Brevet FR2977756A1 — publié le 20130111

Dispositif de prélèvement et de pose de petits objets La présente invention concerne les dispositifs de prélèvement et de pose de petits objets, par exemple de petits composants de toute nature, composants mécaniques, CMS (Composants Montés en Surface), MEMS (en anglais Microelectromechanicat Systems), composants micro-électroniques de quelques millimètres à quelques dizaines de microns tels que les puces ou analogues. 10 Pour de nombreuses industries et dans tous les domaines, il est souvent nécessaire de prélever des petits objets et de les poser de façon très précise sur leur support pour les y fixer par tous moyens, notamment par collage, soudure thermique, laser, ultra sons, etc.. En outre, ces opérations doivent s'effectuer de façon répétitive, même si elles ne sont pas 15 effectuées un nombre de fois qui soit de l'ordre de grandeur nécessaire pour des productions de masse. Tel est par exemple le cas dans les centres de recherche, les services de mise au point ou de réalisation de préséries de produits avant le passage au stade industriel. Aussi, pour respecter toutes les conditions d'un bon positionnement, 20 par exemple d'un composant électronique comme une puce ou analogue, a-t-il déjà été réalisé des dispositifs particuliers, notamment des équipements avec une loupe binoculaire sous laquelle s'effectuent les opérations de prélèvement et de pose. De tels dispositifs sont déjà connus, par exemple ceux décrits dans 25 les FR-A-2 875 967 et FR-A-2 840 763. Ces équipements peuvent donner des bons résultats, mais présentent néanmoins des inconvénients. En effet, la vision binoculaire entraîne toujours un défaut de parallaxe qui rend la précision du prélèvement des objets et de leur pose tributaire de l'expérience de 30 l'opérateur pour interpréter l'image donnée par la loupe binoculaire. Le grossissement d'image est généralement limité à 40 fois, ce qui rend encore plus difficile le positionnement des composants de très petites dimensions, par exemple de l'ordre de 200 à 300 microns. De plus, la plaquette distributrice des objets et la plaquette réceptrice de ces objets sont liées sur le même moyen de transfert, ce qui limite les possibilités de répétitivité et de rendement. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de prélèvement et de pose de petits objets, par exemple de petits composants de toute nature, composants mécaniques, CMS, MEMS, composants micro-électroniques de quelques millimètres à quelques dizaines de microns, qui pallie les inconvénients mentionnés ci-dessus des dispositifs en ce domaine selon l'art antérieur, tout en étant d'une réalisation très simple, facile à utiliser, et qui en plus permette d'obtenir un rendement très supérieur à celui permis avec ces dispositifs antérieurs. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif de prélèvement et de pose de petits objets, notamment de puces électroniques ou analogues, caractérisé par le fait qu'il comporte : - un châssis comportant une plateforme définissant une surface de référence optionnellement plane, - un rail définissant un chemin de translation, ledit rail étant monté en coopération avec ledit châssis, - un charriot, - des moyens pour monter ledit charriot en translation sur ledit rail de façon qu'il soif apte à prendre deux première et une seconde positions non confondues, - un doigt ayant une extrémité de préhension, ladite extrémité de préhension étant tournée vers ladite plateforme, - des moyens pour monter ledit doigt en translation sur ledit charriot de façon que son extrémité de préhension soit apte à se déplacer sur une première droite lorsque le chariot se trouve dans sa première position et une seconde droite quand le chariot se trouve dans sa seconde position, lesdites première et seconde droites étant non confondues, optionnellement parallèles entre elles, - une première caméra vidéo ayant un axe optique de prise de vues, - un premier afficheur vidéo relié à la sortie de ladite première caméra vidéo, - une seconde caméra vidéo ayant un axe optique de prise de vues, - un second afficheur vidéo relié à la sortie de ladite seconde caméra vidéo, - des premiers et seconds moyens pour monter respectivement les première et seconde caméras vidéo sur ledit châssis de façon que ledit rail soit situé entre ces deux caméras vidéos et ladite plateforme, et que les deux axes otiques soient respectivement confondus avec les première et seconde droites, et - un organe de gestion et de commande monté en coopération avec les moyens pour monter le charriot en translation sur le rail, les moyens pour monter le doigt en translation sur le charriot et les première et seconde caméras vidéo. