Brevet FR2604847A1 — publié le 19880408

La présente invention concerne un appareil pour positionner des composants de circuits et plus particulièrement pour positionner de tels composants à des endroits prédéterminés en vue de leur montage sur des cartes à circuits imprimés. 5 Pour la fabrication de circuits électroniques, on monte généralement des éléments électroniques sélectionnés sur une carte à circuits imprimés ou carte imprimée. A cet effet, les éléments électroniques doivent être disposés à des endroits prédéterminés sur la carte. Selon un procédé classique, on forme 10 un trou devant servir de repère dans la carte imprimée et on uti- lise ce trou pour positionner la carte mécaniquement de manière que chaque composant puisse être monté sur la carte en un point défini par rapport aux contours de la carte. Cependant, cette technique classique pour le posi- 15 tionnement et le montage de composants électroniques sur des cir- cuits imprimés produit d'importants rejets en raison du manque de précision de la position du trou poinçonné dans la carte par rapport au câblage imprimé, en raison du manque de précision des câblages imprimés et en raison de la déformation de la carte sous 20 l'effet de la chaleur lorsque la carte est immergée dans le bain de brasage. Le matériau et la configuration de la carte imprimée, et d'autres facteurs encore, font également qu'il est impossible de monter des composants électroniques avec une grande précision sur un circuit imprimé en procédant de cette manière. Au cas o 25 les composants électroniques possèdent un grand nombre et une forte densité de connexions de sortie, comme c'est le cas avec les CI (circuits intégrés) à boîtier plat, les sorties ne sont pas toujours connectées convenablement aux dispositifs de connexion correspondants prévus sur la carte, de sorte qu'un montage de composants d'une 30 grande fiabilité est irréalisable. De ce fait, les composants électroniques ayant des sorties nombreuses et très rapprochées les unes des autres sont montés manuellement. Or, ce travail manuel est lent, ce qui augmente les coûts de production en conséquence. 35 Pour résoudre ces problèmes, on peut utiliser des techniques de reconnaissance de motifs pour positionner les composants 2604847 2 sur les circuits imprimés. Cependant, comme les problèmes de produc- tivité et de coût ne sont résolus de cette manière, ces techniques ne sont pas appliquées dans la pratique. La demande de modèle d'utilité japonais, non exa- 5 minée mais soumise à l'inspection publique, portant le n Sho 59-61571, propose, pour positionner des composants éLectroniques tels que des CI à boîtier plat sur un circuit imprimé, de fixer les sorties des composants directement dans des creux de dépôts de brasure. Toutefois, cette technique n'est pas applicable 10 à des composants possédant des sorties coplanaires ou faisant un petit angle avec le boîtier. De plus, il n'est pas pratique et il semble peu intéressant de former des creux dans des dépôts (bosses) de brasure sur la carte imprimée pour chaque sortie de chaque composant électronique à connecter à un circuit imprimé. 15 Compte tenu des problèmes décrits ci-dessus, l'invention vise à procurer un procédé et un appareil pour positionner des composants à des endroits prédéterminés pour faciliter le mon- tage automatique des composants sur des circuits imprimés et oui améliorent la précision de montage des composants, sans que cette 20 précision risque d'être compromise par d'éventuels défauts de pré- cision des dimensions ou par le matériau des cartes à circuits imprimés. L'invention apporte un procédé pour positionner des composants électroniques à des emplacements prédéterminés sur une 25 carte à circuits imprimés, les emplacements étant préfixés en par- ticulier par des pistes conductives destinées à relier différents composants sur la carte, qui est caractérisé en ce qu'il consiste à : (a) saisir un composant en un point d'enlèvement de composants 30 ayant un premier rapport de position avec un organe de positionnement ; (b) disposer un élément de guidage