Brevet FR2595899A1 — publié le 19870918

Procédé pour monter des composants électroniques en des endroits déterminés sur une plaquette de circuit imprimé Cette invention concerne un procédé pour monter des composants électroniques en des emplacements prédéterminés sur une plaquette de circuit imprimé; elle concerne notamment un procédé pour aligner le centre des composants électroniques amenés dans un gabarit de montaqe avec le centre d'un tube d'aspiration d'un dispositif automatique de montage de puces. On a utilisé récemment divers types de dispositifs automatiques de montages de puces pour positionner automatiquement des composants électroniques miniaturisés en forme de cylindre, deplaquette, de disque, etc..., par exemple des résistances, des condensateurs, etc... (appelés ci-après "puces") sur une plaquette de circuit imprimé et pour fixer ces puces sur ladite plaquette. De façon générale, le dispositif automatique de montage de puces comporte un gabarit de montage ayant une multiplicité de cavités dans lesquelles sont chargées les puces. 20 Ces cavités sont alignées avec les emplacements sur la plaquette de circuit imprimé sur lesquels les puces doivent être montées. Les puces sont amenées dans les cavités du gabarit par tout moyen approprié. Le gabarit, chargé avec les puces, est déplacé à une position prédéterminée dans laquelle les 25 puces sont aspirées vers le haut depuis ces cavités sur une multiplicité de tubes d'aspiration équipant des têtes aspirantes du dispositif de montage des puces, lesquels tubes sont alignés avec les cavités du gabarit. Les puces aspirées sur les tubes d'aspiration sont transférées sur la plaquette 30 de circuit imprimé; à ce moment, la succion est supprimée de façon que les puces puissent tomber en étant positionnées de façon précise sur la plaquette de circuit imprimé en correspondance avec la disposition des puces dans les cavités et soient fermement collées sur la plaquette au moyen d'un adhésif préalablement appliqué sur ladite plaquette. On fait ensuite sécher l'adhésif et on amène la plaquette de circuit imprimé sur laquelle sont montées les puces à un poste de brasage de façon à fixer les puces sur la plaquette. Toutefois, dans la séquence décrite ci-dessus des opérations de montage des puces sur la plaquette de circuit imprimé, il est extrêmement difficile de disposer de façon précise les puces à des emplacements prédéterminés de la plaquette. L'alignement des puces par rapport à la plaquette de circuit imprimé est susceptible d'écarts de l'ordre de 0,3 mm dans la direction longitudinale (direction de l'axe des y) et/ou dans la direction latérale (direction de l'axe 10 des x) sur un plan de la plaquette. Ce défaut d'alignement est dû à l'imprécision des dimensions des puces individuelles. Les dimensions des puces peuvent considérablement varier du fait de divers facteurs au cours de la fabrication, par exemple un écart dimension15 nel de la puce à terminer, une variation dans les dimensions des puces dues aux opérations sur elles, par exemple l'application du revêtement, etc... Par exemple, sur une puce dont les dimensions nominales sont 1,25 mm x 2 mm, l'écart dimensionnel est généralement environ 0,25 mm dans chaque direc20 tion. Afin de tenir compte de tels écarts, chaque cavité du gabarit de montage doit être formée de façon à avoir des dimensions suffisantes pour recevoir une puce présentant l'écart dimensionnel maximal de, par exemple, 0,25 mm et à ménager tout autour de la puce logée dans cette cavité un jeu de 0,25 mm par exemple. Dans ce cas, la cavité doit avoir une dimension d'environ 1,7-2,4 mm x 2,4-2,5 mm. En conséquence, lorsqu'on charge une puce ayant les dimensions nominales, par exemple 1,25 mm x 2,00 mm dans la cavité, il se crée un jeu d'environ 0,25 mm autour de la puce. 30 Si cette puce présente un écart dimensionnel, le jeu varie bien entendu. Ceci ne soulève aucun problème lorsque la puce est positionnée de façon précise au centre de la cavité; toutefois, la position d'aspiration de la puce peut être décalée d'environ 0,75 mm au maximum lorsque la puce est écar35 tée de sa position précise dans la cavité. D'autre