Brevet FR2373783A1 — publié le 19780707

La présente invention concerne un appareil permettant de tracer la carte thermique dtun objet. Elle s'applique notamment à la représentation de cartes thermiques de composants électriques tels que transistors, circuits intégrés, circuits hybrides etc... II est de plus en plus important, particulièrement pour des études de fiabilité, de réaliser des mesures de températures de composants électriques tels que transistors ou circuits intégrés. Les circuits intégrés par exemple, sont assemblés dans des appareils électriques. Une étude du comportement thermique de chaque circuit intégré permet de mesurer les températures de ses différentes zones en fonction de la tension d'alimentation du circuit et de l'impédance de la charge appliquée en sortie de ce circuit. Cette étude permet en particulier de détecter les zones de fort échauffement et ainsi, de remédier à tout échauffement excessif. II est connu diétudier le comportement thermique de composants électriques, à l'aide dlappareils optiques à rayons infra-rouge, tels par exemple le microscope infrarouge. L'objectif d'un tel microscope, pointé en direction des différentes zones du composant, permet d'observer selon la température de chaque zone, un rayonnement infra-rouge dont l'intensité varie en fonction de la température ; cette intensité est diautant plus grande que la température est importante. L'objectif du microscope est muni diun capteur optique des rayons infra-rouge ; ce capteur est associé à un convertisseur permettant de transformer l'intensité lumineuse des rayons infra-rouge, en une tension électrique.Un étalonnage tension-intensité lumineuse, permet de lire directement llintensité lumineuse et donc la température de chaque zone du composant. L'appareil qui vient diêtre décrit ne permet pas de relever facilement les températures afin de dresser une carte thermique représentant globalement les températures des différentes zones du composant. En effet, un relevé de la température de chaque zone doit être effectué point par point et ce n'est que lorsque tous les relevés sont effectués quiil est possible de dresser manuel lement une carte thermique du composant. Llinvention a pour but de réaliser un appareil permettant de relever automatiquement la température diun objet et permettant aussi de dresser automatiquement et de conserver la carte thermique de cet objet. L'invention a pour objet un appareil permettant de tracer la carte thermique diun objet. Cet appareil comprend des moyens optiques transmettant entre autres les rayons infra-rouges, des moyens de conversion de l'intensité lumineuse des rayons infra-rouges en une tension électrique, des moyens de visualisation reliés à ces moyens de conversion et capables de faire apparal- tre sur un écran cathodique, la carte thermique de cet objet. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, les moyens optiques sont constitués d'un microscope à rayons infra-rouges et les moyens de visualisation sont constitués diun oscilloscope à tube cathodique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre, en référence à la figure annexée représentant un mode de réalisation préféré de l'invention. L'appareil représenté sur la figure comprend des moyens optiques 1sensibles aux variations de température des différentes zones de l'objet 2, porté par la platine 3. Ces moyens optiques sont constitués par un microscope à rayons infra-rouges tandis que l'objet est dans un composant électronique, par exemple la puce d'un circuit intégré. L'appareil va permettre de tracer la carte thermique de ce circuit. On suppose le circuit connecté à des moyens non représentés, permettant de le faire bnctionner dans des conditions variées d'alimentation et de charge. Loculaire et l'objectif du microscope sont représentés en 4 et 5.Ce microscope comprend aussi un capteur 8 d'intensité des rayons infra-rouges émis par l'objet. Des moyens de conversion 9 permettent de transformer cette intensité en une tension électrique dont le signal modulé apparat sur les sorties 10, 11. La platine (3) du microscope est munie de moyens 14, 15 permettant de la déplacer dans deux directions perpendiculaires X, Y. Chacun des moyens 14, 15 est essentiellement constitué par un moteur associé à un mécanisme d'entralhement réglable et à une vis micrométrique. Les vis micrométriques entrathées par ces moyens sont représentées en 12, 13 sur la figure. Par réglage de chacun des moyens 14, 15 il est possible de commander les déplacements de la platine de manière à assurer un balayage complet de l'objet en regard de l'oculaire du microscope ; c'est ainsi, par exemple, que le circuit intégré 2 est balayé en lignes successives dans la direction X, sur toute sa longueur L, grâce aux moyens 14--associés à la vis micromXtri- que 12. Le pas ou l'écartement entre les lignes successives, dans la direction Y est fixé par les moyens 15, associés à la vis micrométrique 13. Le balayage de l'objet sera d'autant plus fin que le pas sera faible. Les moyens de déplacement 14, 15 ont chacun deux sorties 16, 17 et 18, 19, l'une positive, l'autre négative qui fournissent des signaux électriques linéaires représentatifs des déplacements de la platine, et donc du balayage du circuit porté par cette platine. Les signaux de balayage représentatifs du déplacement de la platine sont appliqués aux entrées de balayage horizontal 20 et de balayage verti cai 21, d'un oscilloscope à mémoire 6. Les signaux représentatifs de l'intensité lumineuse des rayons infra-rouges du circuit 2, fournis par le capteur 8 du microscope, sont appliqués sur entrée de whenelt, 50, de l'oscilloscope à tube cathodique. Ainsi, sur l'écran 7 de l'oscilloscope 