L'invention trouve son application dans le domaine de la fabrication électronique pour la réalisation de composants ou de modules destinés à tre interconnectés avec un autre substrat par le biais de billes d'interconnexion. La réalisation de ces billes d'interconnexion, consiste en général à déposer du flux ou de la crème à braser sur les plages d'accueil à biller puis de reporter des billes préformées sur les dépôts préalablement réalisés, enfin, un cycle de refusion permet de braser les billes sur les plages d'accueil.

ETAT DE L'ART ANTERIEUR Généralement, le report de billes sur un substrat est réalisé à l'aide d'un préhenseur qui est plongé dans un réservoir dans lequel sont disposées des billes en vrac. Des billes sont prélevées par aspiration selon une disposition de trous qui ont été pratiqués sur la face inférieure du préhenseur. Les trous présents sur la face inférieure du préhenseur ont un diamètre inférieur au diamètre des billes à prélever. Un problème majeur de ce type de dispositif est lié aux défauts de préhensions, en effet, il n'est pas rare qu'une bille soit manquante ou qu'un amas de billes soit prélevé par le mme trou.

Ces défauts sont liés aux contraintes mutuelles que les billes en vrac exercent les unes sur les autres au moment de la préhension. Pour augmenter la probabilité de prélever une et une seule bille par trou d'aspiration, l'homme de l'art a imaginé plusieurs dispositifs. Une de ces technique consiste à faire vibrer les billes en vrac dans le container de manière à minimiser l'effet des contraintes mutuelles des billes entre elles.

Un inconvénient majeur de ce dispositif est que les billes soumises à ces vibrations se trouvent rapidement endommagées. En effet, les billes sont généralement constituées d'un alliage à base d'étain qui a la caractéristique d'tre ductile. Or si les billes sont déformées, la préhension ne pourra plus tre réalisée correctement ultérieurement. La formation d'amas de billes ainsi que l'absence de billes sont des phénomènes fréquents.

Le brevet, US 5,758, 409 fait état d'un système de fluidisation des billes conditionnées en vrac par un flux gazeux émanant de la partie inférieur du réservoir.

Pour augmenter encore les chances de préhension, il est préconisé dans ce brevet de former des évidements autour des trous de préhension. Les évidements permettent l'écoulement du gaz autour des zones de préhension, ce qui permet de limiter les pressions statiques au niveau des trous d'aspiration. Ce dispositif présente également l'inconvénient d'endommager les billes par leur mise en mouvement.

Malgré les vibrations ou le flux gazeux, les dispositifs de l'art antérieur ne résolvent pas les problèmes de préhension. En effet, le préhenseur, lorsqu'il vient recouvrir les billes par sa surface inférieure, génère une contrainte sur les billes situées en dessous. Cette contrainte va bloquer partiellement les billes et ainsi annuler le bénéfice de la vibration ou du flux gazeux. En fait, dès lors que le préhenseur présente une surface de préhension, mme si cette dernière est évidée par endroit, lorsqu'on cherche à plonger ledit préhenseur dans le réservoir contenant les billes en vrac on va générer des contraintes et des blocages en dessous du préhenseur. Ces contraintes et blocages vont d'une part s'opposer à la pénétration du préhenseur dans les billes et d'autre part vont générer des forces parasites entre les billes, empchant ainsi la préhension d'une et une seule bille par trou d'aspiration. Ce problème est d'autant plus important que les billes dans le réservoir ne sont pas toujours au mme niveau, ce qui conduit dans certains cas à accentuer la force d'appui du préhenseur sur les billes, alors que dans d'autres cas le contact entre les billes et les orifices d'aspiration n'est pas assuré. De mme ce procédé n'apporte pas de réponse au problème des amas de billes qui peuvent se former autour d'un mme trou d'aspiration.

Le brevet US5867260 concerne un dispositif et un procédé de report de billes sur un substrat. L'objet de ce brevet est d'intercaler un moyen de détection des éventuels amas de billes pouvant se former au niveau des orifices d'aspiration du préhenseur entre la zone de préhension et la zone de report des billes. A cet effet, chaque trou de préhension présente un chanfrein dans le but de provoquer une différence de niveau entre les billes aspirées par un orifice et les billes excédentaires éventuellement agglomérées. Ainsi la bille excédentaire va couper le faisceau optique et sera donc détectée-Il est à noter que l'utilisation de chanfreins seuls n'a aucun effet sur la capacité du système à ne prendre qu'une seule bille. Dans ce brevet, il est préconisé dans l'ordre :

- une étape de préhension qui consiste à prélever les billes par aspiration à partir d'un état de vrac.

