Brevet FR3041860A1 — publié le 20170331

Appareil pour monter des composants sur un substrat DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un appareil pour monter des composants, typiquement des composants électroniques ou optiques, en particulier des puces semi-conductrices et des puces retournées, sur un substrat. Le montage est également connu dans le domaine comme processus d'assemblage ou processus de placement. Les appareils de ce type sont utilisés en particulier clans l'industrie des semi- conducteurs. Un exemple de tels appareils sont les dispositifs d'assemblage de puces ou les machines de prélèvement et placement, par lesquels des composants sous forme de puces semi-conductrices, des composants micromécaniques et micro-optiques et autres sont placés et collés sur des substrats, tels que par exemple des cadres conducteurs, des cartes de circuits imprimés, des céramiques, etc. Les composants sont prélevés à un emplacement de prélèvement par une tête d'assemblage, en particulier aspirés, déplacés vers un emplacement de substrat et placés en une position définie avec précision sur le substrat. La tête d'assemblage fait partie d'un système de prélèvement et placement qui permet des mouvements de la tête d'assemblage clans au moins trois directions spatiales. Pour s'assurer que le placement du composant sur le substrat puisse s'effectuer de manière précise en ce qui concerne la position, il est nécessaire de déterminer tant la position précise du composant saisi par la tête d'assemblage par rapport à l'axe de positionnement de la tête d'assemblage que la position précise de l'emplacement de substrat. De tels appareils, dans lesquels sont utilisés deux miroirs qui sont distorsionnés par rapport à la verticale d'environ 45° pour projeter la face inférieure du composant vers une caméra, de sorte que la position du composant puisse alors être déterminée par rapport à l'axe de positionnement de la tête d'assemblage, sont connus des documents EP 449481, US 5878484, WO 2004064472 et EP 1916887. Un appareil dans lequel sont utilisés un miroir et un prisme pentagonal pour projeter la face inférieure du composant vers la caméra est connu du document EP 2373145. Dans ces appareils, 3041860 2 l'axe optique de la caméra s'étend de manière parallèle à l'axe de positionnement de la tête d'assemblage. Dans l'appareil du document EP 2373145, seule est déterminée la position du composant, mais pas la position de l'emplacement du substrat. 5 Dans les appareils de conception récente utilisés sur le plan industriel, deux caméras sont habituellement utilisées, notamment une caméra qui est disposée dans ou sous le plan du substrat et qui est orientée vers le haut pour déterminer la position du composant et une caméra qui est disposée au-dessus du plan du substrat et qui est orientée vers le bas pour déterminer la position de l'emplacement de substrat. Un 10 inconvénient pertinent de ces appareils est que la tête d'assemblage doit se déplacer tout d'abord de l'emplacement de prélèvement vers la caméra disposée dans ou sous le plan de substrat et ensuite davantage vers l'emplacement de substrat, ce qui requiert souvent un détour. 15 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention se base sur l'objet de mettre au point un appareil qui ne nécessite qu'une seule caméra pour déterminer la position du composant et pour déterminer la position de l'emplacement de substrat, et qui permet une construction optique simple et 20 requiert peu d'espace. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES DES DESSINS Les dessins joints en annexe, qui sont incorporés dans et font partie de la 25 présente spécification, illustrent un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention et, ensemble avec la description détaillée, servent à expliquer les principes et mises en oeuvre de l'invention. Les figures sont montrées de manière schématisée et ne sont pas à échelle. Dans les dessins: 30 les figures 1 et 2 montrent deux aperçus d'un appareil selon l'invention pour le montage de composants, et 3041860 3 les figures 3 et 4 montrent des modes de réalisation alternatifs de systèmes de déflexion optiques individuels. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 5 Les ftures 1 et 2 illustrent de manière schématisée des vues latérales de deux aperçus d'un appareil selon l'invention pour monter des composants 1 à des emplacements 2 d'un substrat 3. Les composants sont généralement des composants électroniques, micromécaniques ou (micro)optiques, en particulier des puces semi- 10 conductrices et des puces retournées. L'appareil comprend un support 4 pour le substrat 3, un système de prélèvement et placement 5 avec une tête d'assemblage 6, une caméra unique 7, un premier système de déflexion optique 8, un deuxième système de déflexion optique 9, une première source de lumière 10, une deuxième source de lumière 11 et une troisième source de lumière 12. La tête d'assemblage 6, le premier 15 système de déflexion optique 8, la caméra 7 et la deuxième source de lumière 11 sont fixés sur un chariot commun 13. Le deuxième système de déflexion optique 9 est disposé de manière stationnaire sur l'appareil. Les substrats 3 présentent généralement une