Brevet FR2575958A1 — publié le 19860718

Manipulateur de mise en condition thermique pour le test de composants électroniques L'invention concerne un dispositif de manipulation de petits lots de composants électroniques, identiques ou différents, dont on désire tester le fonctionnement sous contrainte thermique. Plus particulièrement, l'invention concerne un manipulateur à commande manuelle assurant les fonctions de mettre en condition thermique toutes sortes de composants, puis de les brancher un à un sur un testeur électronique. D'une manière générale, le test des composants électroniques en petits lots est effectué de manière manuelle, l'opérateur branchant à la main successivement chacun des composants sur l'appareil testeur. Or, lorsque l'on souhaite soumettre les composants à une atmosphère spécifique différente de l'atmosphère ambiante, et plus particulièrement à des conditions thermiques spécifigues, il est clair que ce mode opératoire ne garantit pas l'obtention d'une bonne précision dans les mesures de tests effectués. En effet, la manipulation directe des composants en atmosphère thermique n'est possible que pour une gamme de températures relativement étroite , et le contact des mains de l'opérateur avec les composants peut perturber le conditionnement thermique.En dehors de la gamme de températures physiologiquement acceptables, les transferts des composants entre une enceinte réfrigé- rante ou chauffante et le testeur, si rapides soient-ils, ntempêchent pas une grande imprécision des mesures effectuées. En outre, on cannait certes les dispositifs consistant à coiffer les composants au moyen d'une cloche de conditionnement lorsqu'ils sont embrochés sur le testeur, mais ces dispositifs ne permettent jusqu'd présent que de tester un composant à la fois après une période de mise en condition thermique relativEment longue pour chacun d'eux. On contait également des nanipulateurs mécanisés phistiqués,adaptés aux tests des composants fabriqués en grande série. Ces manipulateurs doivent être très spécialisés,et nécessitent des temps de réglage relativement longs (de 1/2 heure à plusieurs heures), avant de paroir assurer un rendement important t, par exemple de l'ordre d'un composant testé àla seconde. Ces appareils neconviennent généralement qu'à un type déterminé de composants, et ne sont donc justifiés que dans le cas d'une production importante d'éléments identiques. Tout au contraire, le manipulateur selon l'invention a pour objet de mettre en condition thermique et de tester des petites séries formées d'un échantillon de composants électroniques variés. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les composants sont stockés et variés dans la même atmosphère de conditionnement. Un autre avantage de l'invention tient à ce qu'aucun réglage n'est nécessaire avant l'utilisation du manipulateur. Enfin, le manipulateur selon l'invention est conçu pour être adaptable d toutes sortes d'appareils testeurs. Pour rdpondre-d ces objectifs, le manipulateur de mise en condition thermique pour le test de composants électroniques selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de plaquettes-support de dimensions standardisées, comportant chacune sur une face des moyens d' embrochage des #t#c#ts électoniques, et sur la face opposée des moyens de connexion disposés de manière standard, et en ce que lesdites plaquettes-support coulissent dans un bottier principal (A) ouvert sur deux faces opposées, et rapporté sur un appareil testeur, ledit bottier (A) présentant une chambre de stockage et de mise en condition thermique des composants, et contenant un mécanisme d'embrochage desdits mcyens-de con::anon des plaquettes-support sur ledit appareil testeur, ainsi que des moyens d'évacuation desdites-plaquet- tes-support. Le fait que les différents composants à tester sont embrochés sur des supports identiques permet donc de les traiter chacun d'une manière standardisée. A cet égard, tous les composants d'un même type seront embrochés de la même manière sur leur plaquette-support respective, de façon que les moyens de connexion sur l'appareil testeur auxquels ils sont reliés assurent le branchement spécifique correspondant au test qu'ils doivent subir. La capacité de la chambre de stockage permet de stabiliser la température des composants en attente pendant toute la période de test des