- une étape de contrôle qui consiste à déplacer le préhenseur vers un système de détection qui permet de vérifier la présence éventuelle d'amas ou de billes excédentaires.

- une étape de report qui consiste à déplacer le préhenseur vers le substrat à biller pour déposer les billes.

Dans le cas où des billes excédentaires sont détectées à la deuxième étape, plusieurs procédures de réparation sont envisagées.

Ainsi on peut constater que ce brevet propose la mise en place d'un système de détection des amas ainsi que des procédures de réparation en vue de supprimer les défauts après l'étape de préhension. Il est évident que le temps de contrôle et le temps nécessaire à la réparation ont un impact négatif sur les temps de cycle atteignables par ce dispositif. L'objet de la présente demande de brevet est précisément d'éviter l'apparition d'amas en les éliminant directement lors de la préhension.

Le brevet US2003/0042287 concerne un masque d'aspiration de billes ainsi que son mode de réalisation. L'invention concerne plus précisément la réalisation d'orifices d'aspiration présentant une forme d'entonnoir pour améliorer l'effet d'aspiration des billes. L'utilisation de ce chanfrein seul n'a aucun effet sur la capacité du préhenseur à ne prendre qu'une et une seule bille par orifice.

Le brevet US6460755 concerne un procédé de dépose de billes sur un substrat comprenant les étapes de préhension, de fluxage et de pose. Ce document ne nous apprend rien sur la manière de s'assurer qu'on ne prélève qu'une et une seule bille par orifice d'aspiration.

DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention vise donc à proposer un Procédé de préhension par le biais d'orifices d'aspiration de façon unitaire et/ou collective de billes à partir d'un réservoir contenant des billes en vrac en vue de les reporter sur un substrat, d'une part en favorisant la mise en contact d'au moins une bille en regard de chaque orifice et d'autre part en défavorisant la formation d'amas de billes en regard desdits orifices, afin que chaque orifice d'aspiration soit rempli par une et une seule bille. Ainsi, la demanderesse a mené de très nombreux travaux expérimentaux afin de trouver les causes de formation

d'amas de billes et à l'opposé de ce phénomène, de chercher la cause des billes manquantes. Pour résoudre ces deux opérations antagonistes, le coeur de l'invention consiste en l'association d'un moyen d'amenage des billes en regard de chaque orifice avec un moyen de protection de chaque bille saisie des contraintes procurées par les autres billes.

Par la présente invention, la demanderesse vise non seulement à obvier aux inconvénients des procédés de l'art antérieur, mais elle cherche également à proposer un procédé qui soit directement adaptable sur des machines existantes de placement de composants électroniques montés en surface.

L'invention consiste à mettre en oeuvre, un préhenseur constitué d'un ou de plusieurs orifices d'aspiration présentant un diamètre inférieur au diamètre des billes et adaptés à la taille des billes à prélever. Selon plusieurs caractéristiques, l'invention comporte les étapes suivantes : - le vide est appliqué dans le préhenseur et ce dernier est amené en contact avec les billes en vrac, - mise en libre circulation des billes au niveau des orifices d'aspiration grâce à la forme et au positionnement relatif desdits orifices d'aspiration ainsi qu'au mouvement relatif du préhenseur par rapport aux billes ou des billes par rapport au préhenseur ou des deux à la fois, - désagrégation des éventuels amas de billes pouvant se former au niveau des orifices d'aspiration par frottement sur les billes en vrac dans le réservoir tout en maintenant une protection pour les billes déjà convenablement aspirées, - remplacement de ou des éventuels amas par une seule bille au niveau du ou des orifices d'aspiration concernés.

- Pose de l'ensemble des billes aspirées sur le substrat.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la forme du préhenseur et/ou la position relative des orifices d'aspiration, protège les billes aspirées des efforts latéraux générés lors du frottement sur ou avec les billes en vrac dans le réservoir durant l'opération de saisie. En effet, pour d'une part garantir la mise en contact des billes avec les orifices d'aspiration et d'autre part pour désagréger les éventuels amas qui peuvent se former, on confère un mouvement latéral et/ou vertical relatif entre le préhenseur et les billes en vrac. Par contre, il est impératif que le frottement sur les billes en vrac dans