part, les tubes d'aspiration de la tête aspirante et les cavités correspondantes du gabarit peuvent être mécaniquement réalisés avec un degré élevé de précision suffisant pour aligner le centre de chaque tube d'aspiration avec celui des cavités correspondantes sur la même ligne centrale et pour effectuer le montage des puces de manière à permettre aux tubes d'aspiration de descendre pour aspirer vers le haut les puces chargées dans les cavités, remonter en tenant les puces et monter, ensuite les puces aux emplacements prédéterminés sur la plaquette de circuit imprimé. En conséquence, lorsque la puce aspirée sur le tube d'aspira10 tion se trouve décalée par rapport à sa position d'aspiration prédéterminée ou exacte, la puce sera montée sur la plaquette de circuit imprimé à un emplacement décalé par rapport à son emplacement de montage prédéterminé du fait de l'écart de positionnement de la puce dans la cavité. Ce défaut de correspondance de la puce est relativement facile à corriger dans un dispositif automatique de montage de puces du type à montage unique, adapté pour aspirer et monter une à une les puces sur la plaquette de circuit imprimé, car la correction de ce défaut de correspondance peut être effectué simplement. Toutefois, dans-un dispositif automatique de montage de puces du type à montage multiple, dispositif concerné-par la présente invention, la correction de ces défauts de correspondance est pratiquement impossible pendant l'opération de montage, car il est construit de telle 25 manière qu'une multiplicité de tubes d'aspiration équipant une tête aspirante aspire simultanément une multiplicité de puces, par exemple plusieurs dizaines à plusieurs centaines de puces, dans une multiplicité de cavités formées dans le gabarit de montage et les monte aux divers emplacements pré30 déterminés sur la plaquette de circuit imprimé. Ainsi, le dispositif automatique conventionnel de montage de puces à montage multiple ne peut pas corriger les défauts de correspondance des puces. On a donc essayé de réduire ces défauts de correspondance en augmentant la préci35 sion dimensionnelle des puces individuelles pour minimiser les tolérances de fabrication des cavités. Toutefois, ceci n'est pas efficace dans le cas des puces miniaturisées. Dans le but d'éliminer l'inconvénient précité, la présente invention part du fait qu'il n'est possible de corriger les défauts de correspondance des puces que pendant le temps pendant lequel la puce est logée dans la cavité du gabarit. Selon la présente invention, le défaut de correspondance des puces individuelles par rapport aux tubes d'aspiration de la tête aspirante est corrigé immédiatement après l'aspiration par les tubes d'aspiration des puces hors des cavités du gabarit, afin de placer chacun des tubes d'aspi10 ration sur la position d'aspiration prédéterminée ou exacte des puces ou afin d'aligner le centre des puces avec celui du tube d'aspiration correspondant. C'est en conséquence un but de la présente invention de procurer un procédé pour corriger la position d'aspiration 15 d'une puce dans un gabarit et d'un tube d'aspiration d'un dispositif automatique de montage de puces, procédé capable de corriger simultanément le défaut de correspondance d'une multiplicité de puces et de positionner et monter simultanément les puces sur une plaquette de circuit imprimé, d'une 20 manière simple et avec une grande précision. C'est un autre but de la présente invention de procurer un procédé pour monter une puce à un emplacement prédéterminé sur une plaquette de circuit imprimé en utilisant un dispositif automatique de montage des puces. La présente invention propose donc un procédé pour monter une puce à un emplacement prédéterminé sur une plaquette de circuit imprimé, dans lequel on charge des puces dans chacune des cavités d'un gabarit de montage dans un dispositif automatique de chargement de puces, on aspire vers 30 le haut les puces se trouvant dans les cavités au moyen des tubes d'aspiration de la tête aspirante, on déplace vers le haut la tête aspirante tout en tenant les puces sur les tubes d'aspiration, on l'abaisse sur une plaquette