La présente invention concerne un système d'actionnement de contacteur pour le test automatique de composants électroniques comprenant un mécanisme de contrOle de la force de contact.
Les lignes de production de composants semi-conducteurs ou les lignes d'assemblage de circuits électroniques comportent en général une ligne de traitement sur laquelle les composants électroniques subissent une succession d'opérations, dont au moins une étape de test électrique. Cette étape de test permet de contrOler le fonctionnement de chaque composant et d'éliminer tout composant défectueux, avant son conditionnement en vue de son transfert sur une autre ligne de production ou avant son intégration sur un circuit électronique, par exemple.
Pour des raisons de productivité, ces lignes de production ou d'assemblage sont entièrement automatisées et leur cadence de travail doit être maximale. Le temps d'immobilisation des composants à chaque poste de traitement dépendra du temps nécessaire à l'opération la plus lente. Ainsi, chaque opération doit être effectuée en un minimum de temps. Les opérations incluant un test électrique sont souvent parmi les plus longues, puisqu'elles requièrent l'établissement d'un contact électrique entre le composant à tester et l'appareillage de test, l'exécution du test puis la rupture du contact électrique. Le temps de test étant difficilement compressible, il est important que le temps nécessaire à l'établissement et à la rupture du contact électrique soit minimal.
Dans le cas de composants à sorties radiales, le contact électrique entre le composant à tester et l'appareillage de test est généralement établi à l'aide d'un contacteur comportant une série de lames métalliques élastiques qui sont soit appuyées sur le composant à tester en certains points de contact précis, soit arrangées par paires pour enserrer, à la manière d'une pince, un ou plusieurs points de contact du composant, comme par exemple une de ses broches. Les deux modes de contact peuvent également être combinés sur le même contacteur. Pour les composants à réseau en grille, par exemple de type "pin grid array" (PGA) ou "ball grid array" (BGA), le contacteur comprend le plus souvent une plaque de contacts métalliques disposés en regard des contacts du composants qui est appliquée -contre sa surface inférieure.
Les contacteurs sont totalement automatisés et intégrés à la ligne de traitement. Ils sont généralement mus par leur propre générateur de mouvement, synchronisé sur la cadence de la ligne de traitement des composants.
Le contacteur doit effectuer des mouvements précis et reproductibles. En particulier, la vitesse des -lames flexibles lors de l'établissement du contact avec le composant ainsi que la force de contact -doivent être parfaitement contrOlées, afin d'éviter l'endommagement du composant, tout en garantissant une bonne qualité du contact électrique.
La majorité des systèmes actuels utilisent, en -guise de générateur de mouvement, des générateurs de mouvements linéaires, généralement des vérins pneumatiques, dont le mouvement est ensuite transmis au contacteur par un ensemble de cames. Les cames, par leur profil, transforment le mouvement peu précis du générateur de mouvement linéaire en un mouvement susceptible d'actionner le contacteur. La difficulté et la complexité de tels systèmes ré-sident donc dans la détermination et l'usinage précis du profil de ces cames. De plus, en raison de la cadence de travail élevée des lignes de traitement des composants électroniques, les profils des cames sont rapidement usés par les frottements auquel ils sont soumis, réduisant ainsi la longévité du système d'actionnement.
Un des buts de l'invention est de proposer un système d'actionnement de contacteur de composants ayant une grande longévité grâce à une faible usure de ses pièces mécaniques.
Un autre but de la présente invention est de proposer un système d'actionnement de contacteur de composants dont les mouvements sont précis et reproductibles.
Les buts énoncés ci-dessus sont atteints par un système possédant les caractéristiques de la revendication indépendante, les variantes préférentielles du système pouvant comprendre les caractéristiques des revendications dépendantes. En particulier, afin de compenser les imprécisions de déplacement du générateur de mouvement linéaire, le contrOle de la vitesse et la limitation de la force d'appui du contacteur sur le composant à tester est effectuée à l'aide d'un mécanisme de contrOle comportant au moins une biellette.
