Brevet FR2671027A1 — publié le 19920703

PROCEDE DE RAINURAGE ET MACHINE A RAINURER LES CIRCUITS La présente invention concerne un procédé de rainurage et une machine à rainurer particulièrement adaptée à la réalisation d'amorces de découpe sur des plaquettes de circuits imprimés ou intégrés. On sait que la fabrication de circuits imprimés de moyenne et de grande série est plus rentable lorsque plusieurs circuits sont simultanément réalisés sur un support suffisamment grand pour être traité par des machines automatiques adaptées aux panneaux de grandes dimensions. Ceci est également vrai pour- la réalisation des circuits intégrés sur des plaquettes de silicium, la maîtrise d'un facteur d'échelle élevé s'avérant même ici primordial.A la fin de toutes les phases de traitement d'une plaquette de circuits imprimés ou intégrés, il convient bien sûr de procéder à la séparation des circuits unitaires ; cette dernière opération peut être exécutée de manière directe, par exemple par détourage, mais il est plus courant, et souvent plus rentable, de procéder à un rainurage des plaquettes, autorisant une division postérieure des circuits par le moyen de cassures pratiquées le long des rainures. On connaît bien les machines à rainurer les circuits du type à fraises tournantes. Sur ces machines, les plaquettes de circuits à rainurer sont guidées sous un ensemble de fraises ou de meules, montées, suivant des entraxes précis, sur un arbre entraîné en rotation ; les plaquettes sont ainsi entaillées aux endroits où doivent être opérées les séparations entre circuits unitaires. A cet égard, il est courant de rainurer simultanément les deux faces d'une plaquette qu'on guide alors entre deux jeux de meules ou de fraises se faisant face et qui sont portées par des arbres porte-fraises dont l'entraxe est reglable.Ces machines sont capables de rendements élevés, mais leurs inconvénients sont néanmoins nombreux et on peut notamment citer à leur désavantage - leur complexité : l'entraxe des fraises doit être très précis, leur guidage parfait et leur stabilité impeccable (absence de gauchissement et de vibrations), ce qui nécessite le recours à des technologies de pointe exigeantes (commande numérique, transmissions et entraînement fiables, dispositifs de contrôle ...). - leur coût élevé, en investissement et en entretien (affûtage périodique et fréquent des fraises, immobilisation d'arbres pré-réglés ou montage des arbres par un opérateur spécialisé, ...). - leur environnement contraignant : bruit, poussières nécessitant un système d'aspiration efficace pour la protection des personnels, - la difficulté d'affûter un jeu de fraises à un diamètre rigoureusement identique, ce qui conduit à réaliser des rainures de profondeur variable sur une même plaquette de circuits ; même dans le cas d'utilisation de meules diamantées, ces meules s'usent d'une manière inégale du fait qu'on ne les emploie pas systématiquement par lot. - le montage et le démontage des fraises sur leur arbre commun : soit l'utilisateur doit démonter l'arbre dans son ensemble, ce qui est peu pratique, soit on utilise des dispositifs plus perfectionnés à montage rapide qui présentent un encombrement important n'autorisant pas la réalisation de rainures rapprochées. - la qualité parfois mauvaise des rainures pratiquées : la tendance naturelle d'une fraise tournante est de réaliser, du fait des vibrations, une rainure de section droite trapézoïdale (à fond plat) plutôt que triangulaire (ce qui est le cas idéal si l'on veut obtenir des cassures franches procurant un bord net). En outre, l'utilisation de galets presseurs pour le centrage de la plaquette de circuits, lorsqu'on veut réaliser le rainurage sans reprise (c'est-à-dire au moyen de machines réalisant des rainures simultanément sur les deux faces), contribue à rendre encore un peu plus complexe la machine puisqu'il convient alors de régler les hauteurs des galets en rapport avec celles des fraises. La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients en proposant un procédé de rainurage et une machine à rainurer les circuits, d'un type nouveau. Ainsi, l'invention concerne tout d'abord un procédé de rainurage