composants précédents le fait de pouvoir chauffer et refroidir plusieurs composants simultanément permet en outre d'accroître la productivité des machines de test qui représentent un investissement important. L'invention concerne également un procédé de manutention des lots de composants électroniques à l'aide du manipulateur selon l'Lnvention ; ce procédé se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes - on fixe le boîtier principal sur le testeur - on alimente manuellement la chambre de stockage et de mise en condition thermique en plaquettessupport avec leur composant à tester, - on amène le manipulateur en régime thermique, en réglant la température de l'air de conditionnement soufflé dans le boîtier, - on manoeuvre le levier de commande afin de prélever une plaquette-support avec son composant , et de l'embrocher sur le testeur, - on manoeuvre à nouveau le levier une fois le test effectué afin d' extraire la plaquettesupport du testeur, et de l'amener en regard de la fenêtre d'évacuation - on actionne le mécanisme d'éjection pour désolidariser la plaquette du chariot de transfert et l'introduire dans le sas, - on manoeuvre le tambour du sas afin d'évacuer ladite plaquette testée, - on procède de même avec la plaquette suivante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, et des dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 représente une vue frontale en coupe du manipulateur complet suivant l'invention, - la Fig. la représente une vue en perspec- tive d'une plaquette-support suivant l'invention, - la Fig. 2 représente une vue de gauche du manipulateur de la Fig. 1, - la Fig. 3 représente une vue en coupe horizontale du boîtier du manipulateur de la Fig. 1. - la Fig. 4 représente une variante de realisateon du mécanisme d'éjection des plaquettes-supports pour 2e manipulaur selon l'invention. Le manipulateur, tel que représenté dans le mode de réalisation préférentiel de la Fig. 1, se ooqpose d'un boîtier principal A, à la partie supérieure duquel est monte une rampe d'alimEntation B. Un support de tête de conditionneur d'air C est monté à mi-hauteur du boîtier, tandis que le sas d'évacuation D est rapporté à la base dudit boîtier A au niveau de la fenêtre d'évacuation des plaquettes. Enfin, des dispositifs de fixation (non représentés > du manipulateur sur un appareil testeur doivent être rapportés à la base du boîtier A. D'autre part, la Fig. la représente un mode de réalisation préférentiel des plaquettes-support standards selon l'invention. Ces plaquettes sont constituées d'une plaque 50, préférentiellement en bakélite, portant une borne 51 de fixation d'un composant électronique 52. Les connecteurs 53 du composant électronique 52 sont embrochés dans des alvéoles 54 ménagées sur la partie supérieure de la borne 51; ces alvéoles 54 sont électriquement relies aux broches 55 sodées sur la face arrière de la plaque 50. En conséquence, à chacun des connecteurs 53 du composant 52 correspond une broche 55 de la plaquettesupport.Dans la mesure où cette plaquette-support est amenée à venir s'embrocher sur l'appareil testeur (sur lequel est fixé le manipulateur de la Fig. 1) , l'embrochage de chaque connecteur 53 du composant sur la borne 51 n'est pas indifférent. En effet, puisque la plaquettesupport est destinée à être utilisée pour de nombreux types différents de composants, à chacune des broches 55 sera dévolue une ou plusieurs fonctions de liaisons électriques particulières (par exemple émetteur ou connecteur d'un transistor ; bornes entrée et sortie d'une résistance, d'un condensateur, ... ; masse, RAZ ou CLOCK d'un circuit intégré. ; ...). La disposition des alvéoles 54 de la borne 51 doit en outre permettre de connecter n'importe quel type de boîtier standard de composants électroniques, par exemple des boîtiers SIL, DIL, etc.. Si lton se réfère à la Fig. 3, on peut noter que le boîtier A selon le manipulateur de 11 invention est constitué de quatre plaques 1, 3, 4 , 5 dklimitant le volume intérieur de la chambre 60 de stockage et de mise en condition thermique des composants, dont la section est sensiblement quadrangulaire. Cette chambre 60 s'étend sur toute la hauteur du boîtier A , mais intercepte successivement dans la partie inférieure dudit boîtier A - une zone p de prélèvement des plaquettessupport, - une zone e d'évacuation des plaquettessupport, - une zone