à un point connu ou point de repère sur la carte à circuits imprimés, la forme et les dimensions de l'élément de guidage étant adaptées à celles de l'organe de positionnement, l'élément de guidage ayant notamment une forme 35 convexe ; et 2604847 3 (c) placer l'organe de positionnement sur l'élement de guidage, de manière que l'organe de positionnement soit guidé vers le point de repère et que le composant saisi et maintenu soit amené à un emplacement prédéterminé sur la carte, o le composant 5 doit être mis en place , cet emplacement prédéterminé ayant avec le point de repère un second rapport de position qui est égal au premier rapport de position. Selon l'invention, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend une carte à circuits imprimés, au moins un 10 composant à monter à un emplacement prédéterminé sur la carte, un dispositif de maintien capable de saisir, de tenir et de relâcher un composant saisi, un organe de positionnement installé sur le dispositif de maintien et un élément de guidage disposé à un point connu ou point de repère sur la carte, cet élément servant à guider 15 l'organe de positionnement jusqu'au point de repère, par rapport à la carte, après quoi le dispositif de maintien relâche le compo- sant à l'emplacement prédéterminé sur la carte. Selon un mode de réalisation, l'élément de guidage définit un creux et est formé par une portion de piste conductive 20 en forme d'anneau, qui entoure le point de repère et sur laquelle est déposée de la brasure. L'organe de positionnement peut être constitué notamment par une goupille avec un bout arrondi, pouvant être reçu dans le creux défini par l'élément de guidage, en vue du guidage du bord arrondi au bout de la goupille par la surface 25 inclinée définissant le creux du dépôt de brasure. Selon un autre mode de réalisation, l'élément de guidage comporte une portion de piste conductive en forme de cercle, sur laquelle est déposée de la brasure, et l'organe de positionnement est constitué en particulier par une goupille possédant un bout cylindrique creux dont le bord interne est biseauté pour correspondre à la forme circulaire bombée de l'élément de guidage. Le dispositif de maintien peut être formé essentiellement par une plaque munie d'une tubulure avec une ventouse à une extrémité pour saisir, tenir et relâcher un composant par l'application sélective d'une dépres- 35 sion, la plaque étant munie en outre de l'organe de positionnement, 2604847 4 formé notamment par une goupille montée coulissante dans la plaque, et le premier rapport de position correspondant aux positions rela- tives, fixes, de la tubulure avec la ventouse et de l'organe de positionnement. 5 L'élément de guidage peut également comporter une portion de piste conductive de forme triangulaire ou rectangulaire avec un dépôt de brasure de forme correspondante sur cette portion de piste. Il est également possible, par exemple, de prévoir quatre portions de piste conductive disposées en forme de rectangle ou 10 radialement, de façon symétrique, autour du point de repère avec quatre dépôts de brasure correspondants sur ces portions de piste. Bien entendu, la forme et les dimensions de l'organe de positionne- ment sont alors adaptées en conséquence. Dans un mode de réalisation particulier, la distance 15 entre l'élément de guidage et l'emplacement prédéterminé pour le composant sur la carte est égale à la distance entre l'organe de positionnement et le composant quand il est tenu par le dispositif de maintien. