Brevet FR2844733A1 — publié le 20040326

I PROCEDE DE MISE A DISPOSITION DE BILLES OU DE PREFORMES EN VUE DE LEUR PREHENSION ET DEPOSE DE FA ON INDIVIDUELLE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention trouve son application dans le domaine de 5 l'électronique pour la fabrication ou la réparation de composants ou de modules ayant leurs entrées / sorties réparties sur la surface inférieure et ou supérieure dudit composant. Les interconnexions de ces composants ou modules sont en effet constituées de sphères ou de calottes sphériques généralement réalisées à partir de préformes sphériques ou billes en alliage à base d'étain ou autres métaux. 10 DESCRIPTION DE L'ART ANT RIEUR Classiquement, les calottes sphériques constituant les interconnexions sont réalisées selon la gamme de fabrication suivante: - Dépôt de crème à braser ou de flux sur les plages d'accueil aménagées sur les substrats ou sur les préformes, - Report des préformes sur le substrat, - Refusion, afin de braser les préformes sur les plages d'accueil du substrat constitué par le composant. Compte tenu du nombre de billes généralement important, celles-ci sont déposées collectivement par des procédés adaptés. La dépose unitaire peut devenir 20 intéressante pour les petites quantités ou bien lorsque celleci peut être adaptée sur des machines à grande cadence de placement. Généralement, 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 25 plage d'accueil. Trois familles de techniques sont utilisées pour ordonner les billes de façon correspondante à la disposition des plages d'accueil 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 30 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 par aspiration au moyen d'un préhenseur les billes qui sont disposées en vrac dans un bac. Lorsque toutes les positions disponibles ont aspiré une bille, elles sont reportées simultanément au moyen dudit préhenseur sur ledit substrat. - 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. Les trois techniques décrites ci-dessus peuvent se décomposer en deux catégories de procédés: - D'une part, les modes directs dans lesquels l'opération de report est réalisée par un appareil de report tel un module de stockage en vrac associé à un pochoir distribuant directement sur le substrat les préformes, ou tel un dispositif de stockage des préformes faisant des passages sur des cellules de stockage de façon à ce que dans chaque cellule vienne se placer une préforme, le substrat 15 venant en vis-à-vis avec les cellules remplies pour que les préformes viennent adhérer aux plages d'accueil prévues à cet effet, et - d'autre part, les modes indirects, telle la technique du moyen de préhension aspirant décrite ci-dessus qui s'intercale entre le module de stockage en vrac et le substrat. Ainsi, dans le procédé indirect, le module de stockage ne 20 constitue pas un élément d'un module de report mais un module indépendant du module de préhension. Ainsi, par exemple, un dispositif de report direct des préformes est décrit dans la demande internationale n0 WO 98/43307, ce dernier étant constitué d'un module de stockage des préformes associé à un module de positionnement du 25 substrat. Le but recherché est la dépose collective des billes. Un autre dispositif de report direct est décrit dans le document japonais n0 9-97793. Ce dispositif est constitué quant à lui d'un module de stockage des préformes associé à un module de report du type pochoirs parallèles en dessous duquel est positionné le substrat à biller. Ce dispositif vise aussi à déposer 30 collectivement les billes d'un même substrat. Un dispositif de report indirect est décrit dans le brevet japonais n0 67254. Ce dispositif est constitué par une matrice de rangement selon trois axes de préformes dont les positions suivant deux premiers axes correspondent à la position des plages d'accueil du substrat et définissent les coordonnées des axes d'alésages de stockage ménagés dans ladite matrice dans lesquels sont rangées les préformes. Le module de préhension comprenant des trous d'aspiration reprenant 5 le positionnement des plages d'accueil, vient en vis-à-vis avec l'extrémité haute de ladite matrice pour assurer la prise des préformes qui sont en position rangées pour les reporter ensuite collectivement sur un substrat. Le brevet français FR9911349 du même inventeur, décrit un moyen de remplissage d'un masque ou gabarit permettant de déposer collectivement par 10 transfert direct l'ensemble des billes relatives à un même substrat. La demande de brevet PCT/FR/02613 du même inventeur, décrit un moyen de dépôt indirect de l'ensemble des billes relatives à un même substrat. Ces deux brevets du même inventeur sont eux aussi inadaptés au dépôt individuel. Le point commun de l'art antérieur