t de test des composants montés sur les plaquettes-support. Les plaquettes-support utilises sont introduites sur la tranche par l'ouvertxre supérieure. du bottier A, les ailes latérales de la plaque inférieure 50 de chaque plaquette-support venant s'encastrer et coulisser dans des rainures 61 ménagées dans la face interne des plaques arrière 1 et avant 5 du boîtier A. La première plaquette-support introduite vient buter, dans la zone de prdlèvement p, contre le doigt de retenue 19 d'au moins un marteau fixé sur une des parois du boîtier A par l'intermédiaire d'un balancier 62. Les plaquettes-supports suivantes introduites et guidées dans les rainures 61 , viennent s'empiler au-dessus de cette première plaquette-support. Un chariot de transfert 24 est articulé dans la partie inférieure du boîtier principal A et évolue à lintdrieur des zones p, e et t. Ce chariot de transfert 24 est constitué de deux fourchettes 63, latérales, espacées d'une distance sensiblement inférieure à la longueur des plaques inférieures 50 des plaquettessupports. La rainure séparant les deux branches de chaque fourchette 53 correspond sensiblement à l'épaisseur des plaques 50. Le chariot de transfert 63 se déplace le long d'une came 17 rapportée sur la plaque gauche 3 du boîtier A. Cette came présente un double profil 17a, 17b dans toute sa partie supérieure, entraînant le basculement du chariot de transfert 24 en position verticale, lorsqu'il est rapproché de la zone de prélèvement p, afin que llouverture de chacune des fourchettes 63 se positionne en regard et dans l'axe de chacune des rainures de guidage 61. respec- tivement. En revanche, lorsque le chariot de transfert 24 quitte cette partie supérieure 17a, 17b de la came 17, il retourne en position horizontale (comme représenté en Fig. 1). Les plaquettes-supports sont donc alors placées horizontalement, les broches 55 vers le bas, de façon à. se trouver en position d'embrochage sur l'appareil testeur. Ceci est réalisé lorsque le chariot de transfert 24 se trouve dans l'appareil inférieur de la zone t en contact avec ledit appareil testeur. Le mécanisme d'embrochage a donc pour fonction de guider le chariot de transfert 24 de haut en bas de la came 17. A cet effet, et selon le mode de réalisation représenté, ce mécanisme est constitué d'un levier 64 fixé sur un axe de commande 25 en rotation à l'intérieur d'une douille 16. Comme on peut le noter en Fig. 2, l'axe 25 est solidaire d'un bras de manivelle 23 , portant un galet 22 à son extrémité libre. Ce galet 22 circule dans une rainure oblongue 65 pratiquée dans un coulisseau 21 en forme de guillotine. Cette guillotine se prolonge vers le bas par deux bras 66 venant encadrer et s'articuler sur le chariot de transfert 24 au niveau d'un orifice d'articulation 67. Le mécanisme d'embrochage fonctionne de la manière suivante . Lorsque l'on manoeuvre le levier 64, le galet 22 se déplace en rotation autour de l'arbre 25 selon une trajectoire en arc de cercle qui force le dépla- cement rectiligne vers le bas de la guillotine 21. Le chariot de transfert 24 , solidaire des mouvements verticaux de la guillotine 21, se déplace donc simultanément le long de la rampe 17 a travers les zones p, e et t. En conséquence, et suivant la zone dans laquelle il se trouve, le chariot de transfert est basculable entre trois positions - une position de prélèvement (zone p) d'une plaquette dans la chambre de stockage 60, selon laquelle il est placé dans un plan vertical, en alignement avec les rainures de guidage 61 de ladite chambre 60 ; - une position de test (zone t) selon laquelle il est amené dans un plan horizontal, la plaquette support qui le transporte venant s'embrocher sur l'appareil testeur - une position d'évacuation (zone e) selon laquelle il est placé en regard d'une tige d'éjection 26 de la plaquette, et d'une fenêtre d'évacuation 65 percée dans le boîtier A à l'opposé de ladite tige d'éjection 26. Comme on peut le noter en Fig. 1, la tige d'éjection est montée sur la plaque gauche 3 du boîtier principal A et coulisse dans une douille 15 fixée audit boîtier. A l'opposé, une fenêtre est percée dans la plaque droite 4 du boîtier A, en regard de laquelle est rapporté le sas B. Ce sas est constitué d'un tambour rotatif 11 en rotation entre deux berceaux supérieur 6 et inférieur 7 . Le tambour 11 présente une échancrure 68 de réception