pluralité d'emplacements de substrat. Le terme "emplacement de substrat 2" doit généralement être entendu ci-après comme l'emplacement de substrat qui est situé dans 20 le champ de vision de la caméra 7, où le trajet de faisceau de l'emplacement de substrat 2 à la caméra 7 s'étend à travers le premier système de déflexion optique 8 et y est dévié au moins une fois. La surface du support 4 pour le substrat 3 définit un plan de substrat 14. Le 25 système de prélèvement et placement 5 comprend au moins trois commandes pour déplacer le chariot 13 dans trois directions spatiales, notamment dans deux directions qui s'étendent parallèles au plan de substrat 14, et dans une direction, désignée ici comme direction Z, qui est perpendiculaire au plan de substrat 14. La tête d'assemblage 6 comprend un axe de préhension 15 qui s'étend dans la direction Z. 30 La caméra 7 et le premier système de déflexion optique 8 forment ensemble un premier système de détection d'image qui permet d'enregistrer une image de 3041860 4 l'emplacement de substrat 2 sur lequel doit être monté l'élément 1. La caméra 7, le premier système de déflexion optique 8 et le deuxième système de déflexion optique 9 forment ensemble un deuxième système de détection d'image qui permet d'enregistrer une image de la face inférieure du composant 1 maintenu par la tête d'assemblage 6. 5 Le système de prélèvement et placement 5 est réglé pour prélever un composant respectif 1 au moyen de la tête d'assemblage 6 à un emplacement de prélèvement et pour placer ledit composant à un emplacement de substrat 2. Pour permettre ainsi un positionnement très précis, la caméra enregistre une image 7 de la face inférieure du 10 composant 1, d'une part, et une image de l'emplacement de substrat 2 auquel doit être placé l'élément 1, d'autre part. Le premier système de déflexion optique 8 est utilisé pour amener l'axe optique 16 de la caméra 7, qui s'étend de manière décalée latéralement par rapport à l'axe de 15 saisie 15 de la tête d'assemblage 6 dans la direction Z, comme axe optique 17 plus près de l'axe de saisie 15 de la tête d'assemblage 6. L'axe optique du côté de l'objet 17 du premier système de détection d'image s'étend à une distance D de l'axe de saisie 15 de la tête d'assemblage 6, du fait du premier système de déflexion optique 8, distance D qui est sensiblement plus petite que la distance entre l'axe de saisie 15 de la tête 20 d'assemblage 6 et l'axe optique 16 de la caméra 7. Le deuxième système de déflexion optique 9 et le premier système de déflexion optique 8 coopèrent et amènent la face inférieure du composant 1 maintenu par la tête d'assemblage 6 dans le champ de vision de la caméra 7 tant que la tête d'assemblae 6 25 se situe dans une zone de travail prédéterminée au-dessus du deuxième système de déflexion optique 9. Pour permettre que la caméra 7 enregistre une image nette de la face inférieure du composant 1 ainsi que l'emplacement de substrat 2 sur lequel doit être placé le 30 composant 1, les trajets optiques des trajets de faisceau du premier système de détection d'imae et du deuxième système de détection d'image doivent, dans la mesure la plus grande possible, être de même longueur. L'ajustement de la longueur des trajets 3041860 5 de faisceau s'effectue en déplaçant le chariot 13 du système de prélèvement et placement 5 dans la direction Z. L'appareil est ainsi programmé de sorte que, pour enregistrer une image du composant 1, le chariot 13 soit déplacé dans la direction Z à une hauteur HI prédéterminée au-dessus du plan de substrat 14 au-dessus du deuxième 5 système de déflexion optique 9, de sorte que la face inférieure du composant 1 se situe dans le plan focal de la caméra 7 au moins pendant son déplacement au-dessus du deuxième système de déflexion optique 9, de sorte que la caméra 7 soit, pendant le déplacement du composant 1, à même d'enregistrer une image nette de la face inférieure du composant 1 et de lever le chariot 13 à une hauteur H2 prédéterminée au- 10 dessus du plan de substrat 14 pour enregistrer une image de l'emplacement de substrat 2, de sorte que l'emplacement de substrat 2 se situe dans le plan focal de la caméra 7, de sorte que la caméra 7 puisse enregistrer une image nette de l'emplacement de substrat 2. Les deux hauteurs HI et Hi sont dimensionnées de sorte que la longueur optique du trajet de faisceau entre la face inférieure du composant 1 et la caméra 7 et la longueur 15 optique du trajet de faisceau entre l'emplacement de substrat 2 et la caméra 7 soient de même grandeur, de sorte que soit la face inférieure du composant 1, soit l'emplacement de substrat 2 se situe dans le plan focal de la caméra 7. Il est d'application que H2> Hi, tel que montré aux figures 1 et 2. 20 L'appareil peut être programmé en ce sens que soit tout d'abord enregistrée une image de chacun des emplacements 2 d'un substrat 3 et qu'un composant 1 après l'autre soit monté sur les emplacements 2 du substrat 3. Mais il peut également être programmé pour enregistrer une image de la face inférieure du composant 1 et ensuite une image de l'emplacement de substrat 2 associé pendant chaque processus de 25 montage. La figure 1 montre l'appareil dans l'état dans lequel le chariot 13 est situé à la hauteur H2 prédéterminée en une position dans laquelle un emplacement de substrat prédéterminé 2 se situe dans le champ de vision de la caméra 7, de sorte que la caméra 30 7 soit à même d'enregistrer une image suffisamment nette dudit emplacement de substrat 2. 