de circuit imprimé, et on libère les puces des tubes d'aspiration pour 35 monter les puces sur des emplacements prédéterminés de la plaquette de circuit imprimé. Dans la présente invention, chaque cavité a une dimension Lxl selon l'axe des x et une dimension Lyl selon l'axe des y et chaque puce a une dimension Lx2 selon l'axe des x et une dimension Ly2 selon l'axe des y, créant ainsi des jeux positifs et négatifs lx dans la direction de l'axe des x entre chacune des cavités et chacune des puces, et des jeux positifs et négatifs ly dans la direction de l'axe des y entre chacune des cavités et chacune des puces. Les tubes d'aspiration sont abaissés pour être introduits dans les cavités et aspirer les puces vers le haut et ils sont ensuite déplacés vers le haut d'une dis10 tance prédéterminée à l'intérieur des cavités. Ensuite, les tubes d'aspiration sont déplacés d'une distance lx dans chacune des directions, positive et négative, selon l'axe des x et ramenés au centre des cavités. Ils sont ensuite déplacés d'une distance ly dans chacune des directions, positive 15 et négative, selon l'axe des y et ramenés ensuite au centre des cavités, permettant ainsi à la périphérie de chacune des puces de venir heurter la paroi intérieure de la cavité dans les directions, positive et négative, selon les axes x et y, et aux centres du tube d'aspiration, de la puce et de la cavité de s'aligner les uns sur les autres du fait du mouvement relatif du tube d'aspiration par rapport à la puce. Les tubes d'aspiration, sur chacun desquels la puce a été aspirée à la position d'aspiration correcte, sont amenés sur une plaquette de circuit imprimé et les puces sont alors libérées 25 des tubes d'aspiration de façon à être montées avec une grande précision à des emplacements prédéterminés sur la plaquette de circuit imprimé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seu30 lement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel des repères identiques désignent des parties identiques sur toutes les figures et dans lequel: La figure l(a) est une vue en coupe schématique de tubes d'aspiration d'une tête aspirante, lesquels tubes ont 35 aspiré des puces chargées dans des cavités d'un gabarit de montage et ont été soulevées d'une distance prédéterminée; La figure l(b) est une vue en plan schématique montrant les relations dimensionnelles entre une cavité d'un gabarit et une puce chargée dans la cavité; Les figures 2(a) à 2(d) sont des vues en plan schéma5 tiques montrant la séquence des mouvements de correction d'une puce dans les directions positive et négative selon l'axe des x; et Les figures 2(c) à 2(g) sont des vues en plan schématiques montrant la séquence des mouvements de correction 10 d'une puce dans les directions positive et négative selon l'axe des y. On va maintenant décrire en se reportant au dessin joint un procédé pour corriger la position d'aspiration d'une puce dans un gabarit et celle d'un tube d'aspiration dans un 15 dispositif automatique de montage de puces. On va d'abord décrire en se reportant aux figures l(a) et l(b) un procédé selon la présente invention pour corriger une position d'aspiration. En bref, ce procédé comporte les stades suivants: charger des puces C dans des cavités 1 20 d'un gabarit A, aspirer les puces au moyen de tubes d'aspiration 3 d'une tête aspirante 2, déplacer vers le haut la tête aspirante en tenant sur les tubes les puces C, abaisser la tête sur une plaquette de circuit imprimé, et libérer les puces C des tubes d'aspiration 3 de façon à pouvoir monter 25 les puces à des emplacements prédéterminés sur ladite plaquette. - 30 Comme on le voit sur la figure l(b), chaque cavité de chargement des puces 1 a une dimension Lxl selon l'axe des x et une dimension Lyl selon l'axe des y, tandis que chaque puce C a une dimension Lx2 selon l'axe des x et une dimension Ly2 selon l'axe des y. En conséquence, les jeux, supérieur et inférieur ou positif et négatif, dans la direction de l'axe des x entre la cavité 1 et la puce C sont chacun repérés lx, qui est égal à 1/2(Lxl - Lx2), et les jeux, droit et gauche ou positif et négatif, entre la cavité et la puce dans