Brevet FR2918358A1 — publié le 20090109

SYSTEME DE PREHENSION PAR LE VIDE. La présente invention concerne le domaine de préhension par le vide d'objets. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses objets, un système de préhension par le vide d'objets, le système comprenant au moins un dispositif de préhension à ventouse configurée pour adhérer à une surface de contact de l'objet. Un tel système est connu de l'homme du métier et mis en oeuvre pour la préhension, le maintien et le transport de divers objets, en particulier pour des objets tels que des tranches de silicium, plus communément appelés "wafers" et tels que des intercalaires de wafers. De tels objets se présentent généralement sous forme empilée, et un système de préhension par le vide permet de saisir le premier objet d'une pile et de le transporter vers un autre endroit, par exemple à des fins de tri, de conditionnement, d'emballage ou de déballage. Toutefois, ._l apparaît que de par leur configuration sensiblement coplanaire deux objets contigus empilés ont parfois tendance à adhérer entre eux, et lors de leur manipulation, sous l'action de la force d'attraction exercée par la ou les ventouses, deux objets peuvent être attirés en même temps. En particulier, pour la préhension d'une intercalaire de wafer, il arrive que le wafer contigu soit attiré par la ou les ventouses en même temps. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution complémentaire à l'utilisation de ventouse(s). Avec cet objectif en vue, le système selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé qu'il comprend en outre au moins un dispositif de dépression par flux d'air configuré pour créer une dépression à la surface de contact de l'objet sur une partie au moins de celle-ci. Grâce à cette caractéristique, une force d'attraction à distance et sans contact avec l'objet peut être exercée. Le système selon l'invention permet une plus grande efficacité de préhension et une meilleure adaptabilité à la diversité des objets à manipuler, que ce soit au regard de leur matière, de leur porosité, de leur rugosité ou d'éventuelles irrégularités de surface de contact. Dans ce contexte, l'invention est particulièrement adaptée à la manipulation d'objets réalisés en matériau poreux. De même, il est possible grâce à l'invention de manipuler des objets dont la surface de contact est irrégulière, voire bosselée. Enfin, grâce à l'invention, la force d'attraction exercée par le dispositif de dépression par flux d'air peut être répartie sur une grande surface de contact de l'objet à manipuler. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne nu procédé de préhension par le vide d'un objet, comprenant les étapes consistant à appliquer au moins une ventouse à une surface de contact de l'objet. Selon l'invention, le procédé est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à créer au moins une lame d'air entre la surface de contact de l'objet, sur une partie au moins de celle-ci, et une surface de laminage d'un système de préhension par le vide. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans 10 lesquelles : - la figure 1 illustre une coupe transversale d'un mode de réalisaticn du système selon l'invention, les figures 2A, 2B et 2C illustrent le fonctionnement d'un mode de réalisation du système selon 15 l'invention, les figures 3A et 3B illustrent deux configurations d'un mode de réalisation du système selon l'invention, et les figures 4A et 4B illustrent un mode de 20 réalisation du système selon l'invention pour la mise en oeuvre des configurations illustrées aux figures 3A et 3B. En référence à la figure 1, le système selon l'invention comprend au moins un dispositif de préhension 100 25 à ventouse, en l'espèce une pluralité dont deux sont représentées sur la coupe transversale que représente la figure 1. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, chaque dispositif de préhension 100 à ventouse comprend un 30 bras secondaire 3 supportant au moins une ventouse 31. Chaque ventouse est reliée à des moyens, non représentés, de vidange d'air et d'amenée d'air, pour créer respectivement une dépression ou ramener l'espace intérieur de la ventouse à la pression ambiante (atmosphérique) lors de son utilisation. Les bras secondaires 3 sont montés sur un bras principal 10. Le bras principal 10 peut être monté mobile sur un bâti. Les bras secondaires peuvent être mobiles par rapport au bras principal. Les ventouses peuvent être mobiles par rapport au bras secondaire les supportant, comme décrit ultérieurement. Les bras permettent d'amener le système de préhension à proximité de l'objet à manipuler, puis de manipuler celui-ci, comme décrit ultérieurement. Le dispositif de préhension 100 à ventouse est disposé de sorte à ce que les surfaces de contact des ventouses soient coplanaires dans un plan XY. Le plan XY est également défini par la surface des objets à manipuler. Les objets à manipuler sont de préférence des wafers 22 et/ou des intercalaires de wafers 21 (figures 1 à 3). Les intercalaires de wafers 21 sont utilisés comme séparateurs