Brevet FR2016478A1 — publié le 19700508

La présente invention concerne lss structures à contact électrique comprenant des éléments de sondes électriques tels que des doigts, des aiguilles ou des brides qui font contact électrique avec l'élément à tester. Le dispositif de Kelvin utilise une technique qui permet l'application 5 de courant à deux bornes électriques ou plus, par l'intermédiaire d'un jeu de conducteurs et permet la détection du potentiel de tension entre cas deux bornes avec un système de mesure à haute impédance par l'intermédiaire d'un autre jeu de canucteurs aux deux mimes bornes, réduisant ainsi au minimum les effets de la résistance des points de contact. Par exemple, dans un cas simple, il peut tO y avoir deux contacts électriques sur un dispositif à semiconducteur. Pour contrôler les propriétés de ce dispositif, le potentiel de tension devra être mesuré avec une alimentation électrique connue, ou avec un courant pouvant Stre réglé jusqu'à ce qu'une tension désirée soit obtenue* Les propriétés électriques du dispositif sont en relation avec la tension ou le courant, selon l'es- Ainsi, chaque contact ou surface de contact sur le dispositif à contrôler doit avoir deux conducteurs électriques arrivant à lui. 0e telles surfaces de contact, généralement fragiles, entraînent des problàitas de connexion. Il est 30 naturellement nécessaire que la jonction des conducteurs avec de tels contacts soit faite d'une manière qui indiquera les résultats vrais. Des fissures ou des cassures dans de telles surfaces de contact détruiront le dispositif et donneront également des indications erronées. Au point où le contas-t sur le dispositif semiconducteur est un contact faisant saillie, le glissemsnt antre le con-35 ducteur et le contact est susceptible de donner des IndicatlGnc erranées. Dans tous les cas, uns force suffisante doit être appliquée entre le conducteur de contrôle et le contact pour assurer un bon contact électrique sans endommager le dispositif. Ceci exclut naturellement l'usage de contacts par soudure ou d'autres moyens de contact du type permanent. Le contact par pression est le 40 seul moyen possible. L'alignement de sondes individuelles, telle que des aiBAD ORIGINAL 69 23625 2 2016478 guilles fines» sur une petite surface de contact, tells les installations classiques sur les dispositifs à semiconducteurs, c'est à dire des points de soudure de 0,10 millimètre, est extrêmement difficile et long à réaliser. Des pressions inégales appliquées à chaque aiguille peuvent fissurer ou endommanger 5 sérieusement la dispositif. Le temps nécessaire à l'alignement est,important ®t les résultats sauvent suspects. Ainsi, un objet de cette invention est d'assurer un contact par pression uniforme, pour des conducteurs de contrôla sur un contact donné d'un dispositif à ssmieenduetsur peur masures de Kelvin. . •• • 10 Urv autre objet ds cette invention est de combiner dans une- sonde unique, deux conducteur# électriques pour un dispositif da test de Kelvin• Un objet da cette invention est de donner aux extrémités des conduc teurs à contact électrique sur la sonde Kelvin, uns forma leur permettant de rtlignsr automatiquement. sur un contact électrique faisant saillie. 15 Cas @àjets st d'autraa sont atteints par la sonde élsctrique da cette invention* Byifivwneat, cette sonde comprend deux barres conductrices électrique» sâperisg psr uns souche iaolante. Une extrémité de chaque barre peut Itrs connectée. électriquement à un-équipement d'essai électrique extérieur; l'autre sxtrâraitô de chaque barre ast m forrae de demi-gouttière. Ainsi, les extrémités 2Q des deux barres formant ensanbla une gouttière pour la connexion d'un contact électrique faisant saillie aur l'élément à tester. La forme demi-gouttière est étudiée de façon à psawair glisser aur le surface de contact» et ainsi s'aligner , lorsque le -force appliquée, eu marnent oCr l'une des barras a son extrémité en forme ds dejnl-gouttiiira- en contact avec une surface da contact dépassante,eat 25 suffisants pou? supprima? l'effet de freinage par frottement d'un tel contact. Cette particularité d'as'Sg-aîIsrîïSB&nt permet un contact électrique sûr entre uro; soûda @t un ssata&t fasBsrtt saillis» réduisant ainsi quelques problâmes de tolérance ®t ridyisant ds façon significative les possibilités d'endommagé-ment du carpe sa contact* Cmi et tî'aatres aspects de l'invention seront mieux 30 compris è ds 1® dsssriptieR général® des figures. Le fi&ore 1 représente an dispositif à contact électrique.selon