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 20 ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un appa- reil de positionnement de composants électroniques selon un mode 25 de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 2 est la vue frontale d'une partie essen- tielle de l'appareil représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est la vue frontale à plus grande échelle d'une partie essentielle de l'appareil des figures 1 et 2, 30 servant à expliquer le guidage d'une goupille de positionnement ; - la figure 4 est une vue frontale correspondant à celle de la figure 2 à la fin de l'opération de guidage ; - la figure 5 est la coupe longitudinale d'une unité d'alignement de circuits intégrés ; 35 - la figure 6 est une vue semblable de cette unité à un autre stade du fonctionnement ; 2604847 5 les figures 7 à 10 sont des vues en plan de différentes variantes de réalisation possibles de l'élément de guidage visible sur la figure 1 ; et - la figure 11 est une coupe axiale d'une variante 5 de réalisation de la goupille et de l'élément de guidage correspon- dant. L'appareil représenté sur la figure 1 sert à monter des composants électroniques sur une carte 1 à circuits imprimés. La carte imprimée 1 est placée sur un dispositif de transport 2, 10 par exemple sur un convoyeur à courroie dont la courroie est avan- cée de façon intermittente dans le sens indiqué par la flèche 3. La carte 1 porte un câblage imprimé sous forme de pistes conduc- tives qui sont destinées à relier entre eux différents composants du circuit. La carte imprimée 1 visible sur la figure 1 porte des 15 extrémités libres 4 de pistes conductives, extrémités qui sont séparées sur le dessin du reste des pistes conductives concernées par des lignes en traits mixtes 5 et qui peuvent être brasées, n'étant pas couvertes par la matière de réserve qui couvre le reste de cette zone, de l'autre côté des lignes 5. 20 La carte imprimée 1 porte également un élément de guidage annulaire 6 qui est formé par une petite masse de brasure. Ce guide 6 sert au positionnement des composants. Pour sa réali- sation, on forme d'abord une portion de piste conductive annulaire 26 (voir les figures 2 et 3) sur la carte 1. Ensuite, lors de l'immer- 25 sion de la carte dans un bain de brasage, il se forme un dépôt de brasure sur la portion de piste annulaire. L'appareil représenté sur la figure 1 comprend éga- lement une plaque de maintien 8 qui tient un CI (circuit intégré) 7 à boîtier plat, à monter sur la carte imprimée 1, de manière que 30 ses broches puissent être connectées aux bornes à braser 4. La plaque 8 est munie d'une tubulure 9 qui est raccordée en haut (sur les dessins) à un tuyau d'aspiration 10 et dont l'extrémité infé- rieure porte une ventouse 12 pour saisir et tenir le CI 7 par appli- cation d'une dépression. La plaque 8 est équipée en outre d'une 35 goupille de positionnement ou d'ajustage 13 qui est montée vertica- lement coulissante sur la plaque. Un ressort hélicoldal 15 entre 2604847 6 un collet 14 de la goupille 13 et la plaque 8 presse la goupille vers le bas. La plaque 8, portant le CI 7 à bottier plat à l'aide de la dépression appliquée, est elle-même supportée par un coulis- 5 seau 16 avec interposition d'un vérin pneumatique 17. La tige de piston 18 de ce vérin est attachée à la plaque 8 du dispositif de maintien. Le vérin 17 est raccordé à un tuyau d'air 19 branché sur une source d'air comprimé (non représentée). Le coulisseau 16 peut être déplacé librement sur deux tiges de guidage 20 qui le. traversent 10 de part en part. Une unité 21 d'alignement de CI est disposée fixe d'un c8té de la carte 1 portée par le convoyeur 2. L'uni- té 21 possède une cavité 22, destinée à recevoir chaque fois un CI 7 à boîtier plat, la cavité présentant une paroi latérale in- 15 clinée 23. L'unité d'alignement 21 présente en outre un trou cir- culaire 24 prévu à des fins de positionnement et possédant en haut une entrée 25 inclinée. Une opération de positionnement effectuée par l'appa- reil représenté se déroule comme décrit ci-après. 20 La ventouse 12 tient fermement le CI 7?