est que toutes les solutions proposées 15 visent à déposer collectivement l'ensemble des billes situées sur un même substrat. Or, il apparaît que parfois sur un même substrat, il peut y avoir un nombre très restreint de billes, ce qui ne justifie pas un placement collectif qui demande un investissement important. De même il existe des applications o des billes peuvent être associées avec d'autres composants électroniques sur la même 20 face. Pour résoudre ce mode d'application o les quantités de billes ou préformes à mettre en oeuvre est très limité, il est utilisé une pipette de préhension opérant en général par aspiration. Cette pipette est plongée dans un contenant de billes en vrac et ensuite la bille est transportée et déposée sur le substrat. L'inconvénient d'un tel procédé est son inconstance. En effet, soit la bille n'est pas prise car la 25 pipette n'est pas placée directement en regard de celle-ci, soit plusieurs billes peuvent être prélevées ensemble à cause des charges statiques ou à cause d'égales forces d'aspiration s'exerçant simultanément sur 2 ou 3 billes. Ce mode de dépose individuelle est très aléatoire et donc inadapté à une production industrielle. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à adapter un procédé pour déposer de façon individuelle des billes ou préformes sur un substrat, à partir des machines de placement de composant existantes, de façon fiable et en optimisant l'organisation du poste de travail combinée à des déplacements minimum de façon à avoir le meilleur rendement horaire. L'invention consiste en un procédé de mise à disposition de billes ou de préformes en vue de leur préhension et dépose sur un substrat de façon 5 individuelle par le biais d'une machine de placement de composants de surface. Il est fait usage d'un support comportant une pluralité de billes sous forme d'un plateau ou d'un dévidoir constituant ainsi un magasin à billes ou à préformes, sachant que chaque bille est individuellement retenue en position dans une empreinte adaptée à sa dimension. Selon une première caractéristique Le 10 positionnement selon les axes de coordonnées X et Y de chacune des empreintes sur le plateau ou le dévidoir est connue et indépendante du positionnement relatif des billes sur le substrat; de même que le positionnement du plateau ou du dévidoir selon X et Y par rapport à l'organe de prise de billes est connu. Selon une autre caractéristique de l'invention, les billes ou les préformes 15 sont distribuées dans les alvéoles à partir d'un conditionnement en vrac. Ainsi le remplissage des alvéoles peut être fait soit in-situ sur la machine soit sur un poste annexe, les billes pouvant être approvisionnées en vrac. Grâce à l'invention, le système de préhension de billes peut prélever successivement chaque bille dans une position exactement connue et idéale de 20 préhension contrairement à la prise aléatoire dans un réservoir o elles sont en vrac. Ainsi ce procédé consistant à présenter sur un plan des billes exactement positionnées de façon individuelle et connue mais avec un rangement totalement indépendant du positionnement sur le substrat, permet d'utiliser les capacités maximum de vitesse de report de la machine pour un placement individuel avec 25 un taux de réussite proche de 100 %. Le mode de prise des billes de façon individuelle peut très bien être réalisé soit avec des systèmes à têtes unique dits " pick and place ", soit avec une multiplicité de préhenseurs montés sur des tourelles fixes ou mobiles selon un ou deux axes avec déplacement éventuel du substrat ou du magasin à billes, ou un mouvement combiné de l'ensemble. Toutes 30 ces configurations se prêtent très bien à un report individuel. Le procédé selon l'invention permet en conséquence, l'adéquation parfaite pour l'optimisation en parallèle des aspects qualitatif et quantitatif d'un procédé de dépose de préformes d'interconnexions sur un substrat de façon individuelle. La description ci-après de la présente invention donnée à titre d'exemple 5 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. DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 représente une technique de l'art antérieur de report de billes (1) de 10 façon collective sur un substrat (2) en mode direct selon la méthode des pochoirs parallèles. Cette méthode n'est pas adaptée à une dépose individuelle de billes. - La figure 2 représente une autre technique de l'art antérieur de report de billes (1) de façon collective sur un substrat (2) en mode indirect selon la méthode de préhension par dépression à partir d'un état de vrac. Même décliné à une seule 15 prise de billes, cette méthode n'est pas adaptée et efficace pour une dépose individuelle. - La figure 3 représente une autre technique de l'art