de plaquettes de circuits imprimés ou intégrés, caractérisé en ce qu'on grave chaque rainure au moyen d'un instrument pointu et tranchant qui est déplacé parallèlement à lui-même à une hauteur constante par rapport à la face de la plaquette à rainurer. Préférentiellement, on emploie un instrument pointu et tranchant du type d'un grain biseauté transversalement laissant un sillon au profil triangulaire sur ladite face. L'un des objectifs de l'invention est ainsi de fournir un procédé de rainurage particulièrement fiable permettant de réaliser des rainurages parfaitement triangulaires se cassant d'une manière très nette. Le rainurage par gravure conforme à l'invention procure en effet une entaille dont la section droite épouse exactement le profil transversal biseauté du grain utilisé, l'affûtage d'un tel grain étant beaucoup plus précis et fiable que celui d'une fraise ou d'une meule. Un autre objectif de l'invention est de réduire les coûts d'investissement et de maintenance d'une machine à rainurer construite selon le procédé de rainurage propose. A cet égard, l'invention propose une machine pour le rainurage de plaquettes de circuits imprimés ou intégrés, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une rangée de grains biseautés transversalement et présentant une face coupante formant une pointe triédrique au sommet desdits grains, lesdites pointes étant positionnées dans un plan situé légèrement au-dessous du niveau de la face d'une plaquette de circuits à rainurer, parallèlement à cette même face, ladite rangée de grains et ladite plaquette de circuits étant animées d'un mouvement longitudinal relatif propre à permettre la réalisation de sillons parallèles sur ladite face. Vu son coût très faible, une rangée de grains peut être spécifiquement réalisée pour un format de découpe donné, sans qu'il soit nécessaire de dérégler les écartements des grains pour l'exécution de rainures agencées selon un format différent ; on peut ainsi stocker un grand nombre de rangées pré-réglées. En outre, l'usure des grains est toujours identique et leur affûtage s'effectue au même moment ; en conséquence, les rainures réalisées sont toujours de qualité et de profondeur identiques. Un autre objectif de l'invention est de permettre la fabrication d'une machine à rainurer très silencieuse et très propre. L'invention permet en effet de supprimer les moteurs d'entraînement des arbres porte-fraises ainsi que les systèmes d'aspiration, organes les plus générateurs de bruit. A cet égard, chaque grain, en mordant la matière (époxy ou silicium) d'une plaquette à rainurer, dégage un copeau non pulvérulent dont ni l'élimination, ni l'incidence sur l'environnement immédiat de la machine ne constituent un problème, au contraire des poussières générées par une fraise ou une meule tournante. Un dernier objectif de la présente invention est enfin de procurer un moyen simple et efficace pour le centrage parfait de rainures réalisées simultanément sur les deux faces d'une plaquette de circuits en une seule passe. A cet effet, l'invention propose un procédé pour la réalisation simultanée de rainures disposées d'une manière antagoniste sur les deux faces d'une plaquette de circuits imprimés ou intégrés, caractérisé, d'une part, en ce qu'on dispose un grain du type déjà mentionné de chaque côté de ladite plaquette de manière à ce que l'axe passant par les pointes triédriques de ces deux grains soit sensiblement perpendiculaire à la direction du mouvement longitudinal relatif de la plaquette et desdits grains, lesdites pointes étant distantes d'un intervalle inférieur à l'épaisseur de la plaquette à rainurer et, d'autre. part, en ce que les angles de dépouille des faces coupantes de ces deux grains sont égaux et négatifs. Le choix d'une valeur négative de l'angle de dépouille de chacun des grains procure une compensation automatique des décentrages éventuels de la plaquette à rainurer par rapport au plan médian des pointes triédriques desdits grains se faisant face. En effet, du fait de l'angle de dépouille négatif, la face coupante d'un grain est inclinée vers l'avant par rapport au sens dans lequel s'effectue la gravure, repoussant