l'inventions» ©n eentast svec un esntaet ôîactriqua sphérique, faisant saillie. Le fâsups 2 représest© les titepsaîtifs à contact électrique de la figure ■f sur une aârie «te barras d8aîigr:®SERt3 m eestact- avec plusieurs contacts sphé-35 riques faisant saillie sur un dispositif & asmieonducteur» La figure S rsgrsssRts uns autna réalisation-du dispositif & contact électrique fio îsott© iiwenttoRt aa cantcet ©ves ;fe» nsntacts sphSriques faisant sailli® sur m dispositif è a^alesodueteur. La figure 4 reposent© le dispositif à contact électrique de la figure 40 3 couplé avec un dispositif d'alignement. BAD ORIGINAL 69 23625 3 2016478 La figure 5 illustre l'effet et les forces de freinage à considérer dans l'étude des extrémités en forme de demi-gouttière de chaque élément conducteur électrique du dispositif à contact électrique. Le dispositif de test de Kelvin, qui est bien connu, est une technique 5 d'évaluation communément utilisée pour contrôler les propriétés de dispositifs à semiconducteur* La figure 1 représente une partie d'un dispositif à semiconducteur 100 équipé d'un contact électrique faisant saillie 101. Ce contact 101 peut Stre un point de soudure, en contact avec la surface d'un émetteur, de la base ou du collecteur du dispositif 100..Une réalisation du dispositif & 10 contact électrique pour le dispositif de test de Kalvin est représentée en contact avec le contact électrique 101. Ce dispositif comprend des éléments conducteurs' électriques. 102 et 103 montés sur un élément isolant ,104. Les éléments corïdticteufs électriques 102 et 103 sont Isolés électriquement l'un de l'autre comme indiqué sur la figure.;Las câblages intérieurs 105 et..1£6 cheminent à 15 travers 1'élément isolant 104 et se-raccordent respectivement aux éléments conducteurs électriques 102 etl03. Les éléments 102 et 103 sont représentés dans une-certaine position, en V. Cet angle est important at il en sera parlé plus : tard. . - - • :• ; . .. _t_ , La figure 2 représente le. dispositif ...è «contact .électrique de .la figure 20 "I par rapport à son dispositif d'alignement ..et, à uri ..dispositif semiconducteur complet'.' Le dispositif semiconducteur 200 ayant des contacts .électriques fai-sant saillie-201, tels .que les points de soudure ^diqués,uprécédemment, est main-; 'tenu dans -un» position-de ;Contr41e.par un. élémentde maintien .202. Le dispositif è contact électrique-203 :fixé=à l'élément isolait .204, qui sert aussi,de barre 25 de -support,'est^représenté-comme*une partie d'pn bloc d'alignement 205. Le bloc " d'alignement 205 comprend un cadre .207, des ressorts 208, une barre de positionnement 209 et l'ensemble support: 210. Chaque élément isolant 204 est monté dans l'ense'mblé support 210 indépendamment de chaque autre élément isolant. Chaque élément isolant a deux degrés de liberté lorsqu'il «st dégagé de la barre d'ali-30 gnement, dans les plans X et Y. Le mouvement dans le plan Z est un mouvement commandé dû au mouvement rotatif du corps isolant fournissant une action de frottement dé contact désirable, mais non essentielle. La liberté procurée par cette technique est'similaire à celle obtenue en maintenant un long bras sur un arbre par l'intermédiaire d'un ensemble à roulements à billes. La barre de 35 positionnement 208 fonctionne de façon à maintenir les éléments isolants 204 dans une position d'alignement initiale qui correspond approximativement à la position des contacts électriques 201 à contrôler sur le dispositif à semiconducteur 200. Lorsque l'élément "de maintien 202 abaisse le dispositif à semiconducteur 40 200, dispositif qui comporte les contacts électriques 201,.en gosition de contact BAD ORIGINAL 69 23625 2016478 avec las dispositifs à contact électrique 203, las éléments isslanta 204 aor. libérés da la barre da positionnement 209 st permettant, an raison de l'angî-G spécial choisi pour chaque élément électrique 203, 1'auto-alignement de chaqus sonde Kelvin sur las contacts électriques 201. 