antérieur de report de billes (1) de façon collective sur un substrat (2) en mode direct selon la méthode des empreintes remplies par gravité. Dans cette méthode, le design de rangement des 20 billes sur le support est directement lié au design de placement des billes sur le substrat. Le positionnement des logements de billes n'est pas optimisé pour une prise individuelle o la distance entre billes doit être minimum afin d'une part de minimiser les déplacements lors de prises avec des pipettes multiples et d'autre part de stocker le plus grand nombre de billes sur la plus petite surface. Par 25 rapport à un rangement dédié au placement collectif, les distances inter-billes peuvent être diminué de 80 %. Ainsi par exemple pour un pas de 1,00 mm avec une bille de diamètre 0,5mm, la densité de billes obtenu est de 121 billes/ cm2. Avec un rangement optimisé dédié à la pose individuelle, il est possible de placer les billes à un pas de 0,6 mm et le nombre de billes placé est ainsi de 276/cm2. A 30 ceci vient s'additionner les pertes de surfaces considérables liées au fait que la totalité de la surface n'est pas utilisée par des billes sur un substrat. - la figure 4 représente la méthode actuelle de placement individuel de billes avec prélèvement direct par un préhenseur (8) dans le contenant (3) o elles sont placées en vrac. - La figure 5 est une vue d'un plateau ou magasin selon l'invention dont 5 l'ordonnancement des billes par rangées placées en quinconce permet de contenir le plus grand nombre de billes, sachant qu'il est tout à fait possible de placer colonnes et lignes de façon orthogonale mais la densité sera un peu moindre. Ce magasin sous forme de plateau est placé et indexé de façon fixe sur la machine de pose, il est soit rempli sur un poste indépendant, soit directement sur la machine 10 de pose par un moyen non représenté. Compte tenu du nombre très important de billes pouvant être contenues sur un magasin de ce type, l'opération de remplissage peut être avantageusement dissociée de la machine de pose proprement dite et effectuée sur un poste de travail annexe fournissant des plateaux remplis de billes prêtes à l'emploi. - En figure 6 est représenté une autre forme de support de billes constitué d'un dévidoir selon l'invention, permettant de présenter des billes rangées selon des lignes et placées dans des alvéoles dont le positionnement X et Y est connu, à partir d'un état de vrac, ce mode de présentation permet d'occuper moins de place que des plateaux et permet un niveau d'autonomie supérieur. L'alimentation du 20 dévidoir (4) formant un support de billes, est effectuée par une trémie (3) contenant les billes en vrac, le dévidoir (4) est motorisé et asservi à la consommation de billes (1). Les alvéoles (5) sont remplies au fur et à mesure de la rotation du dévidoir (4). Le dispositif peut fonctionner de façon automatique directement sur une machine de pose. - Selon une autre caractéristique montrée en figure 7, ce dispositif peut être utilisé de façon indépendante sur un autre poste de travail en permettant de conditionner des billes (1) dans une bande mère formant un rouleau support (4) dans laquelle sont aménagées des alvéoles (5). Le rouleau (4) tourne dans le sens A. Au fur et à mesure de la rotation, les billes tombent de la trémie (3) dans leur logement (5). 30 Un film (7) servant d'opercule est positionné et soudé par exemple par ultrasons au fur et à mesure du défilement. Ce rouleau rempli de billes est ensuite monté sur la machine de placement et les billes sont prélevées et positionnées individuellement de la même façon que dans les autres cas. - La figure 8 représente une implémentation type d'un mode de présentation de billes sur une machine de placement automatique pour une dépose individuelle. 5 Un préhenseur (8) vient prendre une à une les billes soit dans un plateau fixe formant un support (4) ou un dévidoir formant un support mobile (4) appartenant à l'ensemble (9) pour les reporter sur le substrat (2). Comme on le voit, le support (4) est soit fixe sur la machine de placement de composants dans la phase de placement des billes et dans ce cas le remplissage à 10 partir d'un étant de vrac, est fait hors machine, par exemple sur un poste annexe, soit le support (4) est mobile dans la machine de pose et dans ce cas on peut avantageusement disposer la trémie (3) contenant les billes en vrac dans la machine de sorte à faire le remplissage des alvéoles au fur et à mesure du besoin. Dans ce deuxième cas, l'ensemble trémie plus support forme un ensemble (9) . De façon avantageuse et selon une autre caractéristique de l'invention dans le cas o les préformes sont des billes, afin de parfaitement définir la position de la bille en vue de sa préhension, il peut être