Brevet FR2785140A1 — publié le 20000428

DISPOSITIF DE MISE A DISPOSITION DE BILLES OU DE PREFORMES POUR LA FABRICATION DE CONNEXIONS A BILLES La présente invention trouve son application dans le domaine de l'électronique pour la fabrication ou la réparation de composants ayants leurs entrées / sorties réparties sur la surface inférieure et ou supérieur du dit composant. En effet les interconnexions de ces composants sont constituées de calottes sphériques généralement réalisées à partir de préformes sphériques ou billes en alliage d'étain- plomb. Généralement les calottes sphériques sont réalisées selon la gamme de 1o fabrication suivante: - Dépôt de crème à braser ou de flux sur les plages d'accueil ou sur les préformes, - Report des préformes sur le composant à biller, - Refusion afin de braser les préformes sur les plages d'accueil du composant. La première opération dans la phase de report consiste à disposer les billes selon une manière ordonnée afin de pouvoir les déposer de manière collective sur le substrat c'est à dire d'avoir une bille en regard de chaque plage d'accueil. Trois familles de techniques sont utilisées pour ordonner les billes de façon correspondante au design du ou des composants: - Technique des pochoirs parallèles: Elle consiste à utiliser deux pochoirs qui peuvent se déplacer selon un mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre de telle façon que lorsque les ouvertures des deux pochoirs correspondent, les billes tombent par gravité sur le substrat placé en dessous, sachant que sur le dessus les billes sont en vrac. - Technique par dépression: Elle consiste à prendre les billes qui sont disposées en vrac dans un bac par aspiration. Lorsque toutes les positions disponibles ont aspiré une bille, elles sont reportées simultanément. -Technique d'empreintes remplies par gravité: Elle consiste à remplir des alvéoles correspondantes au design du substrat à biller. Dès que chaque alvéole comporte une bille, on procède à l'opération de report. Toutes les techniques précédemment citées présentent, les mêmes inconvénients qui sont un temps de cycle trop important car il faut que chaque alvéole soit équipée d'une bille avant de pouvoir procéder à l'opération de report proprement dite, or comme cela est fait à partir d'un arrangement de billes aléatoire, le temps nécessaire au rangement des billes est important par rapport au temps de cycle complet. Le deuxième inconvénient réside dans le fait que le niveau de qualité atteignable par ces dispositifs est limité car la probabilité d'avoir une bille manquante reste importante et ceci nécessite la mise en oeuvre de dispositifs de test (optique, capteur de dépression, électrique,...) afin de vérifier la présence de toutes les billes pendant et après la phase de report et par conséquent génère du temps de cycle supplémentaire ainsi qu'une augmentation de la complexité des moyens de billage. La présente invention vise à corriger les inconvénients des dispositifs précédemment cités. L'objet de la présente invention consiste à utiliser un dispositif de rangement collectif de billes entre le conditionnement en vrac des billes et l'opération de report proprement dite. Ce conditionnement collectif consiste en une matrice en trois dimensions dont les positions suivant X et Y correspondent à la position des plages d'accueil à biller alors que la cote en Z détermine le nombre N de substrats qui pourront être billés avant rechargement de billes, N étant le nombre de billes qui peuvent être superposées dans le dispositif. Les billes sont disposées dans des alésages de diamètre correspondant au diamètre des billes à reporter plus un jeu de fonctionnement afin qu'elles puissent coulisser librement sans contraintes. Selon une première caractéristique de l'invention ce dispositif de rangement collectif peut être utilisé sur les machines utilisant les trois techniques de l'art antérieur décrites précédemment. L'adaptation du présent dispositif ayant pour effet une augmentation considérable de la cadence possible et du niveau de qualité atteignable de ces machines existantes. Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif de rangement collectif peut être alimenté en continu si les billes sont en vrac sur le dessus du dispositif, ainsi l'alimentation se fait en temps masqué. D'autre part si la durée d'un cycle machine n'a pas permis de réalimenter toutes les positions disponibles, cela ne conduit pas à un manque de bille ou à un ralentissement du cycle de report et il est fort probable que durant le cycle suivant une bille supplémentaire viendra occuper la position laissée libre. De cette façon on réduit le risque de ne pas déposer de bille sur un emplacement. On peut dire que le dispositif de rangement collectif présente un risque N fois moins important d'oublier une bille par rapport aux dispositifs de rangement unitaire de l'art antérieur (N étant le nombre de billes qui peuvent être superposées dans le dispositif). Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif de rangement collectif peut être prérempli en temps masqué et mis en place pour remplacer un dispositif qui aura été vidé sur la machine. Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif de rangement collectif est applicable pour la réparation de composants qu'il faut rebiller. Selon une autre caractéristique de l'invention on peut appliquer une vibration au dispositif de rangement collectif lors de la phase de remplissage ou de vidage afin de faciliter l'alimentation ou l'évacuation des billes. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible d'utiliser lo des dispositifs identiques pour des composants ayant des pas d'interconnexions identiques. Il suffit d'obturer les positions que l'on ne souhaite pas utiliser par rapport à la matrice X, Y pleine par un masque mince présentant des ouvertures pour le passage des billes seulement aux endroits désirés. La description ci-après de la présente invention donnée à titre d'exemple s15 non limitatif et illustrée par des dessins permet une meilleure compréhension et met en évidence d'autres caractéristiques et possibilités de mise en oeuvre de l'invention: - la figure 1 représente une technique de l'art antérieur de report de billes sur un substrat selon la méthode des pochoirs parallèles. - la figure 2 représente une autre technique de l'art antérieur de report de billes sur un substrat selon la méthode de préhension par dépression. - la figure 3 représente une technique de l'art antérieur de report de billes sur un substrat selon la méthode des empreintes remplies par gravité. - la figure 4 montre une forme de réalisation en coupe du dispositif de rangement collectif objet de la présente invention. - la figure 5 montre une possibilité de mise en oeuvre du dispositif objet de la présente invention associée avec la méthode de préhension par dépression. - la figure 6 montre une autre possibilité de mise en oeuvre du dispositif objet de la présente invention associée à la méthode des pochoirs parallèles. - la figure, 7 montre une autre possibilité de mise en oeuvre du dispositif selon la présente invention, particulièrement adaptée pour le rebillage de composants lors de réparations. En figure I est représentée la mise en oeuvre de l'opération de report de billes ou de préformes 1 selon la méthode antérieur des pochoirs parallèles. Les plages d'accueil 3 du substrat 2 ont préalablement fait l'objet d'un fluxage ou d'un dépot de crème à braser. Les préformes 1 sont disposées en vrac dans un contenant 6 et sous l'effet de la gravité, les ouvertures 7 du premier pochoir 4 qui sont en face des plages d'accueil 3 vont admettre une bille. Lorsque tous les logements sont occupés par une bille, on déplace le second pochoir selon la direction E de la valeur d'un demi pas d'interconnexion, de telle sorte que ses ouvertures 8 se trouvent alignées avec les plages d'accueil et les ouvertures 7. De cette façon les billes précédemment dans les logements 7 vont tomber sur les plages d'accueil. A ce moment on décale le pochoir 4 de la valeur d'un demi pas dans la direction opposée à E et on enlève le substrat billé en le remplaçant par un substrat neuf et ainsi de suite. En figure 2 est représentée la mise en oeuvre de l'opération de report de billes selon la méthode de préhension par dépression, telle qu'elle est pratiquée dans l'art antérieur. Un préhenseur 9 dont l'empreinte correspond au substrat à biller 2 vient prélever des billes I disposées en vrac dans un contenant 6. Puis les billes prélevées sont trempées dans le flux 10 ayant été régularisé par une racle 11. Pour finir, les billes fluxées sont déposées sur le substrat 2. En figure 3 est représentée la mise en oeuvre de l'opération de report de billes selon la méthode des empreintes remplies par gravité telle qu'elle est pratiquée dans l'art antérieur. Un coulisseau 12 présentant des logements 13 qui correspondent aux plages d'accueil du substrat est positionné à l'état initial de telle manière que les logements 13 se trouvent en dessous du contenant 6 remplies de billes I en vrac. Lorsque chaque logement comporte une bille, on déplace le coulisseau dans la direction opposée à F de façon à ce que les logements remplis se retrouvent en face du substrat à biller qui aura été préalablement fluxé. Les billes présentes dans les logements 13 sont prélevées par un mouvement alternatif G puis l'opération est répétée pour un substrat neuf. Si les trois techniques précédentes sont simples à mettre en oeuvre elles présentent toutes les inconvénients d'être limitées en cadence atteignable puisqu'il est nécessaire de procéder à un ordonnancement de billes à partir d'un conditionnement en vrac pour chaque opération de report. Par conséquent le temps nécessaire pour ordonner les billes dans le cycle de report est particulièrement pénalisant sachant qu'il n'est pas rare d'avoir à répéter l'opération plusieurs fois en appliquant des vibrations afin que tous les logements soient occupés pour une bille. De plus, pour compenser les mauvaises préhensions ou les mauvais remplissages d'empreintes, il est nécessaire de procéder à un contrôle