6, le spot va se déplacer diune manière conforme au balayage de l'objet placé sur la platine et durant ce déplacement, la luminosité du spot va varier en fonction de llin- tensité des rayons infra-rouges perçus par le capteur 8.L'oscilloscope 6 étant à mémoire, il est possible de restituer sur l'écran, après balayage complet de l'objet, le cliché complet de ce balayage. Ce cliché complet représente bien la carte thermique des échauffements des différentes zones du circuit intégré placé sur la platine du microscope. Ce cliché peut être photo graphiépour être conservé en archives. Les entrées horizontale , verticale et de whenelt de lloscilloscope,sont connectées aux sorties de balayage X, Y et d'intensité de rayons infra-rouges du microscope, chacune par l'intermédiaire d'un amplificateur. Ces amplificateurs sont représentés en 22, 23, 24 et ils sont identiques sur les 3 sorties du microscope. On va décrire liun de ces amplificateurs, 22 par exemple. Cet amplificateur comporte un premier étage d'amplification constitué de deux amplificateurs opérationnels24, 26 dont les sorties 27, 28 sont bouclées sur les entrées négatives 29, 30 de manière que cet étage ait un gain égal à 1 et fonctionne en adaptateur d'impédance.Les entrées positives 31, 32 des amplificateurs 25, 26 sont connectés aux sorties correspondantes du microscope dans le cas de l'amplificateur 22, les entrées 31, 32 sont connectées aux sorties 10 et 11 du convertisseur 9, qui fournissent des signaux positifs ou négatifs par rapport à un potentiel fixe de référence représenté en 33. Les sorties 27, 28 de ce premier étage sont connectées aux entrées 34, 35 d'un troisième amplificateur opérationnel 36 par l'intermédiaire de résistances 37, 38, 39. Cet amplificateur fonctionne ainsi avec un très grand gain. Entrée positive 35 est connectée à la sortie 40 d'un quatrième amplificateur opérationnel 41, par l'intermédiaire diune résistance 42? L'entrée positive43 de l'amplificateur 41, est reliée au potentiel de référence, tandis que son entrée négative 44, est connectée à la sortie 45 de l'amplificateur 36, par l'intermédiaire d'un potentiomètre 46 et d'une résistance 47. Cette entrée négative 44 est aussi connectée à la sortie 40, par llintermédiaire diune boucle de contre réaction comportant une résistance 48 et un condensateur 49. La sortie 45 de l'amplificateur opérationnel 36, constitue la sortie de ilam- plificateur 22 relié à l'oscilloscope. L'amplificateur 41 est monté en atténuateur actif dont le gain peut varier de 1 à 300 selon le réglage du potentiomètre 41. Ainsi, il est possible gracie à chacun des amplificateurs 22, 23, 24, de régler l'amplitude du balayage de l'écran 7 dans les directions X et Y, ainsi que la luminosité du spot balayant cet écran. Ceci est intéressant car il est ainsi possible de régler non seulement l'étendu de la carte thermique apparaissant sur écran, mais aussi la luminostié ou le contraste de cette carte. Selon l'échauffement de chaque zone du composant, la carte présentera une luminosité diautant plus grande que la température atteinte sera importante. La zone observée est positionnée en X, Y sur la platine. Le balayage correspondant du spot sur écran (échelle de la carte), est réglé sur l'amplificateur. A titre exemple, l'appareil décrit permet dieffectuer des balayages de circuits ayant 25 millimètres de cotés-avec un pas de balayage d'environ 40 microns. La température peut être repérée avec une sensibilité de 0,5 degrés centigrades dans une gamme allant de 0 à 65 degrés centigrades et avec une sensibilité de 1 degré centigrade dans une gamme allant de 65 à 165 degrés centigrades. La valeur de cette température est importante puisque ctest à partir de cette valeur que peut être calculée la résistance thermique dlun circuit. REVENDICATIONS 1/ Appareil permettant de tracer la carte thermique d'un objet,caractérisé en ce qulil comprend des moyens optiques transmettant entre autres les rayons infra-rouges, des moyens de conversion de l'intensité lumineuse des rayons infra-rouges en une tension électrique, des moyens de visualisation reliés à ces moyens de conversion et capables de faire apparaître sur un écran, la carte thermique de cet objet. 2/ Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens optiques sont constitués par un microscope à rayons infra-rouges. 3/ Appareil conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de visualisation sont constitués par un oscilloscope à tube cathodique. 4/ Appareil conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le microscope à rayons infra-rouges est muni diune platine supportant llobjet,capable de se déplacer devant l'objectif, dans deux directions perpendiculaires, de manière à assurer un balayage fin de toute la surface de cet objet. 5/ Appareil conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que lloscillos- cope à tube cathodique est relié au microscope à rayons infra-rouges, par des circuits d'interface comprenant - un premier amplificateur connecté entre l'une des entrées de balayage de lioscilloscope et la sortie de l'un des moyens capables de déplacer la platine dans l'une des directions perpendiculaires; ; - un deuxième amplificateur connecté entre liautre entrée de balayage de l'oscilloscope et la sortie des autres moyens capables de déplacer la platine dans l'autre des directions perpendiculaires - un troisième amplificateur connecté entre la sortie des moyens de conversion de l'intensité lumineuse et llentrée des moyens de réglage de l'intensité du faisceau électronique de l'oscilloscope. 6/Appareil conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que lsoscillos- cope est d'un type à mémoire d'enregistrement de tracés,