judicieux de donner une forme concave à la partie inférieure des alvéoles (5). Ainsi la bille est parfaitement positionnée et immobilisée durant l'opération de préhension individuelle ce qui permet une 20 préhension optimum et très fiable. De façon avantageuse, à titre d'exemple, la forme concave de positionnement et d'immobilisation pourra être constituée d'une empreinte ou d'une cavité conique. - La figure 9, représente en coupe un support (4) selon l'invention dont les alvéoles (5) contiennent des billes (1). Chaque alvéole (5) présente dans sa partie 25 inférieure, une forme concave (6) formant une empreinte conique de positionnement et d'immobilisation de la bille. De la sorte, l'alvéole (5) peut présenter un diamètre sensiblement supérieur au diamètre de la bille, ce qui facilitera le remplissage du support (4) à partir d'un conditionnement en vrac, par contre l'opération de préhension par le biais de (8) sera facilité car la position de 30 la préforme sera parfaitement définie par exemple au centre de l'alvéole (5). Dans l'art antérieur des bandes présentant des alvéoles sont utilisées pour ranger et stocker des composants électroniques. Pour faciliter le remplissage de ces alvéoles, un jeu relativement important est laissé aux composants. Ces composants électroniques sont généralement de forme parallélépipédiques et présentent une surface plane adaptée à la préhension par une pipette aspirante. Par conséquent, même si la préhension ne se fait pas exactement au centre du s composant cela ne pose pas de problème. Par contre, pour une bille, il en va tout autrement et pour assurer une bonne prise avec la pipette aspirante, il faut impérativement que l'axe de la pipette corresponde à l'axe de la bille dans son alvéole. Cette condition est remplie dans le cas de la présente invention grâce à la forme concave (6) car il suffit de programmer la position de préhension dans 10 l'axe du centre de la forme concave. REVENDICATIONS 1) Procédé de mise à disposition de billes (1) en vue de leur préhension et dépose de façon individuelle sur un substrat (2) par le biais d'une machine de placement de composants de surface caractérisé en ce qu'il est fait usage d'un mode de présentation d'un support (4) contenant une pluralité de billes 5 (1) positionnées à partir d'un conditionnement en vrac dans des alvéoles individuelles (5) dont les coordonnées X et Y sont individuellement connues et dont les positionnements relatifs des dites billes ou préformes sont indépendants de leurs positionnements relatifs au substrat et que la machine de pose prélève successivement chaque bille dans une alvéole et la dépose sur ledit substrat. 0 2) Dispositif de mise à disposition de billes ou de préformes pour la préhension et la dépose sur un substrat de façon individuelle par le biais d'une machine de placement de composants de surface, caractérisé en ce qu'il est formé par un support (4) comportant une pluralité de billes (1) retenues individuellement dans des alvéoles (5) et que le positionnement relatif desdites billes dans ledit 15 support est connue et totalement indépendant du positionnement relatif sur le substrat, et par une trémie (3) d'alimentation dudit support par des billes (1) en vrac. 3) Dispositif de mise à disposition de billes ou de préformes pour la préhension et la dépose sur un substrat de façon individuelle par le biais d'une 20 machine de placement de composants de surface selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support (4) est un plateau fixe. 4) Dispositif de mise à disposition de billes ou de préformes pour la préhension et la dépose sur un substrat de façon individuelle par le biais d'une machine de placement de composants de surface selon la revendication 2, 25 caractérisé en ce que les alvéoles de positionnement sont placées en quinconce. ) Dispositif de mise à disposition de billes ou de préformes pour la préhension et la dépose sur un substrat de façon individuelle par le biais d'une machine de placement de composants de surface selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support (4) est un dévidoir rotatif équipé d'alvéoles de 30 positionnement (5) de billes (1) alimenté par une trémie (3) contenant des billes en vrac et permettant de mettre à disposition des rangées composées de une ou plusieurs billes de façon continue au fur et à mesure de la consommation 6) Dispositif de mise à disposition de billes ou de préformes pour la préhension et la dépose sur un substrat de façon individuelle par le biais d'une 5 machine de placement de composants de surface selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alvéoles (5) comportent dans la partie inférieure une forme concave de façon à la positionner et à l'immobiliser durant l'opération de préhension.