Une biellette est une petite bielle, c'est-à-dire une tige rigide articulée à ses deux extrémités et destinée à la transmission d'un mouvement entre deux pièces mobiles. Un premier avantage de l'utilisation de biellettes à la place de cames est que la précision du mouvement des biellettes dépend uniquement de la précision de la distance entre leurs deux articulations, ce qui est plus facile à garantir que la précision du profil souvent complexe des cames. Un deuxième avantage est que le contact entre les biellettes et les pièces mécaniques qu'elles relient se fait par articulation autour d'un axe de rotation. Leur usure est donc minimale.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière des fig. 1 à 2 illustrant, à titre d'exemple explicatif mais non limitatif, la version préférentielle du système d'actionnement selon l'invention. La fig. 1 représente une vue de cOté du système d'actionnement selon la version préférentielle de l'invention. La fig. 2 contribue à la compréhension du principe de fonctionnement du mécanisme de contrOle du système d'actionnement de contacteur selon la version préférentielle de l'invention.
Dans sa version préférentielle, le système d'actionnement selon l'invention comprend un générateur de mouvement linéaire incluant deux blocs d'aimants permanents fixes 2, 3 liés de préférence parallèlement entre eux au châssis 1 du système et une bobine électrique 4 placée entre les deux blocs d'aimants 2, 3, son axe étant globalement perpendiculaire au plan des deux blocs d' aimants 2, 3. La bobine électrique 4 est fixée sur un chariot 8 (fig. 1) maintenu et guidé par des patins 81, 82 sur des rails 9 sensiblement parallèles au plan médiateur du segment le plus court entre lesdits deux blocs d'aimants permanents 2, 3. Des butées 91, 92 sont situées de part et d'autre du chariot afin de limiter l'amplitude de ses mouvements et de déterminer ainsi deux positions discrètes du chariot 8.
Le chariot 8 comporte deux marqueurs à position réglable, de préférence des vis 95, 96 à tête métallique. Lorsque le chariot 8 est dans sa première position discrète, contre la première butée 91, le premier marqueur, de préférence la tête de la première vis 95, se situe au-dessus d'un premier détecteur de position, de préférence un premier capteur inductif 93. Lorsque le chariot se trouve dans sa deuxième position dis-crète, contre la deuxième butée 92, le deuxième marqueur, de préférence la tête de la deuxième vis 96, se trouve au-dessus d'un deuxième détecteur de position, de préférence un deuxième capteur inductif 94.
Le contacteur illustré ici à titre d'exemple comprend deux séries de lames métalliques élastiques 58, 68 arrangées par paires et enserrant les broches du composants à tester à la manière d'une pince, dont seule la première paire est visible sur la fig. 1. Le contacteur est resserré et écarté par les mouvements verticaux opposés de deux mâchoires 56, 66. Chacune des mâchoires entraîne dans son mouvement une des deux séries de lames flexibles 58, 68 par l'intermédiaire d'un cylindre 57, 67 isolé élec-triquement. Chaque mâchoire 56, 66 est fixée à l'extrémité supérieure d'un axe 55, 65 guidé dans un cylindre vertical au travers du châssis 1.
Une première biellette 5 est liée par son axe inférieur au chariot 8 et par son axe supérieur à l'extrémité inférieure du premier axe 55. Une deuxième biellette 6 est attachée par son axe inférieur au chariot 8 et par son axe supérieur à un levier inverseur 7 sensiblement horizontal, rotatif autour d'un axe situé en son milieu. L'autre extrémité du levier inverseur 7 est lié autour d'un axe de rotation à l'extré-mité inférieure du deuxième axe 65.
Dans sa version préférentielle, le transducteur électromécanique linéaire générant le mouvement du système d'actionnement selon l'invention est un moteur voice coil. Le moteur voice coil comprend les deux blocs d'aimants permanents 2, 3 et la bobine électrique mobile 4 placée entre eux et à travers laquelle un système de commande non représenté comprenant un générateur électrique peut envoyer un courant continu d'intensité et de direction va-riable, générant ainsi une force sur la bobine 4 déplaçant le chariot 8 sur ses rails. La direction du mouvement du chariot peut être variée par l'inversion du sens du courant traversant la bobine 4.
En alternant rapidement la direction du courant circulant dans la bobine 4, un mouvement de va-et-vient rapide entre les deux positions discrètes du chariot peut être généré, provoquant ainsi la fermeture et l'ouverture rapide du contacteur.
Les capteurs inductifs 93, 94 détectant la pré-sence de la vis 95, 96 renseignent le système de contrOle sur la position du chariot 8 dans sa pre-mière ou sa deuxième position discrète, permettant la détermination du moment optimal pour le début du test ou le retour du chariot dans sa position précédente.