le réservoir, n'arrache pas les billes préalablement aspirées. A cet effet et selon une autre caractéristique de l'invention, les billes aspirées doivent tre protégées des efforts latéraux par des espaces ménagés en bout des orifices d'aspiration. Cette protection peut tre obtenue de plusieurs façons. Une première façon, consiste à protéger la bille aspirée par un lamage ou un chanfrein pratiqué au niveau de l'orifice d'aspiration. Ce chanfrein ou ce lamage présente un diamètre supérieur au diamètre de bille. Ainsi, la bille rentre partiellement dans le préhenseur et est donc moins sujette aux efforts latéraux des billes en vrac. Mieux encore, la bille aspirée est bloquée latéralement par le lamage ou le chanfrein. De façon préférentielle, on réalisera des lamages au droit de chaque orifice d'aspiration dont le diamètre sera supérieur au diamètre de bille, alors que sa profondeur sera supérieure ou égale à la moitié du diamètre de bille. Il apparaît en plus que le lamage où le chanfrein ainsi pratiqué au niveau de l'orifice d'aspiration, réduit considérablement le risque de former des amas de billes. La contrepartie de cette solution est un enfoncement plus important de la bille dans le préhenseur ce qui induit une hauteur apparente de bille plus faible avec pour conséquence une plus grande difficulté lors de la pose sur le substrat où il y a un risque plus important de placer la surface du préhenseur en contact avec le flux ou la crème à braser. Une deuxième façon de protéger les billes aspirées des efforts latéraux, consiste à ménager une zone de circulation de billes exempte d'orifices d'aspiration sur au moins deux cotés diamétralement opposés de chaque orifice d'aspiration. Cette zone de libre circulation permet de limiter les contraintes latérales générées par les billes en vrac sur les billes aspirées au niveau des orifices d'aspiration lors du mouvement relatif du préhenseur par rapport au réservoir et ainsi d'assurer leur protection. En effet, la zone de libre circulation permet aux billes de s'échapper au fur et à mesure du mouvement relatif du préhenseur, sans créer d'accumulation sur les billes aspirées, ce qui tendrait à balayer et arracher ces dernières des orifices d'aspiration. Ce moyen de protection des billes des efforts latéraux par création d'une zone de libre circulation autour des orifices d'aspiration, permet de saisir les billes avec une hauteur libre sous le substrat plus importante que lorsqu'il y a blocage dans un lamage ce qui facilite la pose car les risques de toucher le flux ou la crème à braser avec le préhenseur sont plus faibles.

Dans ce mode particulier de protection des billes aspirées des efforts latéraux et lorsque le préhenseur présente plusieurs orifices d'aspiration, il est nécessaire

qu'une zone de circulation de billes, correspondante à une surface circulaire ayant au moins un diamètre égal à deux diamètres de bille et exempte d'orifices d'aspiration, soit maintenue sur au moins deux cotés diamétralement opposés de chaque orifice d'aspiration. De cette façon, lors de la mise en mouvement relatif du préhenseur par rapport aux billes en vrac, grâce au système adapté sur lequel est fixé le préhenseur ou le réservoir, les billes peuvent librement circuler sur au moins deux cotés diamétralement opposés des orifices de préhension. La zone de libre circulation permet de défavoriser la formation d'amas de billes sans toutefois totalement les éliminer. Le mouvement relatif entre le préhenseur et le réservoir permet de supprimer les amas par frottement sur des billes contenues dans le réservoir. La formation d'amas au niveau des orifices d'aspiration est causée par les contraintes mutuelles que les billes aspirées, exercent les unes sur les autres En effet, soit deux, trois ou quatre billes peuvent s'équilibrer au niveau d'un orifice et s'empcher mutuellement de boucher l'orifice d'aspiration.

L'équilibre de ces amas sur l'orifice d'aspiration est relativement instable et les forces générées par frottement sur les billes en vrac lors du mouvement du préhenseur suffisent à déplacer cette position d'équilibre et provoquer la saisie d'une seule bille par orifice.

Ainsi, lorsque le préhenseur est muni de plusieurs orifices, et en particulier si ces derniers sont répartis selon une disposition matricielle selon un pas standard comme cela est par exemple préconisé par la norme JEDEC, les amas ne seront pas forcément éliminés car les billes d'un amas peuvent s'arc-bouter sur les billes aspirées dans les orifices adjacents. Or un amas qui se forme au niveau d'un orifice d'aspiration, s'étend au maximum dans une zone de un diamètre de bille autour de l'orifice d'aspiration.

Ainsi une zone libre de deux diamètres de billes sur au moins deux cotés diamétralement opposés de l'orifice d'aspiration permet de garantir la possibilité de circulation d'au moins une bille sur au moins deux cotés de l'amas, ceci étant suffisant pour d'une part déséquilibrer et désagréger l'éventuel amas par frottement sur les billes contenues dans le réservoir en vrac, et d'autre part d'éviter tout arc-boutement avec les billes adjacentes. Enfin, la zone de circulation permet aux billes en vrac de circuler au niveau du préhenseur sans arracher les billes aspirées.