des plaquettes - support éjectées par la tige d'éjection 26 . Il est manoeuvré en rotation par l'intermédiaire de l'axe 27 (Fig. 2) traversant les deux flasques latéraux 8, 9 rapportés de part et d'autre du tambour, et guidés dans la douille 10 (Fig. 3). Un cliquet 20 oriente le sens de rotation du tambour de sas 11. Le boîtier A est alimenté en air conditionn Comme mentionné précédemment, le conditionneur d'air (non représenté) est monté sur le support C , par exemple au moyen d'un système de verrou à tâtons. Le conditionneur d'air est relié au boîtier A par l'intermédiaire d'un flexible entre l'embout 70 du boîtier A et un embout 71 rapporté sur le support C. Enfin, le bottier A peut avantageusement être pourvu d'une rampe d'alimentation B, rapportée sur sa partie supérieure, et constituée de deux guides parallèles 28 prolongeant chacun une des deux plaques avant 5 et arrière 1 du boîtier A, et reliés par une entretoise 30. Chacun de ces deux guides 28 est muni d'une rainure courbe 72 prolongeant les rainures 61 du bottier A. Ces rainures 72 permettent d'accrottre la capacité de stockage de plaquettes-support. En outre, la plaque gauche 3 du bottier A comprend une rainure en queue d'aronde dans laquelle on peut glisser un thermocouple 14 permettant de relever la température de la chambre de stockage et de mise en condition thermique, voir de commander un asservissement du conditionneur d'air. On comprend que les moyens de fixation du bottier A sur l'appareil testeur peuvent entre d'un type quelconque; on peut par exemple employer un système à ventouses, dont 1'application est universelle. Il est également possible de prendre tous systèmes à vis ou à emboitement et blocage par excentrique; Le fonctionnement du dispositif est donc le suivant on fixe le bottier principal A muni de ses accessoires B, C, D, sur l'appareil testeur. On alimente manuellement la chambre 60 de sto- ckage et de mise en condition thermique en plaquettes-support munies de leur composant à tester. Comme noté précédemment, la première plaquette support introduite vient en appui sur le doigt de retenu 19 lié à la lamelle élastique 62; ce doigt de retenu 19 se trouve alors en position repos, et intercepte donc le plan vertical des rainures de guidage 61 de la chambre 60. on amène le manipulateur en régime thermique, en réglant la température de l'air de conditionnement soufflé dans le boîtier à travers l'orifice 69, à partir du conditionneur C. La stabilisation de la température est obtenue après un fonctionnement de quelques minutes, le cas échéant au moyen d'un asservissement dont la chaste comprend le capteur thermique 14. Lorsque la température est stabilisée, on manoeuvre le levier de commande 64, afin de prélever une plaquette-support et son composant et de l'embrocher sur le testeur. A cet effet, le chariot de tranfert 24 est amené dans la zone de prélèvement p de la chambre 60, et repousse le doigt de retenue 19 hors du plan vertical des rainures 61 de guidage des plaquettes-support. En conséquence, la première plaquettesupport est donc entratnée vers le bas par gravité, et vient s'encastrer entre les branches des fourchettes 63 du chariot de transfert 24 en position verticale. La plaquette-support étant ainsi chargée, on déplace le levier 64 afin de faire descendre le chariot de transfert 24 le long de la rampe 17; cette opération libère le doigt de retenue 19, qui retourne par grt dans le plan vertical des rainures de guidage 61, et retient la plaquette-support suivante D'autre part, le chariot de transfert 24 amène la plaquette-support qu'il transporte en position horizontale, les broches de connexion 55 étant dirigée vers le bas; la manoeuvre à fond du levier 64 entrasse l'embrochage desdites broches 55 dans les alvéoles de réception de l'appareil testeur (dans le bas de la zone t de test de la chambre 60), Lorsque le test a été réalisé, on actionne à nouveau le levier 64, afin d'extraire la plaquette support de l'appareil testeur, et on ramène le chariot de tranfert 24, toujours en position horizontale, en regard de la fenêtre d'évacuation ozone E de la chambre 60). A ce moment, la tranche de la plaque 50 de la plaquette support transportée par le chariot de transfert 24, se trouve à la hauteur de la tige d'éjection 26.On pousse cette tige d'éjection vers l'int4- rieur de la chambre 60, afin de désolidariser