5 Cette caractéristique d'auto-alignement est d'une grande importance. Les éléments isolants 204 étant équilibrés avec soin, n'exigent qu'un effort des plus légers sur les dispositifs à contact électrique 203, de la part du dispositif semi-conducteur 200 agissant par l'intermédiaire de cas contacts électriques 201, pour permettre l'auto-alignement du dispositif à contact électrique 10 203. Cette force minimale nécessaire, associée à la caractéristique d'auto-ali-gnement, permet l'application d'une force minimale sur les délicats contacts électriques faisant saillie. □a plus, la caractéristique d'auto-alignement assura un contact uniforme des deux éléments électriques du dispositif à contact électrique, avac las con-15 tacts électriques faisant saillie. Des cyclaa de contrôla variés peuvent ainsi être réalisés en utilisant les techniques standard des dispositifs de test de Kelvin. La figure 3 représenta une autre réalisation du dispositif à contact électrique selon cette invention. Les éléments conducteurs électriques 301 at 302 20 «ont séparés par une couche iaolanta 303. Cette coucha iaolanta peut être constituée par n'importe quel isolant électrique, matériau diélectrique, ou air. La section extrême 304 das éléments 301 at 302 et de l'isolant 303 sa présenta sous forme conique. Au delà de la section 305 da la coucha isolante, las éléments 3Q1 et.302 se terminent en forme de demi-gouttière. Cette configuration 25 en demi-gouttière eat identique à celle du dispositif à contact électrique représenté dans les flguresl et 2. La forme en demi-gouttière est choisie parmi Isa autres configurations géométriques afin de permettre 1'auto-alignement. Dans la figure 3, le dispositif à contact électrique 305 est représenté en contact . avec un contact électrique faisant saillie 307, par exemple un point de soudure^ 30 en contact avec un émetteur, une base ou un collecteur d'un dispositif à semiconducteur 306. Le dispositif à semiconducteur 306 ast maintenu rigide sur un âlâment support 309. La réalisation da la figura 3 est représentée à la figura 4 avec 1s dispositif à contact électrique 305 an contact avac l'un des contacta âlactri^uss faisant saillie du dispositif à semiconducteur 308 monté sur S'élà-fsanfc eupport 309. La dispositif à cantast électrique 305 est tfaintenu dans le tiloe da fixation 401 fixé à un élément d'alignement 402 qui fait partie d'ûR artseirdls support 403. Las conducteurs des contacts électriques cheminent è l'intérieur de l'ôlemsnt d'alignement 402 jusqu'aux éléments conducteurs électriques individuels 301 et 302 compris dans le dispositif à contact électrique 305. 40 L'ensemble support 403 permet deux degrés de liberté, lorsqu'il est dégagé de BAD ORsGIMÂL 69 23625 5 2016478 la barre d'alignement, dans las directions X et Y avec le même déplacement dans le plan Z que décrit précédemment . Ainsi, lorsque lJélément d'alignement 402 est abaissé, entraînant le dispositif à contact électrique 305 en contact avec un contact électrique faisant saillie, 1'auto-alignement se produit» grâce à 5 la forme particulière en demi-gouttière de l'extrémité de chaque élément conducteur électrique. La figure 5 représente les critères d'étude de la forme en demi-gouttière de chaque élément conducteur électrique compris dans le dispositif â contact électrique• Dans la figure 5, un contact électrique aphérique faisant saillie 10 501 est représenté fixé à un dispositif semiconducteur 502 monté rigidement sur un support, non représenté sur la figure. L'un des éléments conducteurs électriques 503 compris dans le dispositif è contact électrique est représenté très agrandi. La forme en demi-gouttière est représentée dans un plan droit 504 pour la commodité des calculs. L'homme de l'art verra rapidement qu'il n'est 15 pas nécessaire que cette forme soit droite, mais peut 6tre parabolique et de tout autre configuration courbe, pour optimiser les critères d'étude à respecter. Dans la figure 5, a est l'angle formé par la tangents eu point de contact 505 du contact sphérique 501 sur l'élément 503, et la verticale.» F eat la force 20 da frottement empêchant l'élément 503 de glisser par rapport m contact sphérique. ii est le coefficient de frottement entre les daux_ surfacesj 11 est fonction du matériau et de l'état des surfaces. Fn est le fores dévsloppS# résultant de la déviation de la barre d'alignement lorsqu'elle entra en contact, par l'intermédiaire de l'élément 503, avec le contact 501. Cette barre d'aligne-25 ment, par exemple, eat l'élément 204 dans la figure 2, ou 402 dans la figure 4. De nouveau, dans la figure 5, 3Q Supposant qu'aucune force ne réduit le mouvement latéral do la barra, la barre se déplacera de façon à se centrer ou s'aligner sur lit contact sphérique ait F « F cos a - u F sin a F cos a > u F sin e n n F_ sin e n 35 où t 1 F cos a n 1 > ti tgd V tgd 40 BAD ORIGINAL 69 23625 6 2016478 Aidsi» si y tgd est inférieur à 1, la barre se centrera ou s'alignera. Les courbes ou Isa tracés pratiques peuvent être obtenus de y tg a en fonction de a. Dans un tel tracé ds courbe, par