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : La figure 1 est une vue de face d'un schéma de principe d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour le prélèvement et la pose de petits objets, La figure 2 est une vue schématique partielle de côté du dispositif selon l'invention dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, et La figure 3 est vue schématique partielle d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. II est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. II est aussi précisé que les figures représentent essentiellement deux modes de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. 10 II est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit 15 séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. Le dispositif de prélèvement et de pose de petits objets selon l'invention, en référence aux figures annexées, comporte un châssis 10 comportant une plateforme 11 définissant une surface de référence 12 optionnellement plane, un rail 20 définissant un chemin de translation 21, le 20 rail étant monté en coopération avec le châssis 10, par tous moyens bien connus en eux-mêmes et qui ne seront donc pas plus amplement décrits ici. Il est souligné que le chemin de translation peut être de tout type, notamment un trajet rectiligne, un trajet courbe et/ou une combinaison de ces deux types de trajet, bien que le trajet rectiligne soit, sur le plan de la 25 fabrication du dispositif, le type de trajet préféré. Sont aussi prévus un charriot 30 et des moyens pour monter le charriot 30 en translation sur le rail 20 de façon qu'il soit apte à prendre au moins une première et une seconde positions non confondues P1, P2. Les moyens pour monter le charriot 30 en translation sur le rail 20 30 peuvent être de tout type, par exemple constitués, très schématiquement, d'une glissière à deux éléments coopérant par glissement l'un par rapport à l'autre, l'un des deux éléments étant solidaire du chariot 30 et l'autre du rail 20, et de moyens moteurs montés en coopération avec ces deux éléments de glissière pour translater l'un par rapport à l'autre, ces moyens moteurs étant par exemple constitués, très schématiquement, par un moteur pas-à-pas de grande précision et une chaîne sans 'fin couplée à l'arbre menant du moteur. Ces derniers moyens sont du domaine de l'homme du métier et ne seront pas plus amplement développés dans l'unique souci de simplifier la présente description. Le dispositif comporte en outre un doigt 31 ayant une extrémité de préhension 32 tournée vers la plateforme 11, des moyens pour monter le doigt 31 en translation sur le charriot de façon que son extrémité de préhension 32 soit apte à se déplacer sur une première droite dr1 lorsque le chariot se trouve dans sa première position P1 et une seconde droite dr2 quand le chariot se trouve dans sa seconde position P2, ces première et seconde droites dr1, dr2 étant non confondues et très avantageusement parallèles entre elles. Il est aussi prévu une première caméra vidéo 41 ayant un axe optique de prise de vues 42, un premier afficheur vidéo 43 relié à la sortie 44 de la première caméra vidéo, une seconde caméra vidéo 51 ayant un axe optique de prise de vues 52, un second afficheur vidéo 53 relié à la sortie 54 de la seconde caméra vidéo, et des premiers et seconds moyens pour monter respectivement les première et seconde caméras vidéo 41, 51 sur le châssis 10 de façon que le rail 20 soit situé entre les deux caméras vidéos et la plateforme 11, comme plus particulièrement visible sur les figures 1 et 2, et que les deux axes otiques 42, 52 soient respectivement confondus avec les première et seconde droites dr1, dr2. Enfin, le dispositif comporte un organe de gestion et de commande 60, par exemple à microprocesseur programmable, monté en coopération, de façon connue des hommes du métier, notamment avec les moyens pour monter le charriot 30 en translation sur le rail 20, les moyens pour monter le doigt 31 en translation sur le charriot et les première et seconde caméras vidéo 41, 51. Selon une réalisation préférentielle, le doigt 31 est constitué d'un tube creux dont une première extrémité 33 constitue l'extrémité de préhension 32 définie ci-dessus, la seconde extrémité 34 du tube creux étant apte à être reliée à une pompe à vide ou analogue qui n'a pas été représentée pour la simplification des figures et parce que ce moyen de pompe à vide n'entre pas dans le champ de protection de l'invention. En outre, de façon très préférentielle, chaque caméra vidéo 41, 51 comporte une mire optique 45, 55 apte à s'afficher sur son afficheur respectif 43, 53, chaque mire optique définissant un point central 46, 56 correspondant à la position de l'axe optique 42, 52 de la caméra vidéo qui lui est associé, figure 1. Toujours de façon très préférentielle, pour obtenir une très bonne précision dans le prélèvement et la pose des petits objets, chaque caméra vidéo 41, 51 comporte un objectif 47, 57 à focale réglable pour obtenir un grossissement d'image d'au moins 3000 fois. De tels objectifs, avec un grossissement