Ainsi de façon générale et selon une caractéristique fondamentale de fonctionnement du procédé, l'amplitude de mouvement du préhenseur par rapport aux billes durant la phase de préhension est supérieure à deux diamètres de billes.

Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le préhenseur peut tre constitué d'une ou de plusieurs pipettes de préhension tubulaires de manière à ce que leurs extrémités puissent tre plongées dans les billes en vrac sans générer de contraintes ou de blocages des billes contenues dans le réservoir. En effet, la faible surface que constitue l'extrémité d'un tube, permet de plonger la ou les pipettes sans effort dans les billes en vrac, car celles-ci sont écartées au fur et à mesure de la pénétration de la ou des pipettes. Ainsi, également, lors du mouvement de la ou des extrémités de la ou des pipettes celles-ci seront forcément mises en contact avec une bille qui sera immédiatement aspirée. Afin que l'extrémité de la ou des pipettes puisse pénétrer dans les billes conditionnées en vrac dans le réservoir, il est souhaitable que la longueur de la ou des pipettes soit au moins égale au diamètre d'une bille.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la désagrégation des éventuels amas de billes et le remplacement par une seule bille en regard de chaque orifice est obtenu par frottement de ou des amas avec des billes contenues dans le réservoir. Le mouvement du préhenseur relativement aux billes en vrac contenues dans le réservoir, permet à la fois de mettre en contact une bille avec chaque orifice d'aspiration et d'éviter de prélever un amas de billes car ces derniers sont éliminés par frottement sur des billes en vrac. En effet, sans mouvement du préhenseur dans les billes en vrac, le ou les orifices d'aspiration ne se retrouvent pas forcément en contact avec une seule bille, mais éventuellement avec plusieurs billes qui peuvent s'équilibrer au niveau de l'orifice ce qui conduit à prélever un amas de billes. Par contre, la tenue de cet amas de billes est moins importante que celle d'une seule bille qui obture totalement l'orifice d'aspiration. Ainsi, si un mouvement dans les billes en vrac est conféré au préhenseur, les amas seront immanquablement éliminés par frottement sur les autres billes contenues dans le réservoir et l'orifice d'aspiration sera forcément à un moment ou à un autre mis en contact avec une bille de manière préférentielle et cette dernière sera alors aspirée. Pour tre certain d'éliminer les amas de billes qui peuvent potentiellement se former au niveau des orifices et d'assurer l'aspiration d'une et une seule bille par orifice, il est impératif que l'amplitude du mouvement du préhenseur génère un déplacement du ou des orifices d'aspiration qui soit supérieur à deux diamètres de bille.

Le dispositif de préhension se caractérise en ce qu'il comporte un moyen de mise en mouvement du préhenseur relativement au réservoir contenant les billes en vrac qui favorise la mise en contact d'au moins une bille en regard de chaque orifice et d'autre part désagrège les éventuels amas par frottements avec les billes contenues dans le réservoir et que la forme du préhenseur et/ou la position relative des orifices, protège les billes aspirées des efforts latéraux.

La désagrégation d'un ou de plusieurs éventuels amas de billes peut également tre obtenue par la mise en oeuvre d'un accessoire permettant de provoquer l'enlèvement du surplus de billes agglomérées à chaque orifice. En effet, comme cela a été précédemment évoqué, les amas ont une tenue nettement inférieure à une bille qui bouche totalement l'orifice d'aspiration, par conséquent une action mécanique dosée sur les billes aspirées par le préhenseur va permettre de supprimer les éventuels amas en regard des orifices concernés. Ainsi la désagrégation des amas peut tre obtenue par l'action d'une brosse à poils souples circulant sur le préhenseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la désagrégation peut tre réalisée par l'application d'une aspiration en regard du préhenseur. L'aspiration pouvant tre provoquée par une cloche aspirante qui est placée en vis à vis du préhenseur. Selon un autre exemple, la désagrégation peut tre obtenue par l'action mécanique d'un jet d'air ou d'azote dirigé sur le préhenseur, évidemment d'autres gaz peuvent tre utilisés sans se départir de la présente invention.

Le procédé objet de la présente invention peut tre mis en oeuvre sur des machines de pose de composants électronique montés en surface standards et disponibles dans les ateliers de fabrication électronique actuels.

Selon une autre caractéristique de l'invention, ces machines constituent des moyens de mise en mouvement du préhenseur relativement au réservoir contenant les billes en vrac. En effet, un ou plusieurs préhenseurs individuels et/ou collectifs selon l'invention peuvent tre montés sur des machines de pose du type : - « prise et pose » : dans ce cas le mouvement relatif du préhenseur dans les billes en vrac est obtenu soit en déplaçant le préhenseur dans le réservoir maintenu fixe, ce déplacement pouvant tre latéral ou vertical, soit en déplaçant le réservoir alors que le préhenseur est plongé dans les billes. A titre d'exemple dans cette dernière disposition,

il est envisageable de mettre le réservoir en rotation autour d'un axe vertical excentré par rapport à la position de prise du préhenseur.