Le mouvement du générateur de mouvement linéaire, en particulier d'un moteur voice coil, est difficilement contrOlable. Il est en particulier difficile de limiter la vitesse et l'amplitude du mouvement du chariot avec précision et donc de l'arrêter sans rebond contre les butées 91, 92. L'utilisation d'un tel générateur de mouvement pour l'actionnement d'un contacteur de composants électroniques n'est rendue possible que par son association à un système de contrOle adapté, assurant une réduction progressive de la vitesse des lames flexibles 58, 68 du contacteur à l'approche du composant à tester et limitant surtout la force d'appui maximale des lames 58, 68 afin de ne pas endommager le composant à tester et d'obtenir un contact électrique de qualité suffisante pour exécuter le test dans de bonnes conditions.
Dans la version préférentielle de l'invention, le système de contrOle comprend les deux biellettes 5, 6 attachées par leur axe inférieur au chariot 8. L'axe supérieur de la première biellette 5 est directement attaché à la partie inférieure du premier axe 55 guidé dans un guidage vertical à travers le châssis 1 du système. L'axe supérieur de la deuxième biellette 6 est relié à un inverseur 7, constitué d'une pièce métallique rigide placée sensiblement horizontalement et pouvant tourner autour d'un axe en son milieu. L'autre extrémité de l'inverseur 7 est reliée à l'extrémité inférieure du deuxième axe 65, également guidé dans un guidage vertical à travers le châssis 1 du système.
Lorsque le chariot 8 est dans sa première position discrète, contre la butée 91, les biellettes 5, 6 forment un angle a par rapport à la verticale (cf. fig. 2) et leur deuxième axe est dans sa position la plus basse sur l'axe vertical. La mâchoire 56 est tirée vers le bas par l'axe 55 et la mâchoire 66 est poussée vers le haut par l'axe 65 relié à la deuxième biellette 6 par l'intermédiaire de l'inverseur 7. Le contacteur est ouvert, les composants peuvent être déplacés d'un poste de traitement au suivant. Dans la version préférentielle de l'invention illustrée ici à -titre d'exemple, ces biellettes sont de même longueur et forment le même angle alpha avec la verticale, lorsque le contacteur est ouvert.
Il serait également envisageable de contrOler les mouvements d'un transducteur électromécanique linéaire selon l'invention et actionner un contacteur à l'aide de biellettes de longueur et de positions différentes.
Lorsque le chariot 8 est dans sa deuxième position discrète, contre la deuxième butée 92, les biellettes 5, 6 sont en position sensiblement verticale. Leur deuxième axe est donc dans sa position la plus haute sur l'axe vertical. La mâchoire 56 est poussée vers le haut par l'axe 55 et la mâchoire 66 est tirée vers la bas par l'axe 65 à travers l'inverseur 7. Le contacteur est fermé, le test du composant peut être effectué.
Le fonctionnement des biellettes 5, 6 est illustré par le dessin de la fig. 2. Lorsque le contacteur est ouvert, la biellette 5, 6 forme un angle alpha avec la verticale. L'axe inférieur de la biellette 5, 6, lié au chariot, se déplace horizontalement. L'axe supérieur de la biellette 5, 6, lié à un axe ou à l'inverseur, est guidé dans un mouvement vertical. Lorsque le chariot 8 se déplace vers sa deuxième position discrète pour fermer le contacteur, les biellettes 5, 6 sont amenées en position verticale. Le déplacement horizontal b du chariot induit un déplacement vertical d de l'axe supérieur de la biellette 5, 6. Les déplacements d et b sont liés par la formule:
EMI7.1
Ainsi, si l'angle alpha reste faible, le déplacement vertical de l'axe supérieur de la biellette restera sensiblement inférieur au déplacement horizontal de son axe inférieur. La dérivation de la formule ci-dessus montre également que la vitesse de déplacement vertical diminue fortement à l'approche de la position verticale de la biellette 5, 6.
Cette relation entre le déplacement vertical et le déplacement horizontal présente plusieurs avan-tages.
Un premier avantage est la réduction de la vitesse des lames flexibles 58, 68 du contacteur à l'ap-proche du point de contact avec le composant à tester. En cas de déplacement horizontal rapide du chariot autour de la position verticale de la biellette 5, 6, la vitesse verticale de l'axe supérieur de la biellette 5, 6 et par conséquent la vitesse des lames 58, 68 du contacteur est fortement réduite.
