan- cement pas-à-pas du film 5. Enfin, le châssis 30 est pourvu d'un doigt d'indexage 37 destiné à pénétrer sélectivement dans des trous 38a et 38b percés respecti- vement dans la bague 33 et le plateau 26 pour fixer les huit posi- tions de ce dernier. Ces trous ne sont pas représentés sur la figure 2. Le doigt d'indexage 37 est actionné par un vérin 39 en synchro- nisme avec les mouvements du plateau 26 et du film 5. Le dispositif de chargement 25 comporte un bras de chargement 40 fonctionnant par dépression et monté sur un chariot 41, mobile dans le plan horizontal dans la direction de la flèche F1 de la figure 2. Le bras de chargement 40 est destiné à transférer un à un les circuits intégrés CI de la sortie du réservoir 25:vers la position de chargement du plateau 26, cette position étant indiquée par la référence P1 sur la figure 2.-Le bras de chargement est pourvu de préférence d'une tête 40a montée rotative autour d'un axe vertical et fonctionnant par aspiration d'air. Ainsi, au cours du transfert vers le plateau 26, chaque circuit intégré peut être positionné angulairement par rapport à son propre centre en étant tourné sélectivement de 90 , 180 ou 270 par exemple. Vu dans le sens d'avancement du plateau 26 (indique par la flèche F2 sur la figure 2), il est prévu un dispositif d'alignement 42 qui comporte un bras d'alignement 43 monté sur un chariot 44 qui est mobile en translation X-Y selon les flèches F3 et F4. Les mouvements du bras 43 sont commandés par un système de réglage automatique composé d'un détecteur opto-électronique 45, d'un circuit de commande 46 et d'un moteur de commande (non représenté) couplé au chariot 44. Dans l'exemple représenté, les emplacements de chargement et d'alignement sont décalés angulairement de la valeur de l'argument a du système de coordonnées polaires. Il en résulte que dans le mode de réalisation représentée, seulement trois empla- cements parmi les huit possibles du plateau 26 sont pourvus d'un outillage, les autres emplacements ne constituant que de simples positions d'attente. On remarquera également qu'au cours du trans- fert d'un circuit intégré CI sur le plateau 26, il est maintenu par aspiration de la dépression appliquée à la bague 33. Conformément à l'invention, le chargement de chaque circuit integré sur le plateau 26 est réalisé de manière que sa position ne corresponde pas exactement à celle que ce circuit doit occuper, après translation angulaire, dans le poste de soudage, c'est-à-dire sous la thermode 15. En d'autres termes, dans le système de coordon- nees définies ci-dessus, le module de la position de chargement est différent du module m de la position de soudage p3, tandis que l'argument ne correspond pas à un multiple entier de l'argument a defini par l'écartement angulaire entre les trous 28. Dans le mode de réalisation représenté, la position de chargement P1 correspond à un module m+mx tandis que l'argument correspond à une valeur 3a+(a-ax), étant entendu que mx et ax sont des valeurs très faibles, pouvant varier d'un circuit intégré à l'autre. Dans ces conditions il est possible de corriger la position du circuit une fois chargeé par simple glissement sur la surface 27 à l'aide du bras 43. On notera que l'extrémité de ce bras présente une découpe en forme de L 47 dont les bords sont destinés à venir en contact avec deux bords adjacents du circuit intégré. Pour obtenir l'alignement correct, il est nécessaire, compte tenu des imprécisions qui peuvent se présenter lors de la réalisation du circuit intégré en ce qui concerne ces bords latéraux, d'effectuer l'alignement optiquement sur un plot de connexion, ce qui est réalisé à l'aide du détecteur et de sa boucle de réglage associée. Il est à noter que le détecteur optique 45 est de préférence celui réalisé par la société Ciposa CH-2525 Le Landeron, sous la dénomination "Mini-Demo" type 102-0662. La boucle de réglage est conçue pour disposer chaque circuit intégré par rapport à une référence qui est rapportée à la position de soudage correcte. Dans le cas représenté, cette position a un module m et un argument égal à 3a, étant entendu que le bras d'alignement place le centre du circuit intégré exactement en coïincidence avec le point défini par ces coordonnées. De la sorte, le circuit intégré se trouve aligné sous la thermode 15 après trois pas du plateau 26. Le cycle de travail de la machine qui vient d'être décrite se déroule de la façon suivante. Les circuits intégrés CI sont successivement placés dans la position de chargement P1 dont les coordonnées sont celles indiquées ci-dessus. Le circuit est maintenu sur le plateau par dépression. Pendant cette opération, le circuit intégré préalablement chargé est aligné au moyen du bras 43 et de la boucle de réglage composée du détecteur 45, du dispositif de commande 46 et du moteur d'entraine- ment du chariot 44. Simultanément, le circuit intégré qui était déjà transféré vers la position de soudage p3 est soudé sur l'unité de circuit UC se présentant à cet instant sous la thermode 15. Ce cycle étant terminé, le film 5 et le plateau 26 sont avancés d'un pas et les trois opérations décrites précédemment se répètent simultanément sur trois circuits intégrés se trouvant alors sur le plateau 26. Ainsi le cycle de travail se trouve être notablement raccourci par rapport à celui des machines de la technique antérieu- re dans lesquelles les trois opérations étaient effectuées les unes après les autres dans le poste de soudage. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'assemblage de circuits integrés a des unités de circuit présentés selon une rangée longitudinale sur un ruban, par une opération de thermo-compression ou brasage des plots des circuits intégrés (CI) sur des bornes des unités de circuits (UC) respectives du ruban (5), procédé au cours duquel ce ruban (5) est amené à défiler pas-à-pas (2) dans un poste de soudage dans lequel l'assemblage a lieu après alignement précis de chaque circuit intégré (CI) sur une unité de circuit (UC) du ruban (5), ce procédé étant caractérisé en ce qu'on effectue simultanément sur des cir- cuits intégrés distincts au moins une opération de chargement, une opération d'alignement et une opération de soudage, à l'aide d'un plateau de support (26) de ces circuits monté rotatif dans le poste de soudage (2) et déplacable angulairement selon un mouvement pas-à-pas, un système de coordonnées polaires (O,OA) pouvant être défini par rapport à ce plateau de telle manière que l'emplacement (p3) d'un circuit intégré correspondant au soudage correct soit situé sur l'axe polaire (OA) de ce système avec un module m et que chaque pas du plateau (26) corresponde à un déplacement d'argument a dans ce système, en ce que l'opération de chargement consiste à déposer chaque circuit intégré (CI) sur ledit plateau (26) à un emplacement (pl) dont les coordonnées [m+mx; 3a+(a-ax)] diffèrent légèrement d'un nombre entier d'arguments a et/ou dudit module m et en ce que l'opération d'alignement consiste à ramener chaque circuit intégre (CI) par glissement grâce à une simple opération de poussée effectuée dans un plan parallèle a celui du plateau, à un emplace- ment décalé exactement par rapport à l'emplacement de soudage (p3) d'un nombre entier d'arguments a et par rapport au centre du plateau d'une distance correspondant au module m. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'au cours de l'opération d'alignement, on repère optiquement l'un des plots du circuit intégré (CI) par rapport à une référence rapportée à la position d'alignement correcte, et on commande le mouvement de glissement du circuit intégré jusqu'à annulation de l'erreur en module et en argument par rapport à ladite référence. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que lors du chargement, on tourne chaque circuit 2 5 7 2619 intégré sur lui-même dans un plan parallèle à ses grandes faces et à celui du plateau (26), pour adapter sa position à celle qu'il doit occuper au cours du soudage dans le poste correspondant (2). 4. Machine pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant un poste de soudage (2) par thermo-compression ou brasage, un dispositif (3,4,13,14) destiné à faire défiler pas-à-pas un ruban (5) portant les unités de circuit (UC) dans ledit poste de soudage, un dispositif de charge- ment (20) pour permettre la présentation un à un des circuits intégrés (CI) dans le poste de soudage à l'aplomb des unités de circuit respectives et un dispositif d'alignement (42) destiné avant chaque soudage à faire coïncider les plots d'un circuit intégré (CI) avec des bornes de connexion d'une unité de circuit (UC), cette machine étant caractérisée en ce qu'elle comprend un plateau (26) monté rotatif autour d'un axe vertical par rapport au poste de soudage (2), des moyens (36) pour entraîner le plateau selon un mouvement pas-à-pas en synchronisme avec le mouvement dudit ruban (5), ledit plateau comprenant au moins trois emplacements correspon- dant à autant de positions de travail (P1, P2, p3) décalées angulai- rement sur une même circonférence et passant successivement à l'aplomb de l'outil de soudage (15) au cours du mouvement du pla- teau, ces positions étant respectivement desservies simultanément entre deux pas successifs du plateau par ledit dispositif de char- gement, ledit dispositif d'alignement et ledit outil de soudage (15), en ce que ledit dispositif de chargement comporte un bras de transfert (40) capable de charger chaque circuit intégré sur le plateau à l'emplacement correspondant avec un décalage angulaire et radial (m+mx, 3a+(a-ax)) par rapport à la position que ce circuit x x doit occuper lorsque cet emplacement s'arrête sous l'outil de soudage, et en ce que ledit dispositif d'alignement (42) comporte un bras poussoir (43) mobile dans un plan parallèle à la surface (27) du plateau pour annuler ledit décalage angulaire et radial du circuit intégré par glissement de celui-ci à l'emplacement corres- pondant, pour que ce circuit soit présenté correctement sous l'outil de soudage (15). 5. Machine suivant la revendication 4 caractérisée en ce que ledit bras poussoir (43) comporte une extrémité (47) présentant une découpe en forme de L dont les bords sont destinés à venir en contact avec deux bords adjacents latéraux des circuits intégrés au cours de l'opération d'alignement. 6. Machine suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5 caractérisee en ce que ledit dispositif d'alignement comporte une boucle de réglage de la position du bras poussoir (42), cette boucle comprenant un détecteur optique (45) destiné à détecter la position d'un plot dudit circuit intégré ainsi que des moyens (46,44) desti- nés à commander le mouvement dudit bras en fonction de l'écart radial et angulaire dudit plot par rapport à la position correcte de soudage du circuit intégré (CI).