à bottier plat, comme représenté sur la figure 2, sous l'effet de la dépres- sion appliquée par le tuyau 10. Il est à noter que le CI 7 a préa- lablement été disposé de manière que le rapport de position entre la goupille d'ajustage 13 et le CI 7 soit égal au rapport de posi- 25 tion entre les bornes à braser 4 sur la carte imprimée 1 et le guide 6. Les positions étant fixées comme indiqué ci-dessus, le coulisseau 16 est déplacé le long des tiges 20. Quand le coulisseau 16 atteint une position prédéterminée, le vérin pneumatique 17 est actionné en vue de l'extension de la tige de piston 18; de ce fait, la plaque 30 de maintien 8 est abaissée, comme représenté sur les figures 2 et 4. La goupille d'ajustement 13 installée sur la plaque 8, o elle est pressée vers le bas par le ressort 15, vient en contact avec la carte imprimée 1, par son bout inférieur, avant que le CI 7 ne ne vienne en contact avec la carte. Donc, lorsque la plaque est 35 abaissée par le vérin 17, la goupille 13 vient en contact avec le guide annulaire 6, voir figure 3, et est poussée vers le centre de 2604847 7 ce guide par suite de l'inclinaison de La surface définissant le bord annulaire intérieur du dépôt bombé de brasure. La gou- pille 13 glisse donc dans le guide 6 et est reçue dans le creux défini par celui-ci, en se déplaçant de la position représentée 5 en traits mixtes sur la figure 3 à la position représentée en traits pleins sur cette même figure. Cette série d'opérations permet de positionner la plaque 8 de manière que la position et l'orientation du CI 7 correspondent convenablement à celles des bornes à braser 4. Pen- 10 dant que le vérin 17 fait davantage descendre la plaque 8, cette dernière est également abaissée par rapport à la goupille d'ajus- tage, comme cela ressort de la figure 4. Donc, le CI 7 tenu par la ventouse 12 peut être positionné convenablement sur les bornes 4. Les sorties du CI 7, une fois qu'elles sont con- 15 venablement positionnées, sont qonnectées électriquement de façon permanente aux bornes 4, par un adhésif ou de la brasure. Simulta- nément, la dépression appliquée par le tuyau 10 est coupée, de sorte que le CI 7 se détache de la ventouse 12, pendant que le vérin pneumatique 17 rétracte la tige de piston 18. La plaque 8, 20 ayant déposée le CI 7, remonte par conséquent. Le coulisseau 16 est ensuite déplacé le long des tiges de guidage 20 pour ramener la plaque 8 à un point situé au-dessus de l'unité 21 d'alignement des circuits intégrés. Le CI 7 suivant à installer est tenu prêt par l'uni25 té d'alignement 21, décrite dans ce qui précède, et est saisi par la tubulure avec la ventouse portées par la plaque 8. Cette opéra- tion sera décrite dans ce qui va suivre en référence aux figures 5 et 6. Lorsque la plaque 8 du dispositif de maintien à été 30 ramenée au-dessus de l'unité d'alignement 21, la tige de piston 18 est de nouveau étendue par suite de l'actionnement du vérin pneu- matique 17. De ce fait, la plaque 8 est amenée de la position de figure 5 à celle représentée figure 6 et le goupille d'ajustage 13 35 de la plaque 8 est engagée dans le trou de positionnement circu- laire 24 de l'unité d'alignement 21. L'entrée évasée 25 contribue 2604847 8 à guider la goupiLLe dans le trou 24. La ventouse 12 sur l'extré- mité inférieure de La tubulure 8 est en même temps pressée contre le boîtier plat du CI 7 maintenu en place dans la cavité 22. Le CI 7 étant ainsi convenablement positionné par 5 rapport à la goupille d'ajustage 13, la dépression est appliquée par le tuyau 10, de sorte que le CI 7 est saisi par la ventouse portée par la plaque 8. Le système est donc prêt à exécuter l'opé- ration de montage suivante. Ainsi qu'il a été décrit dans ce qui précède, ce 10 mode de réalisation de l'appareil de positionnement selon l'inven- tion est capable de monter le CI 7 sur la carte imprimée 1 avec une précision qui est déterminée par les bornes 4 et par la por- tion de piste conductive 26. Un positionnement très précis est possible si le rapport de position entre la portion de piste 26 15 et les bornes à braser 4 est fixé avec suffisamment de soin. L'appareil selon l'invention permet donc de monter les composants 7 aux points requis des cartes imprimées 1, quelle que soit la précision dimensionnelle, le matériau ou la configuration des cartes imprimées 1. 20 Le procédé de montage qui vient d'être décrit permet le montage automatique de circuits intégrés à boîtier plat sur des cartes à circuits imprimés. De plus, un tel montage auto- matique n'exige pas de qualification particulière et permet d'aug- menter la productivité. 