entre wafers empilés. Les objets à manipuler sont ainsi sensiblement plats, c'est-à-dire que leur épaisseur est faible, relativement aux autres dimensions. Leur structure peut être lisse, gaufrée ou poreuse (par exemple pour certaines mousses utilisées dans le domaine de la microélectronique). Dans le cas de structure gaufrée, la planéité de l'objet est constituée par les extrémités des bosselages, la profondeur des bosselages étant telle que les lèvres des surfaces de contact des ventouses puissent s'adapter à ces irrégularités et adhérer à la surface de l'objet de façon hermétique. Pour des raisons de clarté, la présente description ne concerne que la manipulation de wafers 22 et d'intercalaires de wafers 21. L'homme du métier transposera aisément le principe de l'invention à d'autres types d'objets répondant aux mêmes caractéristiques, par exemple pour la manipulation de disques compacts non emballés, de disques compacts emballés, la manipulation d'emballages, etc. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, la translation du système selon l'axe Z, c'est-à-dire perpendiculairement au plan XY définit par la surface de contact de l'objet à manipuler, permet d'amener les ventouses au contact de la surface de contact de l'objet. L'application seule d'une ou plusieurs ventouses peut générer des problèmes de torsion ou de bombage de l'objet lorsque celles-ci sont disposées en périphérie de la surface de contact de l'objet ; ainsi que des problèmes de saisie par la saisie de deux objets contigus, typiquement un intercalaire et un wafer, empilés. Pour pallier cet inconvénient, selon l'invention, le système de préhension comprend en outre au moins un dispositif de dépression par flux d'air configuré pour créer une dépression à la surface de contact de l'objet sur une partie au moins de celle-ci. Dans un mode de réalisation, illustré à la figure 1, le flux d'air est créé par des moyens de soufflage. Les moyens de soufflage (non représentés) sont reliés à une conduite 32 (figure 1) permettant d'amener de l'air sous pression à proximité de la surface de contact de l'objet. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, une conduite 32 d'air sous pression est perpendiculaire au plan XY de la surface de contact de l'intercalaire 21. Aussi dans ce mode de réalisation, le dispositif de dépression par flux d'air selon l'invention comprend un déflecteur 33 permettant de diriger le flux d'air selon une direction sensiblement tangentielle à la surface de contact de l'intercalaire. Grâce au déflecteur 33, le dispositif selon l'invention permet de créer une lame d'air sensiblement parallèle au plan XY de la surface de contact de l'intercalaire 21, c'est-à-dire que de préférence la lame d'air est coplanaire avec la surface de contact d'au moins une ventouse. A cet effet, la lame d'air est confinée d'une part par la surface de contact de l'intercalaire 21, et d'autre part par une surface de laminage 34 du dispositif selon l'invention, contigüe au déflecteur 33. Comme illustré sur la figure 1, la surface de laminage 34 présente une section droite, de préférence parallèle à la surface XY de contact de l'intercalaire 21. Toutefois, dans d'autres modes de réalisation, la surface de laminage peut présenter une section droite légèrement inclinée par rapport à la surface XY de contact de l'intercalaire 21, voire une section de type parabolique. Grâce à ces caractéristiques, la vitesse d'écoulement du flux d'air le long de la surface de contact de l'objet créé une dépression, par effet Bernoulli, ce qui permet de produire une force de maintien verticale selon l'axe Z. Le maintien selon un plan horizontal XY parallèle au plan de la surface de contact de l'objet est assuré par l'activation d'au moins une ventouse. Pour illustrer l'effet Bernoulli, lorsqu'un flux d'air est canalisé entre deux parois, en l'espèce la surface de contact de l'objet et la surface de laminage du dispositif selon l'invention, parallèles à la direction du flux d'air et distantes l'une de l'autre d'une distance D, une force d'attraction Fa se créé entre les parois. Cette force d'attraction Fa est proportionnelle aux surfaces couvertes sur les parois par le flux d'air, et à la différence de pression entre la pression du flux d'air et la pression ambiante, en l'espèce atmosphérique, extérieure aux parois. Lorsque la distance D diminue, en l'espèce par rapprochement du dispositif selon l'invention de la surface de contact de l'objet 21, 22, l'action du flux d'air, c'est- à-dire la force d'attraction Fa, passe par un maximum correspondant à une distance limite Dlim en deçà de laquelle la force devient une force de répulsion. Avantageusement le système selon l'invention est configuré de sorte à ce que, lorsque le dispositif de préhension 100 à ventouse est actif au contact de l'objet à manipuler, la distance minimale entre la surface de laminage et la surface de contact de l'objet soit supérieure ou égale à la distance limite Dlim. La force d'attraction Fa dépend de la vitesse du flux d'air, donc de la pression du flux d'air, donc du débit