la direction de l'axe des y sont chacun repérés ly, qui est égal à 1/2(Lyl - Ly2). Dans le procédé de la présente invention, les tubes d'aspiration 3 sont déplacés vers le bas et introduits dans les cavités correspondantes 1, afin d'en aspirer les puces C et ils sont ensuite déplacés vers le haut d'une distance prédéterminée à l'intérieur des cavités 1 de façon à maintenir chaque puce dans une position prédéterminée dans chaque cavité. Ces opérations sont effectuées simultanément pour tous les tubes d'aspiration. On déplace ensuite tous les tubes d'aspiration 3 dans 10 les directions des x et des y dans un plan horizontal par rapport au gabarit A selon la séquence de stades suivante en commandant la tête aspirante 2. (a) Tout d'abord, les tubes d'aspiration 3 sont déplacés de la distance lx vers la droite de la figure l(b) 15 (sens positif de l'axe des x); (b) les tubes 3 sont ensuite déplacés de la distance 2 lx vers la gauche de la figure l(b) (sens négatif de l'axe des x) depuis la position décrite ci-dessus en (a); (c) Les tubes 3 sont ensuite déplacés de la distance 20 lx dans le sens positif de l'axe des x depuis la position (b); (d) Les tubes 3 sont ensuite déplacés depuis la position (c) d'une distance ly dans le sens positif de l'axe des Y; (e) Les tubes 3 sont ensuite ramenés dans le sens négatif de l'axe des y d'une distance 2 ly depuis la position (d); (f) Enfin, les tubes 3 sont déplacés depuis la position (c) d'une distance ly dans le sens positif de l'axe des 30 y et ils sont arrêtés. En d'autres termes, tous les tubes d'aspiration 3 ayant chacun son centre positionné sur la ligne centrale de la cavité correspondante 1 sont déplacés d'une distance lx dans chacune des directions, positive et négative, de l'axe 35 des x et sont ensuite ramenés à leur position initiale. Par ailleurs, les tubes d'aspiration 3 sont déplacés d'une distance ly dans chacune des directions, positive et négative, de l'axe des y et sont ensuite ramenés à leur position initiale. Le déplacement des tubes d'aspiration 3 dans les deux directions de l'axe des x et de l'axe des y d'une distance correspondant à chacun des jeux amène la périphérie 5 de chacune des puces à venir heurter la paroi intérieure de la cavité 1, déplaçant ainsi la position d'aspiration de la puce du fait du mouvement relatif du tube d'aspiration 3 par rapport à la puce C et alignant les centres de chacun des tubes 3, des puces C et des cavités 1 les uns par rapport 10 aux autres. Ensuite, les tubes d'aspiration 3, tenant chacun une puce C dans sa position d'aspiration correcte, sont amenés sur une plaquette de circuit imprimé et les puces C sont libérées des tubes et montées sur les emplacements prédéterminés de la plaquette. Le procédé de la présente invention décrit ci-dessus permet d'obtenir des résultats satisfaisants si les conditions préalables suivantes sont satisfaites. (1) Les cavités 1 sont formées pour avoir les mêmes dimensions par rapport à chacune des puces C à charger dans 20 les cavités. Ce résultat peut être aisément obtenu en utilisant des techniques conventionnelles d'usinage de précision. (2) Le centre de chaque tube d'aspiration 3 est aligné avec celui de la cavité correspondante 1 et avec la position prédéterminée de la plaquette de circuit imprimé sur 25 laquelle on doit monter la puce. (3) Les jeux lx et ly sont déterminés sur la base des dimensions nominales de la puce C et l'on néglige les tolérances dimensionnelles autorisées, positive et négative, de chacune des puces. En conséquence, si la puce présente un écart dimensionnel, le centre du tube d'aspiration ne peut pas être exactement aligné sur le centre de la puce et l'alignement entre le tube d'aspiration et la puce est un "alignement apparent". Néanmoins, le défaut de correspondance de la puce 35 du fait de cet alignement apparent est compris entre le dixième et le centième de ce qu'il était dans la technique antérieure. On va maintenant décrire plus en détail le-procédé de l'invention en liaison avec l'exemple représenté sur les figures 2(a) à 2(g). Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les di5 mensions de la puce C sont 1,25 x 2,00 mm et celles de la cavité 1 1,75 x 2,50 mm. En conséquence, chacun des jeux, positif et négatif, dans la direction de chacun des axes x et y est 0,25 mm lorsque la puce C est disposée au centre de la cavité. Dans l'exemple de la figure 2, la puce C est 10 chargée dans la cavité 1 en étant décalée par rapport au centre en direction du coin inférieur gauche de la cavité, comme on le voit sur la figure 2(a). Le centre du tube d'aspiration est aligné avec celui de la puce par les opérations suivantes: (a) Tout d'abord, le tube d'aspiration (3) est déplacé de 0,25 mm (lx) dans la direction positive de l'axe des x, comme on le voit sur la figure 2(b). Dans ce cas, la puce C ne vient pas heurter la paroi intérieure de la cavité, car le jeu dans cette direction est supérieur à 0,25 mm. (b) Le tube 3 est ensuite déplacé de 0,5 mm (2 lx) dans la direction négative de l'axe des x depuis la position de la figure 2(b). La puce C vient alors heurter la paroi intérieure de la cavité lorsqu'elle s'est déplacée de 0,25 mm, le mouvement de la puce C est arrêté et seul le tube d'aspi25 ration 3 est déplacé de 0,5 mm. En conséquence, ce mouvement relatif déplace la position d'aspiration du tube d'aspiration par rapport à la puce C et aligne le centre de la puce selon l'axe des x sur celui du tube 3, comme le montre là figure 2(c). (c) Lorsque le tube d'aspiration 3 est ramené de 0,25 mm (lx) dans la direction positive de l'axe des x depuis la position (b), il en résulte que les centres selon l'axe des x du tube 3, de la puce C et de la cavité 1 sont alignés l'un sur l'autre, comme on le voit sur la figure 2(d). (d) Le tube d'aspiration 3 est ensuite déplacé de 0,25 mm (ly) dans la direction positive de l'axe des y depuis la position (c) représentée sur la figure 2(d). Dans ce déplacement, la puce C ne vient pas heurter la paroi intérieure de la cavité 1, comme on le voit sur la figure 2(e), car le jeu dans cette direction est supérieur à 0,25 mm. (e) Le tube d'aspiration (3) est ensuite déplacé de 0,5 mm (2 ly) dans la direction négative de l'axe des y depuis la position (d). La puce C vient alors heurter la paroi intérieure de la cavité lorsqu'elle a parcouru 0, 25 mm, son mouvement est arrêté, et seul le tube 3 est déplacé de 0,5 mm. En conséquence, ce mouvement relatif déplace la posi10 tion d'aspiration du tube d'aspiration 3 par rapport à la puce C et aligne le centre de la puce C selon l'axe des y sur celui du tube 3, comme le montre la figure 2(f). (f) Le tube 3 est enfin ramené de 0,25 mm dans la direction positive de l'axe des y depuis la position (e) représentée sur la figure 2(f). Il en résulte que les centres selon l'axe des y du tube 3 de la puce C et de la cavité 1 s'alignent l'un sur l'autre, comme on le voit sur la figure 2(g). On notera ainsi que les opérations (a) à (f) décrites 20 ci-dessus font coïncider exactement et alignent l'un sur l'autre les centres du tube 3, de la puce C et de la cavité 1 à la fois dans les directions des axes des x et des y; le défaut d'alignement de la puce C, qui a été chargée, décalée de sa position d'aspiration prédéterminée exacte, est corrigé 25 de façon très précise. Les opérations ci-dessus sont réalisées simultanément pour tous les tubes d'aspiration correspondant aux cavités du gabarit de montage. De façon plus particulière, dans le procédé de la présente invention, les déplacements dans les 30 directions, positive et négative, de l'axe des x et de l'axe des y sont chacun effectués simultanément pour tous les tubes d'aspiration et un seul cycle d'opération permet à toutes les puces aspirées d'être simultanément amenées exactement en position d'aspiration correcte et d'être montées très préci35 sément sur les emplacements de montage prédéterminés sur la plaquette de circuit imprimé. Le procédé de la présente invention consiste à aspirer les puces chargées dans les cavités du gabarit de montage au moyen des tubes d'aspiration, à amener ces tubes jusqu'à la plaquette de circuit imprimé tout en tenant les puces sur eux et à monter les puces sur ladite plaquette. En conséquence, on peut utiliser tout moyen approprié, pour amener une à une