ainsi d'autant plus la plaquette que celle-ci tend à se rapprocher de la base dudit grain ; comme les pointes des deux grains se trouvent en vis-à-vis, on comprend que la plaquette bénéficie d'un autocentrage rendant inutile l'emploi de dispositifs de centrage du type de galets presseurs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode d'exécution donné à titre d'exemple non limitatif d'une machine à rainurer les plaquettes de circuits imprimés, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue de dessus en perspective d'une machine à rainurer des plaquettes de circuits imprimés conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale d'une partie du bâti mobile d'entraînement des plaquettes, - la figure 3 est une vue détaillant l'agencement des moyens de gravure utilisés pour le rainurage, - la figure 4 est une vue détaillant un moyen de gravure particulier, du type d'un grain maintenu dans son socle. La machine à rainurer représentée sur la figure 1 est constituée par une table 1 sur laquelle s'étendent deux glissières 2 latérales parallèles entre elles pour supporter et servir de guides à un bâti mobile 3 pourvu latéralement de couples de cages à billes 4 glissant sans frottement autour desdites glissières 2. Vu de dessus, le bâti mobile 3, préférentiellement découpé dans une plaque plane rigide, présente la forme d'un U entre les branches 5 duquel on peut venir fixer une plaquette 6 de circuits imprimés à rainurer au moyen de quatre appuis 7 latéraux amovibles ; ces quatres appuis 7 sont interchangeables, leur longueur étant choisie en fonction de la largeur de ladite plaquette 6.A cet égard, conformément à la coupe transversale de la figure 2, chaque appui 7 latéral vient se fixer à l'intérieur d'une branche 5 du U constituant le bâti mobile 3 grâce à une rainure 8 ménagée dans son chant latéral le plus extérieur ; une vis verticale 9, amenée en butée sur la face supérieure du bâti 3 au travers d'un orifice 10 ménagé verticalement au dessus de ladite rainure 8, permet de bloquer fermement l'assemblage ainsi réalisé. Chaque appui 7 latéral présente également une portée horizontale 11 de longueur variable supportant à son extrémité un plot 12 dressé verticalement pour recevoir et bloquer un trou 13 d'entraînement préalablement ménagé le long de la plaquette 6 à rainurer.A cet effet, il est prévu de doter cette dernière d'un ensemble de trous 13 d'entraînement latéraux permettant de la bloquer au milieu des quatre appuis 7 latéraux fixés sur les branches 5 du bâti mobile 3. On notera donc que la plaquette 6 à rainurer repose sur ces quatre appuis 7 par simple gravité, ce qui facilite son installation sur la machine, ainsi que, d'ailleurs, son éjection après rainurage. Le dispositif d'éjection des plaquettes 6 rainurées sera décrit plus loin. Ainsi postée sur la machine, une plaquette 6 de circuits imprimés peut être entraînée horizontalement vers l'avant par le bâti mobile 3, guidé par les glissières 2 latérales, et poussé par un vérin 14 à double effet dont la tige 15 est fixée, à son extrémité, sur l'arrière dudit bâti. Bien entendu, ce vérin 14 pourrait être remplacé par tout autre organe d'entraînement ayant la même fonction. Conformément aux figures 1 et 3, la machine à rainurer comporte également un portique 16 transversal supportant, à sa partie supérieure, un barreau 17 pourvu d'une gouttière 18 dans laquelle on peut glisser un certain nombre de socles 19 retenus dans ladite gouttière 18 par un emboîtement du type à queue d'aronde. Conformément à la figure 4, chaque socle 19 est alésé verticalement pour recevoir un grain 20, par exemple en carbure, émergeant au sommet dudit socle 19 pour découvrir une pointe triédrique 21 formée par une face coupante 22 frontale, d'allure triangulaire, soutenue à l'arrière par un bord fuyant 23 aigu délimité par deux faces latérales 24 affûtées en biseau. Selon la forme d'exécution préférée de l'invention, la face coupante 22 de chaque grain 20 présente un angle de dépouille positif, c'est-à-dire qu'elle présente une inclinaison vers l'avant par rapport au sens de la gravure. Dans le mode d'exécution représenté sur les figures, 3 et 4, les