25 Comme le procédé et l'appareil de positionnement selon l'invention améliorent en outre la précision du montage, la qualité et la fiabilité des circuits électroniques formés sur les cartes imprimées sont accrues en même temps. Du fait que le montage des composants individuels se déroule en même temps que leur posi- 30 tionnement, la productivité peut être accrue considérablement. Il est à noter que la carte ou la plaquette à circuits imprimés possède la même configuration que les cartes ou plaquettes classiques, de sorte que le coût des supports imprimés eux-mêmes n'est pas accru. De plus, le procédé selon l'invention permet le montage de compo- 35 sants avec une forte densité, de même que le positionnement de plusieurs composants au moyen d'un seul élément de guidage 6. Le 2604847 9 montage automatique de circuits intégrés à boîtier plat avec des sorties très rapprochées est également possible. Bien que le guide 6 formé par la brasure possède une forme annulaire dans le mode de réalisation qui vient d'être 5 décrit, ce guide pour la goupille d'ajustage 13 peut aussi avoir d'autres formes : une forme triangulaire par exemple, comme repré- senté sur la figure 7, o le guide est désigné par 30 ou une forme carrée, comme représenté sur la figure 8, o le guide est désigné par 31. On peut prévoir aussi des portions de pistes conductives 32 10 de forme rectangulaire, qui sont disposées pour définir un carré par exemple, comme représenté sur la figure 9. La figure 10 montre qu'il est possible aussi de disposer radialement, de façon symétrique, quatre portions de piste conductive rectangulaires 32. Alors que la goupille d'ajustage 13 de l'exemple 15 décrit dans ce qui précède est massive, il est possible aussi d'uti- liser une goupille cylindrique creuse, comme celle désignée par 33 sur la figure 11. Dans ce cas, le bord intérieur de la goupille peut être biseauté pour servir au centrage de la goupille 33 sur un dépôt circulaire bombé de brasure 34 formé sur une portion circu- 20 laire de piste conductive ou de film conducteur 26 porté par la carte imprimée 1. Ainsi qu'il a été décrit, le procédé et l'appareil selon l'invention pour positionner des composants électroniques à des emplacements prédéterminés permettent le montage de composants 25 sur des cartes à circuits imprimés avec une grande précision, à l'aide d'un élément de guidage simple formé par une saillie cons- tituée par un dépôt de brasure de grande précision, sans que la précision dimensionnelle, le matériau ou la configuration des cartes imprimées risquent d'influencer la haute précision de montage. De 30 plus, l'invention permet de réaliser ce montage de façon automatique sans main d'oeuvre de qualification particulière. L'homme de l'art comprendra que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisations décrites et qu'il pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir du cadre 35 de l'invention. 2604847 10 R E V E N D I C AT IONS 1. Procédé pour positionner des composants électro- niques à des emplacements prédéterminés sur une carte à circuits imprimés, les emplacements étant préfixés en particulier par des pistes conductives destinées à relier différents composants sur 5 la carte, caractérisé en ce qu'il consiste à : (a) saisir un composant (7) en un point d'enlèvement de com- posants, ayant un premier rapport de position avec un organe de positionnement (13 ; 33) ; (b) disposer un élément de guidage (6) à un point connu ou 10 point de repère sur La carte (1) à circuits imprimés, la forme et les dimensions de l'élément de guidage étant adaptées à celles de l'organe de positionnement, l'élément de guidage ayant notamment une forme convexe ; et (c) placer l'organe de positionnement (13 ; 33) sur l'élément 15 de guidage (6), de manière que l'organe de positionnement soit guidé vers le point de repère et que le composant (7) saisi et maintenu soit amené à un emplacement prédéterminé sur la carte (1), o le composant doit être mis en place, cet emplacement prédéterminé ayant avec le point de repère un second rapport de position qui 20 est égal au premier rapport de position. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une carte (1) à circuits imprimés, au moins un composant (7) à monter à un em- placement prédéterminé sur la carte, un dispositif de maintien (8) 25 capable de saisir, de tenir et de relâcher un composant saisi, un organe de positionnement (13, 33) installé sur le dispositif de maintien, ainsi qu'un élément de guidage (26, 6 ; 26, 34 ; 30 à 32) disposé à un point connu ou point de repère sur la carte (1), cet élément servant à guider l'organe de positionnement (13 ; 33) 30 jusqu'au point de repère par rapport à la carte, après quoi le dispositif de maintien (8) relâche le composant (7) à l'emplacement prédéterminé sur la carte (1). 3. Appareil selon la revendication 2, o l'élément de guidage définit un creux et est formé par une portion de piste con- 35 ductive en forme d'anneau (26) qui entoure le point de repère et 2604847 11 sur laquelle est déposée de La brasure (6), l'organe de position- nement étant constitué notamment par une goupiLLe (13) avec un bout arrondi, pouvant être reçu dans Le creux défini par l'élément de guidage, avec guidage du bord arrondi au bout de la goupille (13) 5 par la surface inclinée définissant le creux de l'élément de gui- dage. 4. Appareil selon la revendication 2, o l'élément de guidage comporte une portion de piste conductive en forme de cercle (26), sur laquelle est déposée de la brasure (34), l'organe 10 de positionnement étant constitué notamment par une goupille (33) possédant un bout cylindrique creux dont le bord interne est bi- seauté pour correspondre à la forme circulaire bombée de l'élement de guidage. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 15 à 4, comprenant en outre un dispositif (16) pour déplacer le dispo- sitif de maintien et l'organe de positionnement d'un point de préLè- vement de composants vers la carte imprimée (1). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le dispositif de maintien (8) saisit et maintient 20 le composant (7) par application d'une dépression. 7. Appareil selon la revendication 6, dans lequel le dispositif de maintien comporte une plaque (8) munie d'une tubulure (9) avec une ventouse (12) à une extrémité pour saisir, tenir et relâcher un composant (7) et d'un organe de positionnement (13 ; 33), 25 le premier rapport de position correspondant aux positions rela- tives, fixes, de la tubulure avec la ventouse et de l'organe de positionnement. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et 5 à 7, dans lequel l'élément de guidage comporte une portion de 30 piste conductive de forme triangulaire (30) ou rectangulaire (31) et un dépôt de brasure de forme correspondante sur cette portion de piste ou de film conducteur. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et 5 à 7, dans lequel l'élément de guidage comporte quatre portions 35 de piste conductive (32) disposées en forme de rectangle ou radiale- ment, de façon symétrique, autour du point de repère, ainsi que 2604847- 12 quatre dépôts de brasure correspondants sur ces porticns de piste ou de film conducteur. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequet la distance entre l'élément de guidage (26, 6 ; 5 26, 34 ; 30 à 32) et l'emplacement prédéterminé pour le composant (7) sur la carte imprimée (1) est égale à la distance entre l'organe de positionnement (13 ; 33) et le composant (7) tenu par le dispo- sitif de maintien (8). 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 10 à 10, dans lequel l'organe de positionnement (13 ; 33) est une gou- pille montée coulissante sur la plaque (8) du dispositif de maintien. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, comprenant en outre une unité d'alignement (21) destinée à tenir le composant (7) prêt à être saisi par le dispositif de main- 15 tien (8), cette unité définissant le point d'enlèvement de compo- sants et présentant un trou (24) destiné à recevoir l'organe de positionnement (13 ; 33) porté par le dispositif de maintien en vue du positionnement convenable du composant (7) par rapport à cet or- gane.