de 3000 sont actuellement disponibles dans le commerce. Quant aux moyens pour monter le doigt 31 en translation sur le charriot 30, ils sont par exemple constitués, comme très schématiquement illustré sur la figure 2, par des moyens pour créer un mouvement de rotation 35 par rapport au chariot 30, par exemple un moteur 130 dont l'axe de sortie 131 comporte un ergot excentré 132, des moyens pour transformer le mouvement de rotation en un mouvement de translation 36, par exemple une came 134 associée à un guide en translation, par exemple un palier rectiligne à billes ou analogues 136 schématiquement illustré sur la figure 2 dans lequel est monté en translation le doigt 31, et des moyens 37 pour appliquer le mouvement de translation au doigt 31. Ces derniers moyens 37 sont constitués par le fait qu'une extrémité 137 de la came 134 est fixée au doigt 31 en passant à travers une fente longitudinale réalisée dans le palier 136. Il est précisé que la came 134 est maintenue au contact de l'ergot 132 par son propre poids auquel s'ajoute celui du doigt 31, étant donné que ce dispositif doit fonctionner sur Terre où règne une force de gravitation. Pour que le doigt ne tombe pas trop rapidement et violemment sur l'objet à prélever comme il sera explicité ci-après, il est alors très avantageux que le dispositif comporte en outre des moyens de compensation élastique permanente 38, comme un ressort, montés en coopération entre le doigt 31 et le chariot 30 pour engendrer une première force apte à tendre à éloigner le doigt 31 de la plateforme 11. Dans un but qui sera explicité lors de- la description du fonctionnement du dispositif, ce denier comporte en outre des moyens commandables pour exercer, sur le doigt 31, une seconde force en opposition à la première force, quand le doigt 31 tend à se déplacer vers la plateforme 11, essentiellement de façon que cette seconde force s'applique uniquement lors de la pose de l'objet, l'intensité de cette seconde force étant déterminée de façon qu'elle soit supérieure à celle de la première force. 10 De façon préférentielle, le dispositif comporte au moins deux platines 71, 72 respectivement de distribution et de réception associées respectivement aux première et seconde positions P1, P2 du chariot 30, et des moyens pour déplacer ces platines par rapport à la plateforme 11 et par rapport respectivement aux deux droites dr1, dr2 de façon qu'elles soient en 1.5 outre situées entre le chariot 30 et la plateforme 11. Ces moyens pour déplacer les platines sont bien connus en eux-mêmes et chacune d'elles comporte par exemple deux vis micrométriques agissant selon deux directions généralement perpendiculaires. De façon préférentielle, sont prévus des moyens pour ajuster la 20 valeur de la distance entre les platines 71, 72 et le rail 20 et/ou le chariot 30 selon différents mouvements relatifs, par exemple les deux platines 71, 72 par rapport au rail 20, le chariot 30 par rapport au rail 20 et/ou aux platines, etc. Pour des applications comme celles qui seront évoquées ci-après lors 25 de la description du fonctionnement du dispositif, le dispositif comporte un autre doigt 81 solidaire du même chariot 30, la distance séparant les deux doigts 31, 81 étant égale à la distance séparant les première et seconde positions P1, P2, cet autre doigt 81 pouvant avoir différentes fonctions parmi lesquelles celle qui sera donnée à titre d'exemple dans la description du 30 fonctionnement. Enfin, d'une façon préférentielle, pour une facilité de fabrication, le chemin de translation 21 défini précédemment est situé dans un plan parallèle au plan de référence 12, optionnellement parallèle à une première direction de translation Dit, et les première et seconde droites dr1, dr2 sont parallèles entre elles et parallèles à une seconde direction de translation Di2 non confondue avec la première direction de translation Dit, optionnellement perpendiculaire. Le dispositif décrit ci-dessus et illustré par les trois figures annexées, fonctionne de la façon suivante : Il est tout d'abord précisé que les objets à prélever et à poser sont par exemple des puces électroniques disposées sur une plaquette distributrice positionnée fixement sur la face supérieure de la platine de distribution 71 et devant être posées sur une plaquette réceptrice positionnée fixement sur la face supérieure de la platine de réception 72, figure 1. Tout d'abord, le technicien manipulateur du dispositif positionne la platine de distribution 71 de façon que la puce à prélever sur la plaquette distributrice soit centrée sur l'axe optique 42 de la caméra vidéo 41. Pour obtenir ce résultat, il se sert du grossissement maximum de l'objectif 47 de la caméra vidéo 41 et effectue le contrôle de la position de la platine de distribution au moyen de l'image affichée sur l'afficheur 43 qui affiche aussi le centre 46 de la mire 45. II procède de la