la plaquette munie du composant qui vient d'être testé, du chariot de transfert 24, pour l'introduire dans l'échancrure 68 du tambour il du sas D. On manoeuvre le tambour 11 du sas D, dans le sens autorisé par le cliquet 20, afin du'évacuer laditeylaguette testée, tout en minimisant les échanges thermiques de la chambre 60 conditionnée avec l'extérieur. On peut alors prendre en charge la plaquette support suivante munie de son composant, selon les mêmes étapes que décrites précédemment. Un manipulateur tel que décrit et représenté comme mode de réalisation préférentiel a été fabriqué pour permettre aussi bien un préchauffage qu'un refroidissement des composants par courants d'air, dans la gamine de température allant de650 C à + 210 OC. A cet effet, les plaques 1,3,4,5 du boîtier A sont munies d'un revêtement d'isolation thermique, en époxy revêtu extérieurement de laine de verre ou équivalent. La laine de verre est collée sur l'époxy, de la même manière que les supports assurant la fixation du boîtier A sur l'appareil testeur. De manière avantageuse#, les plaquettes-support de dimensions standardisées peuvent être configurées différemment en fonction du composant à tester. Ceci est réalisé si la borne 51 d'embrochage des composants est interchangeable. Pour un type donné de composants, on utilise alors une borne 51 munie d'un nombre adéquat d'alvéoles 54 et de broches 55 correspondantes, disposées de manière adaptée. Ainsi, dans le cas d'un circuit intégré tel que représenté en Fig. la, les broches 55 forment un "lit de clous" régulier. Mais il est clair que seule la configuration des alvéoles 54 et des broches 55 est modifiable, la plaquette-support, et principalement la plaque 50, devant obligatoirement respecter les dimensions standardisées nécessaires à la manipulation dans le boîtier A. La variante du mécanisme d'éjection des plaquettes-supports tel que représenté en Fig.4, présente l'avantage de supprimer la tige d'éjection 26 du dispositif d'évacuation, et donc de permettre la commande de l'intégralité du processus de manipulation à partir du levier de commande 64. Ce mécanisme d'éjection comprend au moins un levier (81), encastré en position repos à l'intérieur de la came (17), et articulé autour d'un axe (82)# horizontal. Les leviers (81), préférentiellement au nombre de 2, présentent chacun une encoche (B5), qui est engagée par le chariot de transfert (24) lors de sa remontée. En conséquence le dispositif fonctionne de la manière suivante A la descente, le chariot (24) et son entretoise (83) passent devant les deux leviers (81) disposés parallèlement, et en forcentl'escamotage à l'intérieur de la came (17). Lors de la remontée, les leviers (81) sont légèrement repoussés hors de la came (17) par un ressort (84), afin de provoquer l'engagement de l'entretoise (83) avec chacune des encoches (85). La poursuite de la remontée du chariot (24) force la rotation des leviers (81) autour des axes (82); l'extrémité libre desdits leviers repoussent alors la plaque (50) de la plaquette support transportée par le chariot (24), et entrasse son extraction hors de fourchettes (63) en direction de l'échancrure (68) du tambour d'évacuation (11). En fin de course-haute du chariot (24), les leviers (81) échappent à l'entretoise (83), et retombent par gravité. REVENDICATIONS 10) Manipulateur de mise en condition thermique pour le test de composants électroniques, caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de plaquettes-support de dimensions standardisées, comportant chacune sur une face des moyens d'em brochage (51) des composants électroniques (52),et sur la face opposée des moyens de connexion (55) disposés de manière standard, et en ce que lesdites plaquettes-support coulissent dans un bottier principal 20) Manipulateur selon la revendication 1, carac térisé en ce que les plaquettes-support de dimensions standardisées sont constituées chacune d'une plaque de bakelite (50), portant sur une face une borne (51) d'embrochage des composants (52) au moyen d'alvéoles (54) de connexion, et sur la face opposée des ;;#oches (55) de connexion correspond dant auxdites alvéoles (54), et en ce que la disposition desdites alvéoles (541 et broches (55) correspondantes est configurée en fonction du type de composants à teste 3 ) Manipulateur selon l'une quelconque des re vendications 1 à 2, caractérisé en ce que le bottier principal (A) est pourvu sur au moins une partie de la hauteur de la chambre (60) de:stockage et de mise en condition thermique des composants, de rainures de guidage (61) des plaquettes-support. 