les puces dans les cavités, par exemple un alimenteur de puces pour amener la puce par un tuyau d'ali-mentation en puces, un magasin d'alimentation en puces, un 10 ruban d'alimentation en puces, etc... Bien qu'on ait décrit plus particulièrement une réalisation préférée de l'invention en se reportant au dessin, on peut apporter diverses modifications et variantes à la lumière des enseignements ci-dessus. Il est en conséquence bien entendu qu'en restant dans le domaine des revendications jointes, l'invention peut être mise en oeuvre autrement que dans la description ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé pour monter des composants électroniques en des emplacements prédéterminés sur une plaquette de circuit imprimé, caractérisé en ce que: - on charge ces composants électroniques (C) dans chacune des cavités (1) d'un gabarit de montage (A) dans un dispositif automatique de chargement de puces, chaque cavité ayant une dimension Lxl selon l'axe des x et une dimension Lyl selon l'axe des y, chaque composant électronique ayant une 10 dimension Lx2 selon l'axe des x et une dimension Ly2 selon l'axe des y, créant ainsi un premier et un deuxième jeu lx dans la direction de l'axe des x entre chacune de ces cavités et chacun de ces composants électroniques, et un premier et un deuxième jeu ly dans la direction de l'axe des y entre 15 chacune de ces cavités et chacun de ces composants électroniques; - on aspire les composants électroniques (C) dans les cavités au moyen de tubes d'aspiration (3) dans ce dispositif automatique de chargement de puces; - on déplace ces tubes d'aspiration (3) vers le haut à l'intérieur des cavités (1) tout en tenant les composant (C) sur ces tubes (3); - on déplace ces tubes d'aspiration (3) dans une première et dans une deuxième direction de l'axe des x; - on ramène les tubes d'aspiration (3) au centre des cavités (1) en déplaçant les tubes (3) dans la direction de l'axe des x; - on déplace les tubes d'aspiration (3) dans une première et dans une deuxième direction de l'axe des y; - on ramène les tubes d'aspiration (3) au centre des cavités (1) en déplaçant les tubes (3) dans la direction de l'axe des y, permettant ainsi à chaque composant électronique de venir heurter la paroi intérieure de la cavité dans les premières et dans les deuxièmes directions de l'axe des x et de 35 l'axe des y et alignant ainsi l'un avec l'autre les centres du tube d'aspiration, du composant électronique et de la cavité du fait du déplacement relatif du tube d'aspiration par rapport au composant électronique; - on amène sur la plaquette de circuit imprimé les tubes d'aspiration tenant chacun aspiré un composant électronique dont le centre a été aligné sur le centre de la cavité correspondante; et - on libère les composants électroniques des tubes d'aspiration pour les monter aux emplacements prédéterminés sur la plaquette de circuit imprimé. 2. Procédé pour monter des composants électroniques aux emplacements prédéterminés sur une plaquette de circuit 10 imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun du premier et du deuxième jeu dans la direction de l'axe des x est représenté par l'expression 1/2(Lxl - Lx2). 3. Procédé pour monter des composants électroniques aux emplacements prédéterminés sur une plaquette de circuit 15 imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun du premier et du deuxième jeu dans la direction de l'axe des y est représenté par l'expression 1/2(Lyl - Ly2). 4. Procédé pour monter des composants électroniques aux emplacements prédéterminés sur une plaquette de circuit 20 imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes d'aspiration sont déplacés de la distance lx dans la première direction de l'axe des x et déplacés ensuite de la distance 2 lx dans la deuxième direction de l'axe des x. 5. Procédé pour monter des composants électroniques 25 aux emplacements prédéterminés sur une plaquette de circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes d'aspiration sont déplacés de la distance ly dans la première direction de l'axe des y et déplacés ensuite de la distance 2 ly dans la deuxième direction de l'axe des y. 30