même façon avec la platine de réception 72 qui supporte la plaquette de réception, mais dans ce cas grâce à la caméra vidéo 51, et il contrôle que l'emplacement qui doit recevoir la puce qui aura été prélevée soit bien centré sur l'axe optique 52 de la caméra 51, grâce au centre 56 de la mire 55 visible sur l'afficheur 53. Quand ces deux premiers réglages ont été effectués, il active l'organe de commande 60 pour que, dans un premier temps, le chariot 30 soit déplacé le long du rail 20 de façon que l'extrémité 32/33 du doigt 31 se positionne automatiquement sur la droite dr1, puisque programmé à cet effet. Quand le doigt 31 est dans cette première position P1, figure 1, la position du chariot est figée. Ensuite, l'organe 60 commande la descente du doigt 31 jusqu'à ce que son extrémité 32133 vienne au contact de la puce à prélever, ce mouvement de descente étant amorti grâce au ressort de traction 38, figure 2. Puis, la pompe à vide est commandée pour que, par aspiration, la puce se plaque contre cette extrémité 32/33 du doigt 31 et y soit maintenue, et le doigt est relevé et éloigné de la plaquette distributrice. Ensuite, toujours par la programmation de l'organe 60, le chariot 30 est commandé pour se déplacer le long du rail 20 jusqu'à sa seconde position P2, figure 1, c'est-à-dire jusqu'à ce que l'extrémité 32/33 du doigt 31 se positionne sur la droite dr2, juste au-dessus de l'emplacement sur la plaquette réceptrice prévu pour recevoir la puce qui se trouve toujours plaquée contre l'extrémité 32/33 du doigt 31. 10 Quand le doigt 31 est dans sa seconde position P2, le chariot est arrêté et la descente du doigt 31 est commandée pour poser la puce à l'endroit prévu sur la plaquette réceptrice. En fin de descente du doigt, la pompe à vide est arrêtée. Le tube du doigt est alors automatiquement mis à l'atmosphère et, n'étant plus maintenue par aspiration sur l'extrémité 33 du 15 doigt 31, la puce peut rester positionnée à la place qui lui est attribuée. Le doigt 31 est relevé et, via le chariot 30, peut être renvoyé, par exemple, à sa position P1 pour procéder, comme décrit ci-dessus, au prélèvement d'une nouvelle puce sur la plaquette distributrice positionnée sur la platine de distribution 71 qui a été préalablement repositionnée pour 20 présenter, sur la droite dr1, la nouvelle puce à prélever. Comme mentionné dans la description structurelle donnée ci-avant, le dispositif peut aussi comporter des moyens commandables pour exercer, sur le doigt 31, une seconde force en opposition à la première force quand le doigt 31 tend à se déplacer vers la plateforme 11 et lorsqu'il est dans la 25 position P2, et de façon que cette seconde force ne s'applique que lors de la pose de l'objet, en l'occurrence la puce dans l'exemple donné. Ainsi, quand le doigt 31 est dans sa seconde position P2 en face de l'emplacement prévu pour la pose de la puce sur la plaquette de réception, ces moyens commandables peuvent être actionnés pour engendrer, de 30 façon directe ou indirecte, la seconde force sur le doigt 31, dans le but de bien appuyer sur la puce pour la fixer par enfichement à l'emplacement qui lui est réservé. L'autre doigt 81 décrit ci-avant, qui est lui aussi monté sur le chariot 30, peut être d'une grande utilité, notamment pour prélever par exemple un point de colle et le déposer sur l'emplacement prévu pour recevoir la puce avant qu'elle n'y soit posée. Puisque la distance séparant les deux doigts 31, 81 est structurellement égale à la distance séparant les deux positions P1, P2, quand le chariot 30 est dans sa seconde position P2, le doigt 81 est décalé de cette seconde position jusqu'en 1-81, figure 3. Quand le doigt 31 pose une puce en P2, le doigt 81 peut être commandé pour prélever un point de colle 2-81 dans un godet 90. Ce point de colle 2-81 sera déposé à l'emplacement prévu pour la pose de la prochaine puce lorsque le doigt 31 sera en position de prélèvement d'une nouvelle puce lorsque le chariot 30 est dans la position P1. Les moyens commandables pour exercer, sur le doigt 31, une seconde force en opposition à la première force, permettent, dans cet exemple d'application du doigt 81, d'appuyer sur la puce pour bien la faire adhérer au point de colle 2-81 préalablement déposé sur la plaquette réceptrice. Le prélèvement d'un point de colle n'est qu'un exemple d'application de cet autre doigt 81, et il peut être prévu, pour cet autre doigt 81, d'autres applications qui sont du domaine de l'homme du métier et qui ne seront donc pas plus amplement développées ici. REVENDICATIONS1. Dispositif de prélèvement et de pose de petits objets, notamment de puces électroniques ou analogues, caractérisé par le fait qu'il comporte : - un châssis (10) comportant une plateforme (11) définissant une surface de référence (12) optionnellement plane, - un rail (20) définissant un chemin de translation (21), ledit rail étant