socles 19 servant de support aux grains 20 ont une forme globalement paraîlélipipédique, la face supérieure d'un socle 19 présentant une gorge 25 longitudinale orientée parallèlement au bord fuyant 23 du grain 20 qu'il contient, ledit grain 20 émergeant au fond de cette gorge 25 sensiblement au milieu de ladite face supérieure ; la gorge 25 ainsi constituée offre un dégagement au copeau formé par le grain 20 lors du rainurage, et facilite son évacuation. Selon l'invention, l'alésage prévu sur un socle 19 est taraudé de manière à coopérer avec une vis de réglage sans tête 26 poussant la queue 27 du grain 20 et permettant de régler très facilement la hauteur de la pointe triédrique 21 dudit grain 20 par rapport au fond de la gouttière 18 de maintien dudit socle 19. Le blocage ferme de la queue 27 dans son alésage est assuré par un têton fileté 28 vissé en butée contre ladite queue 27 au travers d'un conduit taraudé 29 perpendiculairement à la direction axiale du grain 20. Dans une autre variante non représentée sur les dessins, les socles 19 des grains 20 présentent une forme annulaire et coulissent autour d'un barreau cylindrique. D'autres variantes sont encore possible et ne sortiraient bien entendu pas du cadre de l'invention. Conformément à la figure 3, le portique 16 comporte à sa partie inférieure un barreau 17 identique au barreau 17 supérieur, l'écartement entre ces deux barreaux 17 étant réglable. De la sorte, on peut positionner un certain nombre de grains 20 le long des gouttières 18 de chaque barreau 17, constituant ainsi deux rangées de grains 20 dont les pointes triédriques 21 se font face. Selon l'invention, le niveau du plan médian horizontal passant par le milieu des grains 20 est réglé pour qu'une plaquette 6 de circuits imprimés reposant par gravité sur le bâti mobile 3 puisse être engagée entre les deux rangées de grains 20 d'une manière à peu près centrée.A cet égard, l'intervalle entre les pointes triédriques 21 des deux rangées de grains 20 est réglé à une valeur égale à l'épaisseur résiduelle qu'il convient de laisser entre deux rainures antagonistes pratiquées sur les plaquettes 6 de circuits imprimés pour leur découpe ultérieure. Bien entendu, les grains 20 sont espacés latéralement le long des barreaux 17 du portique 16 suivant les valeurs d'entraxe à respecter entre les rainures à réaliser sur lesdites plaquettes 6. Le fonctionnement de la machine à rainurer les plaquettes 6 de circuits imprimés est le suivant - on choisit puis on règle les quatre appuis 7 latéraux du bâti mobile 3 à la largeur des plaquettes 6 à rainurer. - on règle l'écartement latéral des grains 20 d'une rangée, ainsi que l'écartement vertical des pointes triédriques 21 des grains 20 supérieurs et inférieurs. - on pose, manuellement ou de manière automatique, une plaquette 6 de circuits sur les appuis 7 latéraux du bâti mobile 3, les quatre plots 12 verticaux s'engageant alors dans les trous 13 latéraux d'entraînement prévus à cet effet sur ladite plaquette 6. - on actionne le vérin 14 qui pousse alors la plaquette 6 au milieu du portique 16 de manière à ce que les rangées de grains 20 pratiquent simultanément dans ladite plaquette 6 des saignées sur ces deux faces ; à cet égard, il convient de rappeler que du fait de l'angle de dépouille négatif de la face coupante 22 des grains 20, la plaquette 6 est autocentrée en cours de rainurage, le réglage du plan médian horizontal passant entre les deux rangées de grains 20 du portique 16 n'étant donc pas primordial. - après son passage complet au milieu du portique 16, la plaquette 6 est éjectée au moyen d'une plaque pivotante 30 ménagée sur la table 1 de la machine à l'arrière dudit portique 16. Cette plaque pivotante 30 est mobile autour d'un axe horizontal 31 transversal situé à l'avant de la machine et se soulève en synchronisme avec l'arrivée en butée du vérin 14 d'actionnement du bâti mobile 3 ; la plaquette 6, qui repose par simple gravité sur les plots 12 verticaux des quatres appuis 7 latéraux dudit bâti 3, est ainsi très facilement éjectée. - enfin, le vérin 14 d'actionnement du bâti mobile 3 est rétracté pour être à nouveau chargé d'une plaquette 6 à rainurer. On