systématique de présence de toutes les préformes sur le substrat sous peine d'un niveau de qualité inacceptable, ce qui a pour effet de générer du temps de cycle supplémentaire. La figure 4 est une représentation en coupe d'un dispositif 14 selon la présente invention dans la phase de chargement à partir d'un contenant 6 de billes en vrac. Le dispositif 14 est une matrice dont les positions X et Y correspondent aux plages d'accueil du substrat à biller. A chacune de ces positions correspond un alésage 15 perpendiculaire au plan X Y et qui est parallèle au plan du substrat à biller. Les alésages ont un diamètre correspondant au diamètre des billes plus un jeu de fonctionnement qui permet aux billes de coulisser librement suivant l'axe Z mais suffisamment faible pour que les billes restent empilées les unes sur les autres. Le remplissage des billes dans le dispositif 14 se fait par gravité à partir i5 du contenant 6, la face 17 du dispositif étant obturée par un moyen non représenté. Lorsque le dispositif est rempli on procède au remplacement du dispositif 14 plein par un autre dispositif vide. Le remplissage des dispositifs peut se faire en temps masqué et dans ces conditions chaque dispositif peut être assimilé à un conditionnement rechargeable permettant de biller N substrats, N étant le nombre de billes pouvant être empilées dans le dispositif L'opération de remplissage peut être faite, soit sur la machine de report proprement dite, soit sur une station autonome pouvant alimenter plusieurs machines de report. Il est également envisageable de faire livrer les billes directement conditionnées dans des dispositifs par le fournisseur et dans ce cas on utilisera un opercule amovible non représenté pour obturer les deux faces 16 et 17 pendant les phases de manipulation. En figure 5 est représentée une combinaison du dispositif selon l'invention avec la méthode de préhension par dépression. Les billes I étant ordonnées dans le dispositif 14, on utilise un piston 19 équipé de tiges 18 pour faire coulisser les billes suivant Z de la valeur du diamètre des billes afin de présenter une autre couche de billes à reporter au préhenseur 9, qui fonctionne comme cela a été expliqué précédemment. Lorsque toutes les billes ont été transférées, on procède au remplacement du dispositif 14 vide par un autre dispositif identique plein. En figure 6 est représentée une combinaison du dispositif selon l'invention avec la méthode des pochoirs parallèles. Comme dans le cas précédent on utilise le dispositif de rangement collectif de billes 14 pour présenter une couche de préformes directement ordonnés conformément à la configuration du substrat à biller. Lors de chaque cycle de report une couche de billes vient remplir les ouvertures 7 du pochoir 4. L'opération de report se passe exactement comme cela a été décrit en figure 1. Lorsque le dispositif de rangement collectif 16 est vide on le remplace par un autre identique et plein comme cela a été décrit précédemment. Dans le cas présent il est également envisageable de disposer sur la face supérieure 16 un contenant 6 de billes en vrac afin de réalimenter le dispositif au fur et a mesure de l'utilisation des billes. Dans ce cas les N couches de billes du dispositif constituent un stock tampon qui permet d'éviter qu'un aléa qui génère un temps de remplissage supérieur ne se traduise pas, soit par une bille manquante, soit par un temps de cycle rallongé. En figures 7 est représentée en coupe une autre forme de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention qui est particulièrement adaptée au rebillage de composants dans le cadre de la réparation. En fait la mise en oeuvre montrée en figure 7 est une combinaison de la technique par dépression et de la technique par gravité toutes deux décrites précédement. Dans un premier temps on voit le dispositif 14 objet de l'invention, qui dans le cas présent présente des alésages 15 non débouchant sur l'une des deux faces et qui contient des préformes 1. Le remplissage de 14 se fait par gravité à partir d'un contenant de billes en vrac 6. Lorsque le dispositif de rangement collectif est entièrement rempli, on retire le contenant 6 ainsi que l'excès de billes qui se trouvent sur la surface ouverte du dispositif. A ce moment on vient couvrir la surface ouverte avec le préhenseur par dépression 9 et on procède au retournement de l'ensemble 14 et 9. Dans un second temps on voit le dispositif 14 en position retournée de telle sorte que les billes contenues dans les alésages borgnes 15 tombent par gravité dans les alvéoles du préhenseur par dépression 9. Lorsque toutes les positions sont occupees par une bille, on retourne une seconde fois l'ensemble dispositif plus préhenseur tout en maintenant la dépression. Ainsi comme cela est montré en figure 7 toutes les billes restantes retombent par gravité dans le fond des alésages 15 alors que celles maintenues par aspiration dans le préhenseur 9 peuvent être déposées sur les plages d'accueil 3 du substrat 2. Cette opération peut être répétée N fois, N étant le nombre de