exemple, en prenant p » 0,5 la courbe coupera le point p tangente a » 1 à un angle légèrement plus grand que 1'autocentragSo 0'autres valeurs de p peuvent Stre portées sur la courb® par commodité» an miras fcgnîps que les matériaux varient. Pour choisir l'angle correct, le ceefficisnt de frottement des matériaux considérés doit Stre d'abord déterminé par des méthodes connus®, Si une force de freinage existe dans le 10 sens latéral^ une formule similaire peut être utilisée pour choisir l'angle correct. Dans Isa deux cas, si la force est nulle, ou constante pendant le déplacement latâralc 2a surfeco idéale est une ligne droitet l'ouverture du contact est M gouttière en M h côtés droite ds l'angle calculé» SI, cependant, la force ds freinage latéral n'est pas constante, mais varie avec l'importance En résumé, chaque fesr-ffje sn ëessi-gsuttièr® das élément* è contact électrique doit être d'uns configuration géométrique permettant le glissement, et ainsi l'auto-alignements lorsque la ferce appliquée, eu moment où l'extrémité en for-20 n?a de demi-gouttière de 1'uns dsa terres entre en contact avac la contact dépassant, est suffisants pour annuler l'effet ds frottement da ces contacts. Il sst slsir que n'Sports qualls fora® ne réalisera paa celât et par commodité* un contact sphériqu© «t un plan plat ont été utilisés pour les calculs. Comme tous las eentscfea na ssRt pm sphériques, ces considérations doivent Stre jua-25 tifiéss à l'eids d@ teshaiqaes ds saleoï connues telles qu'illustrées dans le premier exemple ds Se figure Sa Biefî qua d®§ dispesitifs d'alignement variés aient été représentés dans las. figures 2 et 4-, l'hssKts d© l'art peut rapidement imaginé d'autres systèmes û ' alignement » La oareotfeiatiqu© ciô de cette invention sst la caractéristique 30 d'autQ-aligneîBSfit du dispositif à esntsot électrique lui-sîSne» Par cette s®res-téristiqys 'l'sute-alisnosnsnta deus: éléments è contact électrique peuvent Stre connectés sur ans berr® d'alignement unique, à eondition qu'ils soient Isolés éiestrtepcssnt et ainsi peuvent Sfcs© «tilisâo pour contacter facilement et «ans dommage ui-s contact électrique fâteent eaiilio pour des essais électriques a Bien §5 que I "spplisr.fe.ion- des réoultete de sotte invention ne soient paa limitée aux techniquas d£> dispositifs d© test ds &olvif»9 ses dispositifs étant d'une telle importance dot» la t&iBsin® dea samicenducto'jrs» l'utilisation de ces résultats «taos de tels dispositifs ê contact fiisetriqu® ast primordial. 40 les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de 5 °0 Donc, un angle a ds 60° sera, è p ■ 0,5 suffisant pour permettre Bien que l'on sit décrit dans e® qui procède et représenté sur le dessin &AD ORIGINAL 69 23625 7 2016478 réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 23625 8 2016478 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de contact électrique & auto-alignement comprenant des premier et second éléments de contact électrique conducteurs séparés par une cou- 5 che électriquement isolante caractérisé en ce que chacun des dits éléments de contact possède une première extrémité qui est reliée électriquement i un dispositif de test électrique externe et une seconde extrémité, en forme de demi-gouttière» s*étendant au-delà de la couche isolante afin de réaliser une configuration en forme de gouttière qui peut entrer en contact avec un contact 10 électrique faisant saillie sur le corps à tester, la dite forme de demi-gouttière ayant une configuration d'auto-alignement pouvant glisser pour permettra un auto-alignement sur un contact éleotrique faisant saillie. 2.- Dispositif de contact électrique à auto-alignement caractérisé en 15 ce qu'il comprend - des premières et secondes électrodes séparées par une couche électriquement isolante et contigQe aux électrodes, chacune des électrodes étant reliées électriquement à un dispositif de test électrique externe - un dispssitif sur chacune des électrodes comportant des parties complé-20 mentaires bisautéas intérieurement et définitivement une aire d'appui évldéc pour rendra réalisable un centact électrique sur et autour d'une borne électrique faisant saillie. 3.- Dispositif de contact électrique selon l'une quelconque des revendi-25 cations ï ou 2 caractérisé en ce qu'il est utilisé dans les dispositifs de test de Kelvin. 4.- Dispositif selon la revendication 2 comprenant en outre un élément élsatâcp© gui suspend chacune des dites électrodes pour faciliter l'adsptatini ds l'aire d'appui à la dite borne. bad original