comprend ainsi pourquoi on a choisi d'utiliser un vérin 14 à double effet, mais il est clair qu'on pourrait tout aussi bien prévoir des moyens de retour élastiques du bâti 3, ou un deuxième vérin 14 au mouvement antagoniste, ou encore toute autre disposition équivalente courante en la matière. La cadence de chargement et de déchargement peut être très rapide et atteint le même niveau que celui des machines à rainurer du type à fraises ou à meules. En outre, comme on peut procéder très rapidement à un changement des barreaux 17 du portique 16 portant les grains 20, il est facile d'adapter les paramètres de la machine au rainurage de plaquettes 6 de circuits imprimés produites en série limitée ou d'une manière ponctuelle et irrégulière, ce qui conduirait à un surcoût très important sur une machine à rainurer du type à fraises. Dans ce dernier cas d'une production étagée dans le temps, il suffit de stocker un couple de barreaux 17 pré-réglés dont les grains 20 présentent une usure égale, ce qui garantit un rainurage respectant des tolérances élevées (soit quelques centièmes de millimètres en fond de rainure).On notera que les coûts de fabrication des grains 20, principalement usinés dans un acier au carbure, ainsi que des barreaux 17 et des socles 19, normalement fabriqués en acier mi-dur, sont peu élevés, et en tout cas incomparablement moindres que ceux de trains de fraises ou de meules diamantées. L'affûtage des grains 20 reste une opération courante à la portée d'un homme de métier, alors que l'affûtage des fraises d'une machine à fraises pose le problème d'obtenir des fraises de même diamètre, à quelques centièmes de millimètres près ; ce travail très spécifique réclame un outillage et un savoir-faire très particuliers, et donc coûteux. L'invention n'est bien entendu pas limitée à la description qui vient d'en être donnée mais s'étend à toutes les machines à rainurer les circuits intégrés pour lesquels il est aisé d'adapter la technique propre au rainurage par gravure des plaquettes de circuits imprimés en époxy au moyen de grains en carbure ; à cet égard, on pourrait employer des grains en céramique ou en toute autre matière courante en l'espèce. Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut tout à fait s'appliquer au rainurage de plaques épaisses ou de plaquettes d'un matériau relativement dur pour lesquelles l'emploi d'une fraise ou d'une meule est normalement nécessaire (pour des raisons de puissance) ; dans ce cas, les rainures pratiquées avec un grain peuvent servir de guides à flancs triangulaires pour l'engagement correct de fraises ou de meules chargées d'approfondir lesdites rainures. Enfin, il est évident que toute machine mettant en oeuvre le procédé de rainurage tel que proposé en préambule, dans un autre domaine que celui du rainurage de circuits imprimés ou rainures, ne sortirait pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de rainurage de plaquettes de circuits imprimés ou intégrés, caractérisé en ce qu'on grave chaque rainure au moyen d'un instrument pointu et tranchant qui est déplacé parallèlement à lui-même à une hauteur constante par rapport à la face de la plaquette (6) à rainurer. 2 - Procédé de rainurage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on emploie un instrument pointu et tranchant du type d'un grain (20) biseauté transversalement laissant un sillon au profil triangulaire sur ladite face. 3 - Machine pour le rainurage de plaquettes de circuits imprimés ou intégrés, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une rangée de grains (20) biseautés transversalement et présentant une face coupante (22) formant une pointe triédrique (21) au sommet desdits grains (20), lesdites pointes (21) étant positionnées dans un plan situé légèrement au-dessous du niveau de la face d'une plaquette (6) de circuits à rainurer, parallèlement à cette même face, ladite rangée de grains (20) et ladite plaquette (6) de circuits étant animées d'un mouvement longitudinal relatif propre à permettre la réalisation de sillons parallèles sur ladite face. 4 - Procédé pour la réalisation simultanée de rainures disposées d'une manière antagoniste sur les deux faces