Brevet FR3073763A1 — publié le 20190524

Tête de soudage pour monter des composants et microsoudeuse de puce avec une telle tête de soudage Domaine de l'invention L'invention concerne une tête de soudage pour monter des 5 composants, typiquement des composants électroniques ou optiques, en particulier des puces semi-conductrices et des puces retournées, sur un substrat. Le procédé de montage concerne également un procédé de soudage ou d'assemblage. L'invention concerne également un appareil de montage de semi-conducteur, 10 connu dans l'industrie sous le nom de microsoudeuse de puce, avec une telle tête de soudage. Contexte de l'invention Des machines d'assemblage automatique avec des têtes de 15 soudage de ce type sont utilisées en particulier dans l'industrie des semi-conducteurs. Un exemple de telles machines d'assemblage automatique sont des microsoudeuses de puce ou les machines bras-transfert, qui sont utilisées pour placer et souder des composants sous la forme de puces semi-conductrices, des 20 composants micromécaniques et micro-optiques et similaires sur des substrats tels que des grilles de connexion, des cartes de circuit imprimé, des céramiques, etc. Les composants sont pris par une tête de soudage à un emplacement de prélèvement, en particulier aspirés, déplacés sur un emplacement de substrat et 25 placés sur le substrat dans une position définie avec précision. La tête de soudage fait partie du système de bras-transfert qui permet des mouvements de la tête de soudage dans au moins trois directions spatiales. La tête de soudage comprend un arbre pouvant tourner autour 30 d'un axe et mobile dans la direction longitudinale de l'axe, un entraînement pour faire tourner l'arbre, un encodeur pour mesurer la position de rotation de l'arbre, et un générateur de force pour appliquer une force sur l'arbre dans la direction 2 longitudinale de l'axe. L'arbre prélève un composant directement ou est configuré pour prendre une pince à puce, par exemple une « microsoudeuse de puce », configurée pour prendre un composant. Une tête de soudage utilisée par le demandeur comprend un 5 entraînement comprenant un moteur électrique et un engrenage formé avec deux roues dentées, dont l'une est fixée sur l'arbre du moteur électrique et l'autre sur l'arbre de la tête de soudage. 10 Brève description de l'invention L'objet de l'invention est de développer une tête de soudage avec laquelle la position de rotation de l'arbre peut être positionnée avec une précision angulaire plus importante et avec laquelle l'arbre peut être déplacé dans la direction 15 longitudinale de l'axe avec aussi peu de force que possible. Brève description des dessins Les dessins joints, qui sont incorporés et font partie de la présente divulgation, illustrent un ou plusieurs modes de 20 réalisation de la présente invention et conjointement avec la description détaillée, servent à expliquer les principes et les mises en oeuvre de l'invention. Les figures ne sont pas dessinées à l'échelle. Sur les dessins : 25 la figure 1 représente schématiquement et en coupe un premier mode de réalisation d'une tête de soudage, la figure 2 représente l'agencement d'aimant du rotor d'un moteur électrique utilisé dans la tête de soudage, les figures 3 et 4 illustrent des rapports de longueur, 30 la figure 5 illustre schématiquement et en coupe une tête de soudage avec un générateur de force pneumatique, la figure 6 représente schématiquement et en coupe une tête de soudage avec un générateur de force pneumatique et un palier à air, 3 la figure 7 représente schématiquement et en coupe une tête de soudage avec un dispositif de commande de température intégré, et la figure 8 représente schématiquement un entraînement pour 5 la tête de soudage. Description détaillée de l'invention La figure 1 représente schématiquement la coupe d'une tête de soudage 1. La tête de soudage 1 comprend un arbre 2 et une 10 partie de boîtier 3 dans laquelle l'arbre 2 est supporté. L'arbre 2 contient un trou 4 qui mène à la pointe 5 de l'arbre 2 et peut être alimenté avec du vide. La pointe 5 de l'arbre 2 est configurée pour recevoir un composant ou une pince à puce pour un composant. Le palier de l'arbre 2 permet à la fois une 15 rotation de l'arbre 2 autour d'un axe 6 et un déplacement de l'arbre 2 dans la direction longitudinale de l'axe 6 selon une course H prédéterminée (figure 3). Le diamètre de l'arbre 2 peut avoir différentes graduations sur sa longueur, comme représenté sur les figures 1, 5 et 6. La tête de soudage 1 comprend en outre 20 un entraînement configuré pour faire tourner l'arbre 2 autour de l'axe 6, un encodeur configuré pour mesurer la position de rotation de l'arbre 2 et un générateur de force configuré pour appliquer une force sur l'arbre 2 dans la direction longitudinale de l'axe 6. La force est, par exemple, une force de prélèvement 25 prédéterminée lors du prélèvement d'un composant ou une force de soudage prédéterminée lors du montage du composant sur un substrat. L'entraînement est un moteur électrique comprenant un stator et un rotor, le stator étant fixé sur la partie de boîtier 30 3 et le rotor sur l'arbre 2. Le stator comprend des bobines 7 qui peuvent être alimentées avec des courants, et le rotor comprend une pluralité d'aimants permanents 8. En principe, le moteur électrique est un moteur électrique distribué dans le commerce, qui a été modifié pour les buts de 4 l'invention de manière telle que la longueur des aimants