Brevet FR2343339A1 — publié le 19770930

La présente invention concerne un disxpositif de connexion pour meStres de potentiel et, plus particulièrement, un dispositif de connexion utilisé pour mesurer des caractéristiques électrique 4 e conducteurs avec une très grande précision, telle que celles que l'on préconise en métrologie. En métrologie, quand on désire effectuer des mesures précises de résistivité particulièrement sur des métaux bons conducteurs, tels que le cuivre, la structure du contact électrique du dispositif de connexion revêt une grande importance. On rappelle que la mesure de la résistivité d'un matériau nécessite deux opérations. I1 faut procéder à une mesure de différence de potentiel entre deux points du matériau. Dans la pratique, cette mesure est effectuée selon une méthode d'opposition si bien que la différence de potentiel est annulée et qu'aucun courant ne traverse les contacts électriques des deux points quand l'équilibre est atteint. La seconde opération consiste à mesurer la distance entre les deux points de contact, l'aire de la section du matériau étant supposée constante et connue entre ces deux points. Jusqu'ici pour réaliser les contacts électriques, on a utilisé des dispositifs comportant des colliers, ou des dispositifs à multipointes, ou des dispositifs à mordaches, ou des contacts obtenus par brasage. Ces contacts électriques déterminent des surfaces de contact imprécises, ils rendent impossible la détermination précise de repères géométriques ponctuels permettant de mesurer avec précision la distance entre les points de contacts, ils peuvent altérer la surface de l'échantillon, soit, dans les contacts obtenus par brasage, la suppression ou l'introduction d'oxydes plus ou moins profondément dans l'échantillon, soit, avec les contacts mécaniques classiques, l'introduction de déformations en volume avec modifications des lignes de champ électrique et des sections droites, ou un écrouissage qui entraîne la modification de la structure cristallines du matériau au voisinage du point de contact. On a également utilisé des dispositifs comportant une pointe métallique de prise de potentiel qui définit une empreinte sphérique et donc une bonne définition géométrique du point de contact. Malheureusement ces dispositifs à pointes métalliques ne permettent pas d'effectuer des mesures reproductibles dans le temps. Un objet de la présente invention consiste à prévoir des dispositifs de connexion utilisant des contacts aussi fins que possible qui, contrairement aux dispositifs connus, n'apportent que des modifications minimales en surface et en volume. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir des dispositifs de connexion dont les points de contacts sont géométriquement définis d'une manière très précise. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir des dispositifs de connexion qui permettent d'effectuer des mesures sur des échantillons de formes quelconques quelles qu'en soient l'épaisseur et les dimensions. Ils permettent en particulier de faire des mesures sur des couches minces Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un dispositif de connexion électrique dont le contact est établi au moyen d'un microfil conducteur dont la première extrémité est soudée à la surface de l'échantillon au moyen d'un outil de forme telle que l'empreinte laissée, sur la première extrémité du microfil, par l'outil après l'opération de soudure présente une trace géométrique de l'ordre du micron qui matérialise un point géométrique pouvant servir de repère optique pour une mesure de longueur, l'opération de soudure proprement dite pouvant être effectuée suivant une méthode connue, telle que par thermocompression ou ultrasons. Suivant une autre caractéristique, ledit outil comporte une pointe en tronc de pyramide dont les angles des facettes ont un rayon de courbure de l'ordre du micron. Suivant une autre caractéristique, ladite pointe dudit outil est obtenue par attaque chimique préférentielle d'un cristal orienté. Suivant une autre caractéristique, la seconde extrémité dudit microfil est soudée-à une surface conductrice constituée par une couche mince de métal, compatible avec celui dudit microfil, ladite couche de métal étant déposée sur un substrat isolant et étant reliée par des connexions renforcées classiques à un ou des appareils de mesure électrique. Suivant une autre caractéristique, ledit substrat comporte un trou au centre de ladite couche mince de métal et à travers lequel la première extrémité du microfil est soudée à la surface de l'échantillon. Les caractéristiques mentionnées ainsi que d'autres apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique en plan d'un dispositif de connexion suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe verticale du dispositif de connexion de la Fig. 1, et la Fig. 3 est une vue agrandie du contact du microfil utilisé dans le dispositif de connexion de la Fig. 1. A la Fig. 1, un dispositif de connexion 1 est monté sur une barre cylindrique de cuivre 2 dont on désire, par exemple, mesurer la résistance entre un point 3 et un point 4. Le dispositif i, dont la coupe verticale est montrée à la Fig. 2, comporte une plaque 5 en matériau isolant sur laquelle est prévu un revêtement conducteur 6. Le matériau de la plaque 5 peut titre de la céramique, du verre, du verre époxy, etc. Le revêtement conducteur 6 permet d'établir des connexions classiques avec les instruments de mesure. Au voisinage d'un point de connexion classique, la couche mince du revêtement 6 peut eAtre renforcée par croissance en phase liquide, ou gazeuse, par électrolyse ou suivant la méthode dite "electroless", etc. Le revêtement 6 peut comporter plusieurs zones séparées, telles que 7 et 8. Un revêtement conducteur 9 peut également être prévu, sous la plaque isolante 5, dans une zone qui est en contact avec la barre de cuivre 2. La plaque 5 comporte, au centre de la zone 8, un trou 10 qui laisse apparattre la surface de la barre 2. Le dispositif de connexion 1 comporte encore des moyens, tels que des bagues de serrage, non montrées en matériau isolant et solidaire du substrat 5 pour fixer le dispositif 1 sur la barre 2. Pour effectuer une