d'une plaquette (6) de circuits imprimés ou intégrés, caractérisé en ce qu'on dispose un grain (20) biseauté transversalement, et présentant une face coupante (22) formant une pointe triédrique (21) au sommet dudit grain (20), de chaque côté de ladite plaquette (6) de manière à ce que l'axe passant par les pointes triédriques (21) de ces deux grains (20) soit sensiblement perpendiculaire à la direction du mouvement longitudinal relatif de la plaquette (6) et desdits grains (20), lesdites pointes (21) étant distantes d'un intervalle inférieur à l'épaisseur de la plaquette (6) à rainurer, les angles de dépouille des faces coupantes de ces deux grains (20) étant, par ailleurs, préférentiellement égaux et négatifs. 5 - Machine pour la réalisation simultanée de rainures disposées d'une manière antagoniste sur les deux faces d'une plaquette (6) de circuits imprimés ou intégrés, caractérisé en ce qu'elle comporte une table (1) sur laquelle s'étendent deux glissières (2) latérales parallèles entre elles pour supporter et servir de guides à un bâti mobile (3) poussé par un vérin (14) à double effet, et présentant la forme d'un "U" entre les branches (5) duquel on peut fixer ladite plaquette (6) au moyen de quatre appuis (7) latéraux, ladite table (1) comportant également un portique (16) transversal supportant un ensemble de deux barreaux (17) superposés pour le maintien de socles (19) alésés verticalement pour recevoir chacun un grain (20) biseauté transversalement, et présentant une face coupante (22) formant une pointe triédrique (21) au sommet dudit grain (20), lesdits barreaux (17) étant orientes de manière à ce que les pointes triédriques (21) des barreaux (17) inférieur et supérieur soient respectivement placées en vis-à-vis, à une distance réciproque inférieure à l'épaisseur de ladite plaquette (6) à rainurer. 6 - Machine à rainurer selon la revendication 5, caractérisée en ce que le niveau du plan médian horizontal passant par le milieu des rangées de grains (20) supérieure et inférieure est réglé pour qu'une plaquette (6) de circuits imprimés reposant sur le bâti mobile (3) puisse être engagée entre les deux rangées de grains (20) d'une manière à peu près centrée. 7 - Machine à rainurer selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que chaque grain (20) émergeant au sommet d'un socle (19) découvre une pointe triédrique (21) formée par une - face coupante (22) frontale, d'allure triangulaire, soutenue à l'arrière par un bord fuyant (23) aigu délimité par deux faces latérales (24) affûtées en biseau. 8 - Machine à rainurer selon la revendication 7, caractérisée en ce que la face coupante (22) de chaque grain (20) présente un angle de dépouille positif, c'està-dire qu'elle présente une inclinaison vers l'avant par rapport au sens de la gravure. 9 - Machine à rainurer selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que la plaquette (6) à rainurer repose sur les quatre appuis (7) latéraux du bâti mobile (3) par simple gravité. 10 - Machine à rainurer selon la revendication 9, caractérisée en ce que les quatre appuis (7) latéraux du bâti mobile (3) sont interchangeables, chaque appui (7) latéral présentant une portée horizontale (ll) de longueur variable supportant à son extrémité un plot (12) dressé verticalement pour recevoir et bloquer l'un des trous (13) d'entraînement préalablement aménagés le long de la plaquette (6) à rainurer. 11 - Machine à rainurer selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que les socles (19) servant de support aux grains (20) ont une forme globalement parallélipipédique, la face supérieure d'un socle (19) présentant une gorge (25) longitudinale pour le dégagement du copeau formé, lors du rainurage, par le grain (20) que ledit socle (19) contient. 12 - Machine à rainurer selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque pivotante (30) aménagée à l'arrière dudit portique (16) pour l'éjection de la plaquette (6) de circuits venant d'être rainurée. 13 - Machine à rainurer selon la revendication 12, caractérisée en ce que la plaque pivotante (30) se soulève en synchronisme avec l'arrivée en butée du vérin (14) d'actionnement du bâti mobile (3).