4 ) Manipulateur selon la revendication 3, carac térisé en ce que le boîtier principal IP)t présente au niveau de l'extrémité inférieure des rainures de guidage (61), au moins un doigt de retenue (19) des plaquettes-support, lié à un balancier (62) , ledit doigt de retenue (19) étant basculable entre deux positions - une position repos, dans laquelle le doigt de retenue(19) est situé dans le plan vertical des rainures (61) de guidage, et supporte la plaquette-support inférieure située dans la chambre (60); - une position de travail, dans laquelle il est repoussé hors du trajet de circulation des plaquettes-support. 50) Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme d'embrochage des plaquettes-support sur l'appareil testeur est constitué d'un chariot de transfert (24) déplaçable entre trois positions: - une position de prélèvement d'une plaquette dans la chambre (60) de stockage et de mise en condition thermique, selon laquelle il est placé dans un plan sensiblement vertical, en alignement avec des rainures (61) de guidage des plaquettes-support dans la chambre (60). - une position de test, selon laquelle il est amené dans un plan sensiblement horizontal, la plaquette qu'il transporte venant s'embrocher sur l'appareil testeur, - une position d'évacuation, selon laquelle il est placé en regard d'un mécanisme d'éjection (26,81 )de la plaquette-support, ainsi que d'une fenêtre d'dvacuation perçée dans le bottier (A), à l,oppo- sé dudit mécanisme d'éjection (26, 81). 60) Manipulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce le chariot de transfert (24) est formé de deux fourchettes de pincement (63) symétriques, espacées d'une distance sensiblement inférieure à la longueur de chaque plaquette-support, l'écartement des branches de chaque fourchette (63 > étant sensiblement égale à 1' épaisseur desdites plaquettes-support. 70) Manipulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le chariot de transfert (24) est entrain en déplacement au moyen d'un levier (64) à commande manuelle, solidaire d'un bras de manivelle (25) relié à une guillotine (21), dont les deux montants latéraux (66) coulissent à l'intérieur du bottier principal (O et sont articulés sur les deux fourchettes (63) du chariot (24), ledit chariot étant guidé en déplacement le long d'une came (17). 80) Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (60) de stockage et de mise en condition thermique est munie d'un orifice (69) d'admission d'air conditionné, situé à la base du bottier principal (1), la chambre (60) formant chemise à contre-courant. 90) Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un sas (D) rapporté sur une fenêtre d'évacuation des plaquettes-support percée dans le boîtier (A), est constitué d'un tambour (11) échancré, monté en rotation libre dans des berceaux (6,7) fixés sur ledit boîtier (A). 100) Procédé de manutention de lots de composants électroniques pour tester leur coit#port#nent sous contrainte thermique, à l'aide d'un manipulateur selon l'une quelconque des revendications de à à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - on fixe ledit boîtier principal (A) sur un appareil testeur, - on alimente manuellement la chambre (60) de stockage et de mise en condition thermique en plaquettes-support avec leurs composants à tester, - on amène le manipulateur en régime thermique, en réglant la température de l'air de conditionnement soufflé dans le bottier (A) - on manoeuvre le levier de commande (64) afin de prélever une plaquette-support avec son composant dans la chambre (60), et de l'embrocher sur l'appareil testeur, - on manoeuvre à nouveau le levier (64), une fois le test effectué afin d'extraire ladite plaquette-support de l'appareil testeur, et de l'amener en regard de la fenêtre d'évacuation - on actionne le mécanisme d'éjection (26,81) pour désolidariser la plaquette-support et son composant du chariot de transfert (24), et l'introduire dans le tambour (11); du sas (D), - on manoeuvre le tambour (11) du sas (D) afin d'évacuer ladite plaquette-support et son composant testé et - on procède de même pour la plaquette-support suivante munie de son composant.