ou de la pression émise par les moyens de soufflage dans la conduite. Avantageusement, la force d'attraction Fa, en l'espèce force de sustentation, exercée par le dispositif selon l'invention est supérieure ou égale au poids de l'objet à manipuler. De préférence, la force d'attraction Fa exercée par le dispositif selon l'invention est inférieure ou égale à la force d'attraction exercée par la ou les ventouses 31 du système selon l'invention lorsque celles-ci sont actives. Dans un autre mode de réalisation, non représenté, le flux d'air est créé par des moyens d'aspiration. Par exemple les moyens de soufflage sont remplacés par des moyens d'aspiration, de sorte que le sens du flux d'air soit opposé à celui précédemment décrit. Le fonctionnement du système de préhension selon l'invention est illustré aux figures 2A à 2C, dans le cas où l'on vise à manipuler un intercalaire 21 empilé sur un wafer 22. Le système selon l'invention est amené à proximité de l'intercalaire 21, de préférence dans un mouvement de translation orthogonal à la surface de contact de l'objet, comme illustré par la flèche pleine figure 2A. De préférence, dans une première étape de décollement, le dispositif de dépression par flux d'air est d'abord le seul activé (figure 2A), ce qui permet de créer au moins une lame d'air entre la surface de contact de l'intercalaire 21, sur une partie au moins de celle-ci, et une surface de laminage du système selon l'invention. La dépression créé une force d'attraction, en l'espèce verticale, sur l'intercalaire 21 dont l'intensité sur la surface de contact de celle-ci n'est pas homogène. Il en résulte, dans le mode de réalisation illustré à la figure 2A, un effet de bombage, en l'espèce central, de l'intercalaire, ce qui permet de favoriser l'admission d'air ambiant entre l'intercalaire 21 et le wafer 22, donc le décollement. Dans une deuxième étape de saisie, le dispositif de préhension 100 à ventouse est activé, figure 2B, ce qui permet d'appliquer au moins une ventouse à une surface de contact de l'intercalaire 21. Au moins jusqu'à la saisie de l'intercalaire 21 par le dispositif de préhension 100 à ventouse, le dispositif de préhension 100 à ventouse et le dispositif de dépression par flux d'air sont activés conjointement. Ensuite, dans une troisième étape de transport, figure 2C, le système selon l'invention est éloigné de la pile, comme illustré par la flèche pleine, en vue de transporter l'intercalaire 21 vers sa destination. Lors de cette étape, le dispositif de dépression par flux d'air peut éventuellement être désactivé puisque le maintien de l'intercalaire dans le plan XY, en l'espèce horizontal, est assuré par le dispositif de préhension 100 à ventouse. Le système selon l'invention peut en outre être avantageusement adaptable, y compris de manière dynamique, à la taille de la surface de l'objet à manipuler. En outre, au moins l'un des éléments suivants : nombre de ventouses, nombre de dispositifs de dépression par flux d'air, répartition des ventouse, répartition des dispositifs de dépression par flux d'air, vitesse de l'air de la lame d'air, peut être adapté à la masse de l'objet et/ou à la taille de la surface de contact de l'objet. L'adaptation à la taille de la surface de l'objet à manipuler est illustrée à la figure 3A illustrant le système selon l'invention dans une première configuration pour la manipulation d'un intercalaire de wafer de 300 mm, et à la figure 2B illustrant le même système selon l'invention dans une seconde configuration pour la manipulation d'un intercalaire de wafer de 200 mm par exemple. A cet effet, le système selon l'invention comprend un bras principal 10 supportant un dispositif de soufflage, et au moins un, en l'espèce cinq, bras secondaire 3 supportant chacun au moins une ventouse 31. Dans d'autres modes de réalisation non représentés, un bras secondaire 3 peut supporter un dispositif de soufflage en plus ou à la place d'une ou plusieurs ventouses. De même, le bras principal 10 peut supporter une ventouse à la place du dispositif de soufflage. De préférence, la ventouse 31 ou le dispositif de 15 soufflage supportés par le(s) bras secondaire(s) est mobile par rapport à la ventouse ou le dispositif de soufflage supportés par le bras principal. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3A et 20 3B, le système de préhension selon l'invention comprend une pluralité de bras secondaires supportant chacun une ventouse 31. En outre, le dispositif de soufflage supporté par le bras principal définit un centre dont chaque ventouse 31 supportée par les bras secondaires est équidistante et mobile autour de 25 ce centre selon une symétrie radiale. La mobilité des éléments supportés par les bras secondaires selon une symétrie radiale est illustrée aux figures 4A et 4B qui illustrent une vue éclatée des figures 30 3A et 3B respectivement. Dans une première configuration, figure 4A, le système selon l'invention est en configuration d'ouverture maximale : les bras secondaires 3 sont alignés avec des rayons d'un cercle de centre C. Chaque bras secondaire 3 est