- « tourelle revolver » : dans ce cas le ou les préhenseurs individuels et/ou collectifs sont en rotation autour d'un axe horizontal et viennent plonger dans le réservoir de billes en vrac. Cette disposition est particulièrement avantageuse car la rotation de la tourelle revolver à axe horizontale provoque à la fois la descente et la remontée du préhenseur par rapport au réservoir, ainsi que le mouvement relatif des orifices par rapport aux billes en vrac.

- « tourelle » : dans ce cas le ou les préhenseurs individuels et/ou collectifs sont en rotation autour d'un axe vertical et un mouvement selon l'axe vertical permet de faire plonger le préhenseur dans les billes en vrac. Dans le cas de l'utilisation d'une tourelle à axe vertical, le mouvement entre le réservoir et le préhenseur est obtenu par la rotation de la tourelle.

En résumé, la recherche de la protection des efforts latéraux de chaque bille aspirée lors du mouvement relatif du préhenseur par rapport aux billes, peut tre effectuée de deux façons : - soit en positionnant les orifices d'aspiration de façon à ce qu'une libre circulation des billes s'effectue lorsque le préhenseur est en contact avec les billes afin que les efforts latéraux soient inférieurs à la force d'aspiration de chaque bille, cette solution impose des contraintes de positionnement d'orifices d'aspiration mais offre l'avantage d'une hauteur libre d'environ trois quart ou quatre cinquième du diamètre des billes permettant ainsi une pose aisée sur le flux ou la crème à braser, - soit en ménageant une protection sous forme de chanfrein ou de lamage en bout de chaque orifice d'aspiration, ce qui a pour avantage de bloquer les billes en position aspirée durant la phase de mouvement relatif et ainsi d'annuler les contraintes latérales exercées par les billes en vrac, cependant dans ce cas, la pose est rendue un peu plus délicate du fait de l'enfoncement de la bille (la moitié du diamètre est disponible).

S'il est choisi une zone de libre circulation comme mode de protection des billes des efforts latéraux, le positionnement des orifices entre eux imposées par la présente invention implique qu'il n'est pas toujours possible de placer l'ensemble des billes d'un module ou d'un composant en une seule opération de préhension et de report. En effet, à titre d'exemple si l'on considère un composant présentant des billes

d'interconnexion selon une matrice pleine au pas de 1.27 millimètres, il est impératif selon les normes en vigueurs d'utiliser des billes de 762 microns. Comme on peut le constater, dans ce cas de figure, si l'on désire prendre toutes les billes en une seule opération, il est impossible de respecter la règle de la présente invention qui impose qu'une zone de circulation de billes, correspondante à une surface circulaire ayant au moins un diamètre égal à deux diamètres de bille et exempte d'orifices d'aspiration, soit maintenue sur au moins deux cotés diamétralement opposés de chaque orifice d'aspiration. Pour traiter ce type de configuration tout en limitant le nombre d'opérations de saisie et de report pour des volumes de fabrication importants, le demandeur suggère d'utiliser des préhenseurs spécifiques. A cet effet, pour l'exemple évoqué plus haut, il est envisageable de réaliser le billage avec deux préhenseurs complémentaires dont les matrices présentent des orifices complémentaires de sorte que chaque préhenseur permette de prendre et reporter une matrice de billes au pas de 2,54 millimètres qui est le double du pas du substrat à biller. Evidemment d'autres combinaisons sont possibles pour réaliser ce type de composant, par exemple à l'aide d'un ou de plusieurs préhenseurs dont les orifices permettent la préhension et le report de rangées, de lignes ou de colonnes de billes entières ou encore à l'unité s'il s'agit de volumes de production moindres. Ainsi, il peut tre fait usage d'une combinaison de plusieurs types de préhenseurs, de sorte que la somme des billes à prendre corresponde à la totalité des billes à reporter sur le substrat. A cet effet, il est envisageable à partir de quelques préhenseurs individuels et/ou collectifs de réaliser plusieurs types de substrats différents. Un préhenseur individuel selon l'invention peut également tre judicieusement mis en oeuvre pour réparer des substrats présentant des billes manquantes.

