par Chafaï, Adam 
Président du jury Colinet, Pierre
Promoteur Lambert, Pierre
Publication Non publié, 2022-02-18
Président du jury Colinet, Pierre
Promoteur Lambert, Pierre
Publication Non publié, 2022-02-18
Thèse de doctorat
| Résumé : | The amount of electronic micro-components being produced each year make the processing of the latter a complex task at an industrial level. It is no longer possible to simply employ precise machines, harmless for the micro-objects: it is necessary to manage processing of, typically, a million objects per day and per machine, to accommodate the increasing demand in the different end-use sectors. However, as the components’ size decreases and as the latter grow in complexity and in fragility, the industry considers new and more suitable micro-handling solutions. The capillary handling is one of them. But is it compatible with high production rates, and thus with, among others, high accelerations?We have identified the major issues from the industrial reality of the pick and place assembly process, in order to define the focus of work presented in this thesis.First, the objective was to study the dynamics of the self-alignment of objects in two configurations.1) The component oscillates freely after an initial displacement. The experimental validation of models developed in the research group highlighted the deep understanding of this effect and allowed to characterize the damping time of the system. The latter is an important parameter as it defines the settling time of the machine after a displacement and before an operation. 2) The component is subjected to a non-constant acceleration field which is representative of the pick and place machines in terms of kinematics. Tests were performed in an industrial and in a laboratory environment, in order to highlight the behavior of the components when the gripper moves. A model was developed to allow the correct dimensioning of the maximal admissible accelerations.A passive droplets generation system was proposed and studied. The latter allows to control (and to limit) the volume of liquid collected by the gripper by elongating a liquid bridge until its rupture. The presence of a hydraulic resistance allows to control the volume. A scaling law was suggested thanks to a complete experimental study, as well as a 2D axisymmetric finite element model.Finally, a concept of passive (no additional controller) volume tuning capillary gripper was designed thanks to cutting-edge prototyping devices and a proof of concept was built and characterized. The gripper allows a better handling when the object is submitted to high accelerations, without compromising the self-alignment capabilities. It makes visual inspections and electrical tests possible by respectively ensuring the correct inclination of the object (horizontally) and by allowing the application of mechanical loads on the object while preserving the liquid meniscus. |
| La masse de microcomposants électroniques produite chaque année rend complexe le traitement et l’assemblage de ces derniers à l’échelle industriel. Il n’est plus possible de se contenter de machines précises et sans danger pour les objets manipulés : il est nécessaire tenir des cadences parfois de l’ordre d’un million de pièces traitées par jour et par machine afin de pouvoir répondre à la demande toujours croissante des différents secteurs. Mais alors que les composants diminuent en taille, et augmentent en complexité et en fragilité, les professionnels du secteur envisagent de nouvelles solutions de micromanipulation plus adaptées à leurs besoins. La préhension par capillarité en fait partie. Mais cette technologie est-elle compatible avec de hauts taux de production, et donc, notamment, de hautes accélérations ?Nous avons donc isolé des problématiques majeures de la réalité industrielle du secteur des machines dites de «pick and place», afin de définir les axes de travail de cette thèse.Dans un premier temps, il a été question d’étudier la dynamique de l’auto-centrage des composants dans deux configurations. 1) Le composant oscille librement après un déplacement initial. La validation expérimentale de modèles développés dans le groupe de recherche a permis de mettre en avant la maitrise de ce procédé et d’établir notamment les valeurs des taux d’amortissement de ces oscillations. Un paramètre utile puisqu’il définira le temps d’arrêt nécessaire de la machine après déplacement afin de stabiliser le composant. 2) Le composant est soumis à un champ d’accélération non constant et représentatif de la cinématique des machines pick and place. Des tests ont été menés en conditions industriels et en laboratoire afin de mettre en avant les comportements des composants lorsque le préhenseur se déplace. Un modèle a été développé afin de permettre de dimensionner les accélérations admissibles pour les différents types de composants. Un système de génération de gouttes passif a été proposé et étudié. Celui-ci permet de contrôler (et de limiter) le volume de liquide que le préhenseur collecte par étirement d’un pont liquide. La présence d’une résistance hydraulique permet le contrôle du volume. Un modèle numérique éléments finis 2D axisymétrique, et une loi d’échelle ont été proposés et validés grâce à une étude expérimentale complète.Finalement, un concept de préhenseur capillaire passif à volume contrôlable (sans contrôleur supplémentaire) a été conçu à l’aide d’outils de prototypage de pointe et une preuve de concept a été proposée et caractérisée. Le préhenseur permet un meilleur maintien du micro-objet soumis à de hautes accélérations tout en conservant les capacités d’auto-centrage. Il rend aussi possible les inspections visuelles en assurant l’horizontalité du composant et permet les tests électriques de composants semi-conducteurs par compression, en préservant le ménisque. |