billes qui peuvent être superposées dans les alésages borgnes 15. Le dispositif selon l'invention permet d'utiliser le potentiel de pose maximum des machines de report et d'ordonner les billes en temps masqué ce qui permet de s'affranchir des aléas et du temps de cycle supplémentaire que cela comporte. Le fait de prélever ou de mettre à disposition des billes à partir d'un o conditionnement ordonné diminue de façon considérable les risques de manque de billes ce qui permet de réduire de la même façon le temps nécessaire au contrôle et à la vérification de la présence de toutes les billes. Afin de minimiser le nombre de dispositifs de rangement collectif nécessaires, il est possible d'utiliser les mêmes dispositifs pour tous les composants ayant le même pas d'interconnexions, il suffit dans ce cas d'obturer les ouvertures initiales sur les deux faces 16 et 17 ou sur la face de sortie 17 seulement en intercalant un masque mince percé aux endroits nécessitant le passage des billes désirées. Le dispositif selon l'invention permet également de limiter considérablement la nécessité de contrôler la présence de toutes les billes après chaque opération de report. Il est tout à fait envisageable avec le présent dispositif de ne contrôler la présence de toutes les billes qu'une seule fois par dispositif soit pour le premier cycle soit pour le dernier, sachant que dans les phases intermédiaires le risque d'avoir une bille manquante est négligeable. 8 2785140 REVENDICATIONS: 1) Dispositif de rangement collectif et de distribution 14 de préformes 1 sur les plages d'accueil 3 d'un substrat 2 dans le but d'y créer des interconnexions caractérisé en ce qu'il constitue une matrice de rangement de préformes en trois dimensions dont les positions suivant X et Y correspondent à la position des plages d'accueil du substrat et définissent les coordonnées d'alésages 15 dans lesquels sont rangées les préformes, en ce que ces alésages sont débouchants sur au moins une face du dispositif et sont parallèles à l'axe Z et de diamètre correspondant au diamètre des préformes à reporter plus un jeu de fonctionnement afin qu'elles puissent coulisser librement, et en ce que la cote en Z détermine le nombre N de préformes qui peuvent être superposées dans les dits alésages. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un piston 19 équipé de tiges 18 pour faire coulisser les préformes suivant l'axe vertical Z, afin de présenter des couches successives de préformes au fur et à mesure de leur preéhension. 3) Procédé de report de préformes I sur les plages d'accueil 3 d'un substrat 2 dans le but d'y créer des interconnexions, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser, entre le conditionnement en vrac des préformes et l'opération de report proprement dite, un dispositif de rangement collectif de préformes consistant en une matrice de rangement de préformes en trois dimensions dont les positions suivant X et Y correspondent à la position des plages d'accueil du substrat et définissent les coordonnées d'alésages 15 dans lesquels sont rangées les préformes, ces alésages étant débouchant sur au moins une face du dispositif de rangement collectif et étant parallèles à l'axe Z et de diamètre correspondant au diamètre des préformes à reporter plus un jeu de fonctionnement afin qu'elles puissent coulisser librement, la cote en Z déterminant le nombre N de préformes qui peuvent être superposées dans les dits alésages. 4) Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif de rangement collectif est alimenté en continu par des préformes I qui sont en vrac sur la face supeérieure. ) Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif de rangement collectif est prérempli de préformes sur une station autonome pouvant alimenter plusieurs machines de report, et que lorsque un dispositif de rangement collectif est vide sur la machine de report on le remplace par un dispositif de rangement collectif 9 2785140 plein, le nombre N correspondant alors au nombre de substrats pouvant être équipés de préformes avant remplacement du dispositif de rangement collectif. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, pour des substrats ayant des pas d'interconnexions identiques, on obture les positions que l'on ne souhaite pas utiliser, par rapport à la matrice X, Y pleine, afin de pouvoir réutiliser le même dispositif de rangement collectif. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'une vibration est appliquée au dispositif de rangement collectif afin de faciliter le remplissage ou le vidage dudit dispositif par les préformes. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les préformes sont reportées par gravité sur le substrat par le biais de deux pochoirs parallèles 4,5. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise un piston 19 pour faire coulisser les préformes dans le dispositif de rangement collectif afin de les présenter à un préhenseur par dépression 9 en vue de les reporter sur le substrat ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que les préformes sont des billes.