Un deuxième avantage est que les oscillations du chariot 8 autour de sa deuxième position discrète n'ont que peu d'influence sur la position des lames flexibles 58, 68.
Un troisième avantage est que la force du transducteur électromécanique linéaire est multipliée. Le maintien du contacteur en position fermée sur le composant à tester ne nécessite ainsi qu'une force minime de la part du transducteur.
Un avantage supplémentaire est que la position verticale de l'axe supérieur de la biellette 5, 6 connaissant un maximum absolu, l'écartement minimal des mâchoires 56, 66 du contacteur, et par conséquent la force de serrage ou d'appui du contacteur sur un type de composant particulier connaît également un maximum qui peut être déterminé avec précision. Un mouvement du chariot au-delà de sa deuxième position discrète idéale provoque une légère réouverture du contacteur, évitant ainsi d'endommager le composant à tester ou de contraindre excessivement les lames flexibles 58, 68. Le moment précis de fermeture du contacteur sur le composant à tester est toutefois déterminé à l'aide du deuxième capteur inductif 94 et l'instant précis de sa détection peut être réglé en agissant sur la deu-xième vis 96.
Dans une variante du système d'actionnement selon l'invention, l'inverseur 7 est éliminé et l'axe supérieur de la deuxième biellette 6 est directement fixé à l'extrémité inférieure du deuxième axe 65. La fonction de l'inverseur est remplie, par exemple, par le positionnement vertical de la deuxième biellette 6 lorsque le chariot 8 est en appui contre la première butée 91. De cette manière, le déplacement du chariot vers sa deuxième position discrète provoque l'élévation du deuxième axe de la première biellette 5 et l'abaissement du deuxième axe de la deuxième biellette 6 qui se retrouve dans une position formant un angle a par rapport à la verticale, rapprochant ainsi les mâchoires 56 et 66 l'une de l'autre.
La version préférentielle de l'invention telle que décrite plus haut fait état, à titre d'illustration, d'un système d'actionnement de contacteur de composants électroniques dont le mouvement est généré par un moteur voice coil linéaire horizontal et qui sert à l'actionnement, à travers un mécanisme de contrOle comportant deux biellettes, d'un contacteur se déplaçant sur l'axe vertical.
Le principe de l'invention pourrait toutefois également s'appliquer à tout générateur de mouvement linéaire, y compris à des vérins pneumatiques ou à des moteurs pas à pas, ou à tout générateur de mouvement circulaire, y compris un moteur rotatif actionnant par exemple un vilebrequin sur lequel sont attachées un certain nombre de biellettes. Cette dernière variante présente toutefois le désavantage de l'usinage souvent compliqué d'un vilebrequin.
Dans une variante de l'invention, le transducteur électromécanique possède un nombre fini supérieur à deux de positions discrètes, imprimant ainsi au système d'actionnement un nombre correspondant de positions discrètes, par exemple pour contacter des composants dont la disposition des points de contact est plus complexe.
Le contacteur actionné par un tel système peut être de type différent de celui illustré ci-dessus à titre d'exemple. Il peut par exemple comporter une ou plusieurs paires de mâchoires actionnant des lames flexibles, une ou plusieurs paires de mâchoires dont seule la mâchoire supérieure ou inférieure est mo-bile, une ou plusieurs séries de lames métalliques flexibles entrant en contact avec le composant à tester par simple appui sur ses points de contact, ou toute combinaison de ces systèmes. Il peut également s'agir de contacteur pour composants à réseau en grille, par exemple de type "pin grid array" (PGA) ou "ball grid array" (BGA), le contacteur comprenant alors par exemple une plaque de contacts métalliques disposés en regard des contacts du composant qui est appliquée contre sa surface inférieure.
Ces différents types de contacteurs nécessitant une adaptation du système d'actionnement selon l'invention, celui-ci peut par exemple ne comprendre qu'une seule biellette pour l'activation d'une seule série de contacts, ou au contraire une quantité supérieure de biellettes ayant par exemple des longueurs et des angles différents par rapport à la verticale, afin d'imprimer aux différents éléments du contacteur des mouvements ayant des vitesses et des ampli-tudes différentes.