susceptible de pivoter autour d'un plot 4 en liaison avec une première pièce 1, en l'espèce sensiblement circulaire, dont l'orifice central permet le passage de l'air sous pression vers le déflecteur et dont le fond sert de surface de laminage. L'entrainement du bras 3 est effectué par un moteur 41 (figure 1) et dont l'action est appliquée soit à au moins un bras secondaire 3, soit à la première pièce 1, soit encore à une seconde pièce 2 concentrique de la première pièce 1 et mobile autour de celle-ci. La seconde pièce 2 supporte pour chaque bras secondaire 3 une goupille 5 configurée pour coulisser dans une rainure 15 réalisée dans la longueur du bras secondaire. Dans un mode de réalisation, la première pièce 1 est fixe et la seconde pièce 2 est mobile en rotation autour de la première pièce 1. Le plot 4 est fixe par rapport au stator du moteur. Le 20 rotor du moteur entraîne en rotation au moins un des bras secondaires 3 qui pivote autour du plot 4 et entraîne la seconde pièce 2 en rotation par l'intermédiaire de la goupille 5. Le mouvement du ou des bras secondaires motorisés, 25 comme illustré à la figure 4B, est transmis aux bras secondaires non motorisés, dont les extrémités décrivent alors des portions de cercles. En fonction de la direction de la rotation, les extrémités des bras secondaires sont rapprochés ou éloignés du centre C selon une symétrie 30 radiale. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits. Par exemple, en liaison avec la figure 1, chaque bras secondaire 3 peut supporter au moins un dispositif de dépression par flux d'air et le système comprendre une ventouse, éventuellement centrale, ou plusieurs ventouses, éventuellement selon une symétrie radiale. Dans un autre mode de réalisation, chaque bras secondaire 3 est fixe, et supporte au moins un dispositif de dépression par flux d'air ou au moins une ventouse, mobiles en translation le long dudit bras secondaire 3.10 REVENDICATIONS 1. Système de préhension par le vide d'un objet (21, 22), le système comprenant au moins un dispositif de préhension (100) à ventouse (31) configurée pour adhérer à une surface de contact de l'objet (21, 22), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un dispositif de dépression par flux d'air configuré pour créer une dépression à la surface de contact de l'objet sur une partie au moins de celle-ci. 2. Système de préhension selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de dépression par flux d'air est configuré pour créer une lame d'air entre la surface de contact de l'objet et une surface de laminage (34) du système. 3. Système de préhension selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la lame d'air est à symétrie radiale. 4. Système de préhension selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de dépression par flux d'air comprend un déflecteur (33). 25 5. Système de préhension selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la lame d'air est coplanaire avec la surface de contact d'au moins une ventouse (31). 30 6. Système de préhension selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l'un des éléments suivants nombre de ventouses, nombre de dispositifs de dépression par flux d'air, répartition des ventouse, répartition des dispositifs de dépression par flux20 14 d'air, vitesse de l'air de la lame d'air, est adapté à la masse de l'objet et/ou à la taille de la surface de contact de l'objet. 7. Système de préhension selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un bras principal (10) supportant une ventouse (31) ou un dispositif de dépression par flux d'air, et au moins un bras secondaire (3) supportant une ventouse (31) ou un dispositif de dépression par flux d'air, dans lequel la ventouse (31) ou le dispositif de dépression par flux d'air supportés par le(s) bras secondaire(s) (3) est mobile par rapport à la ventouse (31) ou le dispositif de dépression par flux d'air supportés par le bras principal (10). 8. Système de préhension selon la revendication 7, comprenant une pluralité de bras secondaires (3), et dans lequel la ventouse (31) ou le dispositif de dépression par flux d'air supportés par le bras principal (10) définit un centre (C) dont chaque ventouse (31) ou dispositif de dépression par flux d'air supportés par les bras secondaires (3) est équidistant et mobile autour du centre (C) selon une symétrie radiale. 9. Système de préhension selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de dépression par flux d'air comprend des moyens de soufflage. 10. Système de préhension selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes, adapté pour la préhension de tranche de silicium (22) ou d'intercalaire de tranche de silicium (21). 11. Procédé de préhension par le vide d'un objet, comprenant les étapes consistant à : - appliquer au moins une ventouse à une surface de contact de l'objet, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à . - créer au moins une lame d'air entre la surface de contact de l'objet, sur une partie au moins de celle-ci, et une surface de laminage d'un système de préhension par le vide.