Selon une autre caractéristique, s'il est choisi le lamage comme mode de protection des billes des efforts latéraux, les contraintes de positionnement des orifices d'aspiration seront moindres que dans le cas précédent car il y a un blocage de la bille aspirée dans son logement. De ce fait, les contraintes de pas imposées par les normes en vigueur peuvent tre respectées. Les chanfreins ou les lamages permettent également de limiter le risque de former des amas de billes au niveau des orifices de préhension. En effet, comme cela a été dit plus haut les amas de billes sont causés par des billes en équilibre instable et exerçant des contraintes mutuelles les unes sur les

autres. Le fait de réaliser un chanfrein ou un lamage au niveau de l'orifice d'aspiration diminue la probabilité de former ces équilibres instables car les forces exercées par le préhenseur sur les billes ne sont plus uniquement dans un plan parallèle à la face du préhenseur. La probabilité de former des amas est d'autant plus faible que le diamètre d'entrée du chanfrein ou du lamage est important, mais l'avantage devient vraiment significatif lorsque le diamètre d'entrée du chanfrein ou du lamage au niveau de l'orifice d'aspiration est supérieur au diamètre de bille. Ainsi, le lamage ou le chanfrein placé en bout du canal d'aspiration, permet à la fois de réduire la probabilité de former des amas au niveau des orifices d'aspiration mais aussi de protéger les billes aspirées des efforts latéraux exercés par les billes en vrac lors du mouvement relatif du préhenseur par rapport au réservoir et des frottement sur les billes qui en découlent.

Dans le cadre de la présente invention, ces deux moyens de protection de billes aspirées des efforts latéraux peuvent tre associés, à savoir, le moyen de zone de libre circulation imposant des contraintes de pas avec le moyen constitué par le lamage ou le chanfrein, ainsi la sécurisation de la prise de billes devient encore plus efficace.

D'autres caractéristiques apparaîtront au vu des figures jointes et de leur description suivante.

La figure 1 représente une vue explicative de la position relative des orifices d'aspiration sur un préhenseur conforme à la présente invention lorsque une zone de libre circulation de billes est choisie comme moyen de protection des billes des efforts latéraux.

La figure 2 représente schématiquement la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sur une machine de pose de composants électronique montés en surface du type tourelle revolver.

La figure 3 représente schématiquement la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sur une machine de pose de composants électroniques montés en surface du type prise et pose associée à un réservoir tournant.

La figure 4 montre en coupe, un orifice d'aspiration pourvu d'un chanfrein.

La figure 5 montre en coupe, un orifice d'aspiration pourvu d'un lamage.

La figure 6 montre un exemple de combinaison de préhenseurs conformes à la présente invention présentant des zones de libre circulation comme moyen de protection.

La figure 7 montre un exemple de préhenseurs complémentaires.

La figure 8 montre en exemple les formes tubulaires de préhenseur.

La figure 9 montre en exemple les formes planes de préhenseur.

Les figures 10 et 11 montrent des dispositifs industriels permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

En figure 1 est montrée une vue partielle d'un préhenseur montrant la position des orifices d'aspiration (2) imposés par la présente invention lorsqu'il est choisi une zone de libre circulation pour protéger les billes aspirées des efforts latéraux.

En effet, pour assurer une libre circulation des billes 1, de manière à favoriser la mise en contact d'au moins une bille en regard de chaque orifice et de défavoriser la formation d'amas en regard desdits orifices et protéger les billes aspirées des efforts latéraux exercés par les autres billes, il est impératif que sur au moins deux cotés diamétralement opposés de chaque orifice d'aspiration, il soit laissé une zone de libre circulation correspondant au minimum à une surface circulaire ayant un diamètre égal à deux diamètres de billes et exempte d'orifice d'aspiration. Or, comme on peut le constater, cette condition n'est pas respectée puisque la zone de libre circulation, symbolisée par la zone grise (3), recouvre en totalité ou en partie les orifices d'aspiration voisins et distants d'un pas P. Un moyen pour rendre ce préhenseur compatible avec la présente invention, consisterait donc à supprimer les orifices de préhension des colonnes adjacentes. Il est clair que de ce fait, il n'est plus possible de réaliser le billage du substrat au pas P en une seule opération de prise et de pose. La zone de libre circulation (3), permet d'éviter de billes entre elles. En effet, un amas qui se forme autour d'un orifice de préhension s'étend sur une distance maximum d'un diamètre de bille, ce qui implique que selon l'invention, on laisse au minimum un espace correspondant à une bille sur au moins deux cotés diamétralement opposés de chaque orifice. Ainsi, lors de la mise en mouvement du préhenseur par rapport aux billes en vrac, l'éventuel amas sera immanquablement éliminé par l'action mécanique de frottement des billes en vrac.