3041860 6 La figure 2 montre l'appareil dans l'état dans lequel le chariot 13 se situe à la hauteur Hi prédéterminée et dans la zone de travail du deuxième système de déflexion optique 9, de sorte que la face inférieure du composant 1 se trouve dans le champ de vision de la caméra 7, de sorte que la caméra 7 soit à même d'enregistrer une image 5 suffisamment nette de la face inférieure du composant 1. Selon un premier mode de réalisation, le premier système de déflexion optique 8 comprend un prisme réfléchissant 18 et un miroir 19. Le prisme réfléchissant 18 est un corps de section triangulaire et qui réfléchit un faisceau de lumière 20 provenant du 10 plan de substrat dans la direction Z sur deux surfaces 21 et 22. La surface inférieure 22 du prisme réfléchissant triangulaire 18, sur laquelle le faisceau de lumière 20 est soumis à la deuxième réflexion, est parallèle au plan de substrat 14. La deuxième surface 21, sur laquelle le faisceau de lumière 20 est soumis à la première réflexion, est réfléchissante et forme un angle prédéterminé a avec la surface inférieure 22. L'angle u 15 est déterminé de sorte que le faisceau de lumière 20 soit réfléchi totalement à la réflexion sur la surface inférieure 22. Pour assurer que se produise la réflexion totale, l'angle u doit satisfaire la loi de réfraction de Snell: u REVENDICATIONS1. Dispositif pour monter des composants (l ) sur un substrat (3), comprenant un support (4) pour le substrat (3), où une surface du support (4) définit un plan de substrat (14), un système de prélèvement et placement (5) avec une tête d'assemblage (6), où le système de prélèvement et placement (5) est conçu pour prélever un composant (1) par la tête d'assemblage (6) à un emplacement de prélèvement et pour placer ledit composant sur un emplacement de substrat (2), une caméra (7) pour détecter une position du composant (1) maintenu par la tête d'assemblage (6) et pour détecter une position de l'emplacement de substrat (2) sur lequel doit être monté le composant (1), un premier système de déflexion optique (8), et un deuxième système de déflexion optique (9), dans lequel la caméra (7) présente un axe optique (16), le système de prélèvement et de placement (5) comprend un chariot déplaçable (13) sur lequel sont fixés le premier système de déflexion optique (8), la caméra (7) et la tête d'assemblage (6), le deuxième système de déflexion optique (9) est disposé de manière stationnaire sur l'appareil, le premier système de déflexion optique (8) et la caméra (7) forment un premier système de détection d'image pour enregistrer une image de l'emplacement de substrat (2), où un axe optique du côté de l'objet (17) du premier système de détection d'image s'étend à une distance (D) d'un axe de saisie (15) de la tête d'assemblage (6) qui est plus petite qu'une distance entre l'axe de saisie (15) de la tête d'assemblage (6) et l'axe optique (16) de la caméra (7), le premier système de déflexion optique (8), le deuxième système de déflexion optique (9) et la caméra (7) forment un deuxième système de détection d'image pour enregistrer une image d'une face inférieure du composant (| ), et l'appareil est programmé, pour l'enregistrement d'une image du composant (1), pour déplacer le chariot (13) pendant le transport du composant (1) de l'emplacement de prélèvement à l'emplacement de substrat (2) à une hauteur Hi 3041860 12 prédéterminée au-dessus du plan de substrat (14) au-dessus du deuxième système de déflexion optique (9), de sorte que la face inférieure du composant (1) se situe, pendant le déplacement au-dessus du deuxième système de déflexion optique (9), dans un plan focal de la caméra (7), et 5 pour l'enregistrement d'une image de l'emplacement de substrat (2) pour lever le chariot (13) à une hauteur H2 prédéterminée au-dessus du plan de substrat (14), de sorte que l'emplacement de substrat (2) se situe dans le plan focal de la caméra (7), où les deux hauteurs Hi et H, sont dimensionnées de sorte que la longueur optique du trajet de faisceau entre la face inférieure du composant (1) 10 et la caméra (7) et la longueur optique du trajet de faisceau entre l'emplacement de substrat (2) et la caméra (7) soient de même grandeur. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le premier système de déflexion optique (8) comprend un prisme de déflexion (18) et un miroir (19). 15 3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le premier système de déflexion optique (8) comprend deux miroirs (19, 23). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le 20 deuxième système de déflexion optique (9) comprend un prisme de déflexion symétrique (24). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le deuxième système de déflexion optique (9) comprend un cube diviseur de 25 faisceau (30), un prisme pentagonal (31) et un corps optiquement transparent (29) qui est disposé de manière homogène entre le cube diviseur de faisceau (30) et le prisme pentagonal (31).