monté en coopération avec ledit châssis (10), 10 - un charriot (30), - des moyens pour monter ledit charriot (30) en translation sur ledit rail (20) de façon qu'il soit apte à prendre deux première et une seconde positions non confondues (P1, P2), - un doigt (31) ayant une extrémité de préhension (32), ladite 15 extrémité de préhension étant tournée vers ladite plateforme (11), - des moyens pour monter ledit doigt (31) en translation sur ledit charriot de façon que son extrémité de préhension (32) soit apte à se déplacer sur une première droite (dr1) lorsque le chariot se trouve dans sa première position (P1) et une seconde droite (dr2) quand le chariot se trouve 20 dans sa seconde position (P2), lesdites première et seconde droites (dr1, dr2) étant non confondues, optionnellement parallèles entre elles, - une première caméra vidéo (41) ayant un axe optique de prise de vues (42), - un premier afficheur vidéo (43) relié à la sortie (44) de ladite 25 première caméra vidéo, - une seconde caméra vidéo (51) ayant un axe optique de prise de vues (52), - un second afficheur vidéo (53) relié à la sortie (54) de ladite seconde caméra vidéo, 30 - des premiers et seconds moyens pour monter respectivement les première et seconde caméras vidéo (41, 51) sur ledit châssis (10) de façon que ledit rail (20) soit situé entre ces deux caméras vidéos et laditeplateforme (11), et que les deux axes otiques (42, 52) soient respectivement confondus avec les première et seconde droites (dr1, dr2), et - un organe de gestion et de commande (60) monté en coopération avec les moyens pour monter le charriot (30) en translation sur le rail (20), les moyens pour monter le doigt (31) en translation sur le charriot et les première et seconde caméras vidéo (41, 51). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit doigt (31) est constitué d'un tube creux dont une première extrémité (33) 10 constitue ladite extrémité de préhension (32), la seconde extrémité (34) du tube creux étant apte à être reliée à une pompe à vide. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque caméra vidéo (41, 51) comporte une mire optique (45, 15 55) apte à s'afficher sur son afficheur respectif (43, 53), chaque mire optique définissant un point central (46, 56) correspondant à la position de l'axe optique (42, 52) de la caméra vidéo qui lui est associé. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 20 par le fait que chaque caméra vidéo (41, 51) comporte un objectif (47, 57) à focale réglable pour obtenir un grossissement d'image d'au moins 3000 fois. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens pour monter ledit doigt (31) en translation sur ledit 25 charriot sont constitués : - de moyens pour créer un mouvement de rotation (35) par rapport au dit chariot (30), - de moyens pour transformer le mouvement de rotation en un mouvement de translation (36), et 30 - de moyens (37) pour appliquer ledit mouvement de translation au dit doigt (31). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de compensation élastique permanente (38) montés en coopération entre ledit doigt (31) et ledit chariot (30) pour engendrer une première force apte à tendre à éloigner ledit doigt (31) de ladite plateforme (11). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens commandables (38) pour exercer, sur ledit doigt (31), une seconde force en opposition à la première force, 10 quand ledit doigt (31) tend à se déplacer vers ladite plateforme (11), l'intensité de cette seconde force étant déterminée de façon qu'elle soit supérieure à celle de la première force. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 15 par le fait qu'il comporte au moins deux platines (71, 72) respectivement de distribution et de réception associées respectivement aux première et seconde positions (P1, P2) du chariot (30), et des moyens pour déplacer lesdites platines par rapport à ladite plateforme (11) et par rapport respectivement aux deux droites (dr1, dr2) de façon qu'elles soient en outre 20 situées entre ledit chariot (30) et ladite plateforme (11). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens pour ajuster la valeur de la distance entre lesdites platines (71, 72) et ledit rail (20). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un autre doigt (81) solidaire du même chariot (30), la distance séparant les deux doigts (31, 81) étant égale à la distance séparant les première et seconde positions (P1, P2). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit chemin de translation (21) est défini dans un plan parallèle au plan de référence (12) et optionnellement parallèle à une 25 30première direction de translation (DM), et que les première et seconde droites (dr1, dr2) sont parallèles entre elles et parallèles à une seconde direction de translation (Di2) non confondue avec la première direction de translation (DM) optionnellement perpendiculaire.