De plus l'orifice ainsi dégagé sera mis en contact avec une seule bille. Ainsi cette zone de libre circulation constitue bien un moyen de protection de chaque bille aspirée.

En figure 2, est montré un possible moyen de mise en oeuvre du procédé de la présente invention sur une machine de pose de composant électronique montés en surface, qui est particulièrement avantageux. En effet, dans le cas présent des préhenseurs (4) présentant des orifices d'aspiration (2), sont montés sur une tourelle revolver (5) à axe horizontal. En 2b, la tourelle est abaissée de sorte que les préhenseurs sont plongés dans les billes (1) en vrac dans le réservoir (6) alors qu'une rotation (R) est communiquée à la tourelle (5). Ainsi, une libre circulation de billes (1) s'opère au niveau de l'orifice d'aspiration plongé dans les billes en vrac et soumis à la rotation (R).

Si d'aventure un amas de billes (1) se forme au bout d'un préhenseur (4), le frottement sur les billes en vrac, va immanquablement le désagréger de par sa faible tenue et il sera remplacé par une seule bille qui ne manquera pas d'tre mise en contact avec l'orifice lors du mouvement de rotation (R). Lorsque la tourelle a fait une révolution complète, elle est remontée par rapport au réservoir (6), puis les billes prélevées seront reportées sur un substrat non représenté, à la manière de composants électroniques. Dans le cas représenté en figure 2, la tourelle est équipée de quatre préhenseurs individuels identiques. Il est évident, que le nombre de préhenseurs peut varier et qu'ils ne sont pas forcément identiques. Ainsi et selon une autre caractéristique, l'ensemble des billes d'un module ou d'un composant sont placées en plusieurs opérations de préhension et de report et qu'à cet effet les préhenseurs équipant une tourelle peuvent tre individuels et/ou collectifs, de mme ils peuvent tre identiques ou différents.

En figure 3, est montré un autre moyen de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention qui est monté sur une machine de pose de composants électroniques montés en surface du type « prise et pose ». Dans le cas représenté, le préhenseur (4) est associé à une cinématique qui permet d'effectuer le mouvement selon M. Les billes (1) sont stockées en vrac dans un réservoir (6) tournant autour d'un axe selon W. Le préhenseur est plongé dans le réservoir de billes à un endroit excentré par rapport à l'axe de rotation du réservoir. Ainsi, la rotation du réservoir génère un mouvement relatif entre le préhenseur et les billes en vrac contenues dans le réservoir, ce qui permet de favoriser la mise en contact d'au moins une bille avec l'orifice d'aspiration et d'autre part de défavoriser la formation d'amas de billes en regard de l'orifice. Puis, la rotation du réservoir permet d'éliminer l'éventuel amas de billes qui aurait pu se former au niveau de l'orifice d'aspiration. Enfin, la rotation permet le remplacement de l'éventuel

amas par une seule bille. Lorsque le préhenseur est ressorti du réservoir, la bille prélevée est reportée sur les plages d'accueil (7) du substrat (8). Dans le cas représenté en figure 3, le préhenseur est constitué d'une pipette tubulaire unitaire. Il va de soit qu'il pourrait tre constitué de plusieurs pipettes tubulaires, afin de réaliser une prise et un report collectif. La forrne tubulaire est un mode préférentiel de réalisation du préhenseur, mais n'est pas obligatoire. A cet effet, le préhenseur peut également présenter une surface plane pourvue de lamages au droit des orifices d'aspiration.

A titre d'exemple, des essais de billage de substrats avec ce type de dispositif ont donné des rendements de prise de billes supérieurs à 99,99 % avec des billes de 762 et 300 microns. Pour les essais, la vitesse de rotation du réservoir était de 10 tours par minute et la position de prise était excentrée de 50 millimètres par rapport à l'axe de rotation.

De façon avantageuse, pour éviter que le préhenseur (4) ne creuse un sillon dans les billes (1) contenues dans le réservoir (6), de sorte que le préhenseur risque de ne plus plonger dans les billes en vrac au bout de quelques prises, il est judicieux d'adjoindre un élément racleur non représenté sur la figure 3, sur le réservoir de manière à niveler les billes (1) lors de la rotation W autour de l'axe vertical. De la mme façon, il est possible de prévoir une alimentation en billes automatique du réservoir au fur et à mesure de la consommation. A titre d'exemple cette alimentation peut tre faite grâce à une trémie.