permanents 8 est raccourcie d'au moins la course H. Cette modification réduit le couple, mais est techniquement simple et a l'avantage qu'en même temps, la masse du rotor est réduite ou, le cas échéant, même minimisée au détriment du couple. La variante consistant à augmenter la longueur des bobines 7 d'au moins la course H est également possible, mais non préférée. Les aimants permanents 8 sont - comme représenté sur la figure 2 des aimants plats, parallélépipèdes, avec leurs deux surfaces opposées les plus grandes magnétisées sous forme de pôle nord N et pôle sud S. Les aimants permanents 8 sont agencés sur un cercle. Leur plus grande surface faisant face au centre du cercle est en variante un pôle nord N et un pôle sud S. Leur plus grande surface orientée à l'opposé du centre du cercle est alors en variante un pôle sud S et un pôle nord N. Le moteur électrique sert à faire tourner l'arbre 2 autour de l'axe 6. Etant donné que l'arbre 2 doit être déplaçable dans la direction longitudinale de l'axe 6, la longueur Li (figure 3) des aimants permanents 8 est soit plus courte d'au moins la course H soit plus longue d'au moins la course H que la longueur effective L2 des bobines 7, de sorte que les forces exercées par les bobines 7 sur les aimants permanents 8 sont indépendantes de la position occupée par l'arbre 2 le long de la direction longitudinale de l'axe 6. Les bobines 7 ont une longueur mécanique L3 prédéterminée dans la direction longitudinale de l'axe 6. La longueur effective L2 désigne la longueur sur laquelle le champ magnétique, généré par les courants s'écoulant à travers l'intégralité des bobines 7 et provoquant la rotation des aimants permanents 8 autour de l'axe 6, fournit la part principale des forces agissant sur les aimants permanents 8. Par voie de conséquence, la longueur effective L2 est plus courte que la longueur mécanique L3. La figure 3 illustre le cas dans lequel la longueur Li des aimants permanents 8 est plus courte selon la course H que la longueur effective L2 des bobines 7 et 5 la figure 4 illustre le cas inverse dans lequel la longueur Li des aimants permanents 8 est plus longue selon la course H que la longueur effective L2 des bobines 7. On a par conséquent : Li REVENDICATIONS1. Tête de soudage (1) pour monter des composants sur un substrat, comprenant : un arbre (2), une partie de boîtier (3) comprenant un palier pour l'arbre (2) qui permet la rotation de l'arbre (2) autour d'un axe (6) et un mouvement de l'arbre (2) dans une direction longitudinale de l'axe (6) sur une course (H) prédéterminée, un entraînement configuré pour faire tourner l'arbre (2) autour de l'axe (6), un encodeur configuré pour mesurer la position de rotation de l'arbre (2), et un générateur de force configuré pour appliquer une force sur l'arbre (2) dans la direction longitudinale de l'axe (6), caractérisée en ce que : l'entraînement est un moteur électrique comprenant un stator et un rotor, dans lequel : le stator est fixé sur la partie de boîtier (3) et le rotor sur l'arbre (2), le rotor comprend une pluralité d'aimants permanents (8), le stator comprend des bobines (7) auxquelles des courants peuvent être appliqués, dans lequel le champ magnétique, généré par les courants s'écoulant à travers l'intégralité des bobines (7), provoque la rotation des aimants permanents (8) autour de l'axe (6), et une longueur (LI) des aimants permanents (8) mesurée dans la direction longitudinale de l'axe (6) est plus courte ou plus longue au moins d'une course (H) qu'une longueur effective (L2) des bobines (7) mesurée dans la direction longitudinale de l'axe (6). 2. Tête de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'encodeur comprend un disque circulaire (9) fixé sur 11 l'arbre (2), dont le bord comporte une échelle d'encodeur, ainsi qu'une tête de lecture d'encodeur (10), dans laquelle : l'échelle d'encodeur présente des traits s'étendant dans la direction longitudinale de l'axe (6), et 5 une longueur des traits ,mesurée dans la direction longitudinale de l'axe (6), et une plage de mesure de la tête de lecture de l'encodeur (10), s'étendant dans la direction longitudinale de l'axe (6), sont adaptées l'une par rapport à l'autre de sorte que les traits s'étendent dans la plage de 10 mesure de la tête de lecture d'encodeur (10) sur toute la course (H) de l'arbre (2). 3. Tête de soudage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le générateur de force est un générateur de force pneumatique qui comporte une chambre de pression adaptée 15 pour être alimentée en air comprimé, la pression prédominante régnant dans la chambre de pression agissant alors sur une extrémité de l'arbre (2). 4. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le palier est un palier à air, en 20 ce que la partie de boîtier (3) a des entrées d'air pour l'alimentation de l'air comprimé et des sorties d'air pour l'expulsion de l'air du palier à air, et en ce que les entrées d'air sont agencées dans la direction longitudinale de l'axe (6) entre certaines des sorties d'air. 25 5. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un dispositif de contrôle de température servant à maintenir la température de parties prédéterminées de la tête de soudage (1) à une valeur prédéterminée. 30 6. Microsoudeuse de puce avec une tête de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, avec un entraînement (17) configuré pour déplacer la tête de soudage (1) dans la direction longitudinale de l'axe (6).