mesure au point 3 de la barre 2, on positionne le dispositif 1 de manière que le point 3 apparatsse à travers le trou 10. Puis, on soude un fil 11, qui est en réalité un microfil entre le point 3 et un point 12 de la zone 8. Le fil 11 est un fil conducteur semblable à ceux qui sont utilisés pour établir des connexions sur des circuits intégrés. La Fig. 3 montre, avec grossissement, comment le fil Il est soudé à la surface de la Barre 2. Le fil 17 est, en général, en métal noble, tel que de l'or; il est aussi fin que possible avec un diamètre inférieur ou égal à 25 microns. On le soude suivant une méthode connue, telle que par thermocompression, par ultrasons, etc., au moyen d'un outil dont la forme est telle que l'empreinte 13 laissée après l'opération de soudage présente des traces géométriques de l'ordre du micron.En-fait, l'empreinte 13 détermine, suivant l'invention, la position-gRométrÍqwe du Irointr de contact 3,~ point de contact 3, qui se trouve sousle fil 11.L'empreinte 13 sert de repère optique, par exemple pour une mesure de longueur, et, comme la surface de 13 est de l'ordre de quelques dizaines de microns carrés, l'imprécision sur le point de contact est extrémement faible. De préférence, l'outil servant à effectuer la soudure du fil 11 a une pointe de forme géométrique facilement reconnaissable et caractéristique, comme par exemple la forme d'un tronc iepyramide dont les angles des facettes ont un rayon de courbure de l'ordre du micron. Une telle pointe en tronc de pyramide peut autre obtenue en partant d'un cristal orienté que l'on soumet à une attaque chimique préférentielle. L'autre extrémité du fil 11 est soudée de la meme manière sur la couche métallique 8 aussi près que possible du point 3. Ainsi le potentiel électrique du point 3 de la barre 2 est transmis par 11 jusqu'S la couche 8 d'où il est transmis au banc de mesure par des moyens classiques. il faut évidemment que le métal de la couche 8 soit compatible avec celui du fil 11. On notera que la soudure effectuée en 13 ne déforme pratiquement pas la zone de cuivre qui se trouve sous le fil 11, donc ne perturbe pas la mesure électrique. Le point de contact est très petit, mais, comme les mesures sont effectuées par des méthodes d'opposition, il n'y a pratiquement aucun courant passant par le contact et le fil 11. De préférence, on partage le revetement 6 en deux zones 7 et 8 pour créer autour de la zone 8, servant directement à la mesure, un anneau de garde 7 la protégeant des influences extérieures, ou tout autre forme permettant d'éviter une rupture d'impédance au niveau du contact dans une mesure HF. ta couche conductrice 9, en contact avec la barre 2, permet d'appliquer un courant à la barre 2 en un point proche du point de mesure 3. il est ainsi possible d'effectuer des mesures en quatre files, par exemple pour étudier l'influence du courant sur la résistivité, ou encore d'effectuer des mesures en fonction de la fréquence du courant. A la Fig. 2, la couche 9 est représentée incrustée dans la plaque 5, toutefois dans la pratique cette couche très mincese trouve entre la plaque 5 et la surface de la barre 2. De préférence, on choisit la constante électrique de la plaque 5 de manière à pouvoir effectuer une mesure électrique sans rupture d'impédance. En se référant à nouveau à la Fig. 1, il faut comprendre que le point 4 est également pourvu d'un dispositif de connexion identique à 1. il faut noter qu'une fois les mesures électriques effectuées, on peut laisser les dispositifs 1 en place autour de 3 et de 4, et transporter la barre 2 dans un autre lieu où steffectue la mesure de longueur entre les points 3 et 4. Un tel dispositif permet également la reprise des mesures par un autre laboratoire de métrologie pour comparaison des résultats en éliminant les problèmes de contacts. Dans un autre exemple de réalisation d'un dispositif de connexion, suivant l'invention, le substrat serait déposé sur l'échantillon à mesurer, par exemple autour d'un point de mesure, par shoopage, pulvérisation ou sérigraphie, etc. Puis, le circuit de mesure conducteur, semblable à 7 et 8, serait déposé sur ce substrat par mitallisation. Enfin, le microfil serait soudé, comme précédemment entre le point de l'échantillon et le circuit de mesure. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits cidessus en relation avec un exemple de réalisation, il faut comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif de connexion électrique pour mesures de potentiel sur un échantillon, caractérisé en ce qu'un contact électrique est établi au moyen d'un microfil conducteur dont la première extrémité est soudée à la surface de l'échantillon au moyen d'un outil de forme telle que l'empreinte laissée, sur la première extrémité du microfil, par l'outil après l'opération de soudure présente une trace géométrique de l'ordre du micron qui matérialise un point géométrique pouvant servir de repère optique pour une mesure de longueur, l'opération de soudure proprement dite pouvant être effectuée suivant une méthode connue, telle que par thermo-compression ou ultrasons. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit outil comporte une pointe en tronc de pyramide dont les angles des facettes ont un rayon de courbure de l'ordre du micron. 3) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pointe dudit outil est obtenue par attaque chimique préférentielle d'un cristal orienté. 4) Dispositif suivant la revendication 7 ou 2, caractérisé en ce que la seconde extrémité dudit microfil est soudée à une surface conductrice constituée par une couche mince de métal, compatible avec celui dudit microfil, ladite couche de métal étant déposée sur un substrat isolant et étant reliée par des connexions renforcées classiques à un ou des appareils de mesure électrique. 5) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit substrat comporte un trou au centre de ladite couche mince de métal et à travers lequel la première extrémité du microfil est soudée à la surface de l'échantillon. 6) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit substrat peut comporter sur sa face en contact avec le conducteur à mesurer les moyens d'amenée du courant de mesure.