La figure 4, montre une coupe d'un espace de protection ménagé en bout d'un orifice d'aspiration (2) de billes (1), ledit espace de protection est un chanfrein (9) présentant un diamètre d'entrée D. De manière préférentielle, le diamètre d'entrée D sera supérieur au diamètre de bille. Ainsi la probabilité de générer un amas de billes est considérablement réduite. En effet, ce type de chanfrein génère des efforts sur les billes (1) qui sont perpendiculaires au chanfrein (9), de sorte que le risque que plusieurs billes s'équilibrent sous l'action de ces forces non coplanaires est infime. Sur la figure 4 on peut constater qu'il est fort peu probable que des billes puissent s'équilibrer. Le chanfrein permet également à la bille aspirée d'tre protégée des forces latérales exercées par les billes en vrac lors du mouvement relatif du préhenseur par rapport aux billes en vrac La figure 5, montre une coupe d'un espace de protection ménagé en bout d'un orifice d'aspiration (2) ledit espace de protection est un lamage (15). Comme on peut le voir le lamage présente un diamètre supérieur au diamètre de bille et une hauteur

ou profondeur supérieure ou égale à un demi diamètre de bille. Cette disposition est particulièrement intéressante car elle permet de protéger la bille aspirée par rapport aux efforts latéraux des billes en vrac. En effet, la paroi du lamage permet de bloquer la bille latéralement ce qui la protège de l'arrachage mme si le frottement sur les billes en vrac est intense. L'efficacité du blocage latéral du lamage, permet de concevoir des préhenseurs à des pas standards. A titre d'exemple des essais avec un préhenseur de ce type, ont permis de réaliser des composants dont les entrées/sorties sont disposées selon une matrice pleine au pas de 1.27 millimètres avec des billes de 762 microns en une seule opération de prise et de report. Il va de soit, que la profondeur du lamage doit impérativement tre inférieure au diamètre de bille afin que les billes aspirées dépassent de la face du préhenseur de manière à pouvoir les reporter sur un substrat plan.

La figure 6, montre une vue de dessous d'une combinaison de trois types de préhenseurs conformes à la présente invention lorsqu'il est choisi des zones de libre circulation comme moyen de protection. Cette combinaison de préhenseur est montrée à titre d'exemple non limitatif. Grâce à cette combinaison, il est possible de réaliser différents substrats ayant un pas d'interconnexion P. Les préhenseurs (11) et (12) permettent la préhension et le report collectif de billes (1), alors que le préhenseur (10) est individuel et permet de compléter le billage qui est fait de façon collective. Il est à remarquer qu'un préhenseur individuel (10) peut également servir à réparer des substrats sur lesquels une ou plusieurs billes sont manquantes.

La figure 7, représente deux préhenseurs complémentaires (13) et (14) conformes à la présente invention avec zones de libre circulation comme moyen de protection des billes des efforts latéraux. Ces deux préhenseurs sont complémentaires pour la réalisation d'un substrat dont la position des billes correspond à la somme des billes reportées par chaque préhenseur. Ainsi dans le cas représenté, le substrat (8) est réalisé en deux opérations de prise et de pose de billes avec les deux préhenseurs (13) et (14). Il est évident que d'autres combinaisons sont envisageables sans se départir de la présente invention.

La figure 8, représente les formes tubulaires de préhenseurs selon la présente invention. Le type A correspond à un dépôt individuel alors que le type B correspond à un dépôt collectif d'une rangée.

La figure 9, représente les formes planes de préhenseurs selon la présente invention. Le type A correspond à un dépôt individuel alors que le type B correspond à un dépôt collectif d'une rangée.

Les figures 10 et 11 représentent des dispositifs industriels permettant de mettre en oeuvre le procédé de la présente invention. Quatre préhenseurs (4) sont montés sur une tourelle revolver (5) et permettent de prélever des billes dans le réservoir (6).

Dans le cas de la figure 10, les préhenseurs (4) sont unitaires et permettent de prélever les billes dans un réservoir (6) en rotation (W) autour d'un axe vertical, cette rotation (W) permettant la mise en mouvement relatif des billes par rapport au préhenseur.

Dans le cas de la figure 11, les préhenseurs (4) sont collectifs et le prélèvement des billes s'opère dans un réservoir (6) mobile selon une translation T, cette translation T permettant de conférer un mouvement relatif entre les billes et le préhenseur. Il va de soit que dans ce cas, le préhenseur pourrait tre également unitaire.

Comme on peut le constater les dispositifs des figures 10 et 11 sont directement adaptables sur des machines de pose de composants électroniques montés en surface telles qu'elles existent dans le commerce. A titre d'exemple, ces dispositifs sont adaptables sur des machines commercialisées par la société Europlacer. Cette adaptabilité sur des équipements de pose standard disponibles dans le commerce est particulièrement avantageuse car elle permet d'offrir une possibilité de billage extrmement flexible et productive à un prix très attractifs aux détenteurs de ces équipements.