Brevet FR2476847A1 — publié le 19810828

La présente invention a pour objet un relève- pointe à bilame et un testeur sous pointes en faisant ap- plication. L'invention peut trouver une utilisation en mi- cro-électronique dans le contrôle de composants, et plus généralement en physique des matériaux o elle permet d'effectuer des caractérisations. Un testeur sous pointes est un appareil permet- tant d'établir des contacts électriques sur un échantillon à l'aide de pointes métalliques afin de relier l'échantil- lon à un ensemble de mesure. Cet appareil est utilisé en général pour tester des composants électroniques ou des circuits élémentaires disposés sur une plaquette qui en comporte un grand nombre. Il évite d'avoir à découper ces composants et à les monter séparément en vue de leur con- trôle. Un tel appareil est donc parfaitement adapté à la microélectronique o il permet de détecter les composants défectueux qui peuvent ensuite être éliminés avant les opérations coûteuses de connexion et de montage. Un testeur sous pointes comprend en général une enceinte sous vide, un porte-échantillon, des supports de pointes liés à des micromanipulateurs et des circuits de mesure des signaux prélevés par les pointes. Chaque support de pointe est muni d'un relève- pointe qui est mis en oeuvre chaque fois que le point de contact sur l'échantillon doit être déplacé. Ce dispositif est délicat car il doit répondre à des exigences sévères, notamment une bonne reproductibilité de la position de la pointe, une progressivité des mouvements de celle-ci, un encombrement réduit, une mise en oeuvre aisée, etc... Au- cun des dispositifs connus ne donne satisfaction. De plus, il n'existe pas de relève-pointe commandable à distance et sous vide, ce qui limite fortement l'utilisation des poin- tes. La présente invention a justement pour objet un relève-pointe qui répond à toutes ces exigences. A cette fin, l'invention propose de mettre en oeuvre un dispositif en soi connu,qui est le bilame, ce qui permet une commande à distance et sous vide. De façon précise, l'invention a pour objet un relève-pointe à commande électrique, pour appareil de test sous pointes et qui est caractérisé en ce qu'il comprend un bilame à deux branches, l'une reliée à un corps fixe et l'autre à un support de pointe auquel est fixée ladite pointe, un moyen électrique étant prévu pour commander l'échauffement du bilame et provoquer le relèvement de la pointe. De préférence, le support de pointe est muni de colonnettes qui traversent le corps et assurent le guidage du support dans son déplacement. De préférence encore, le moyen de commande de l'échauffement du bilame est une source de courant élec- trique apte à provoquer ledit échauffement par effet Joule dans le bilame lui-même. De préférence encore, le relève-pointe comprend des butées de limitation de la course du support de pointe. Les avantages d'un tel système sontmultiples: - les positions extrêmes haute et basse de la pointe sont indépendantes de la déformation du bilame, ce qui en- traîne une- excellente reproductibilité de la position de la pointe sur l'échantillon: le décalage horizontal de celle-ci est inférieur à 5p.m après un cycle pointe bas- se-pointe haute-pointe basse; - les mouvements de la pointe sont progressifs; en parti- culier lors de la transition pointe haute-pointe basse, il n'y a pas à craindre de retombée brusque susceptible d'endommager la pointe ou l'échantillon comme ce serait le cas avec un système à électroaimant fonctionnant sous vide; - le bilame, en position haute et basse, joue le rôle de ressort de rattrapage de jeu, ce qui entraîne une excel- lente précision mécanique; - les petites dimensions du système permettent de réaliser un ensemble compact qui est bien adapté aux micromanipu- lateurs qui le supportent; - les micromanipulateurs du commerce peuvent être utilisés sans avoir besoin d'assurer le déplacement des pointes de l'extérieur de l'enceinte sous vide,; - la pointe ne se pose qu'une fois la température du bila- me stabilisée, ce qui élimine les dommages provoqués par les dilatations différentielles sur des échantillons fragiles. L'invention a également pour objet, en tant qu'application, un testeur sous pointes qui comprend le relève-pointe défini plus haut. Afin de réduire le dépla- cement des pointes lors des variations de température en- tre le porte-pointe et l'échantillon, l'invention utilise des moyens qui présentent une symétrie de révolution, ce qui réduit ces déplacements à moins de l01Lm. De toute façon, les caractéristiques et avanta- ges de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre expli- catif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins sur lesquels - la figure 1 représente, en coupe longitudinale (a) et en coupe transversale (b), un relève-pointe à bila- me conforme à l'invention; - la figure 2 représente, en coupe axiale, un testeur sous- pointes mettant en oeuvre le relève-pointe en question. Le dispositif représenté sur la figure 1 com- prend un bilame 10 à deux branches en fer à cheval, l'une inférieure 12 et l'autre supérieure 14, la première étant fixée à un corps 16 par une barrette 18 et la seconde étant reliée de manière non rigide à un support de pointe 20 auquel est fixée ladite pointe 22. Des connexions 24 et 26 permettent de relier le bilame à une source électrique 28 à travers un interrupteur 30. Pour le guidage du porte-pointe, lors de son dé- placement, des colonnettes 32 et 34 sont prévues, qui cou- lissent dans deux alésages percés dans le corps 16. Ces colonnettes sont munies de butées 36 et 38 qui limitent la course verticale du portepointe. Selon un mode de réalisation qui semble avanta- geux, le bilame a une résistivité importante et il est chauffé par effet Joule (par exemple sous 6A/0,2V). Dans ce cas, les déplacements obtenus sont de 1 mm pour un échauffement de 400C environ. Mais d'autres moyens peuvent être utilisés pour commander la déformation du bilame: résistance chauffante annexe, spire inductrice en haute fréquence, etc... Le testeur sous pointes représenté sur la figure 2 (en coupe longitudinale) comprend une enceinte sous vide , un porte-échantillon 42 muni d'une résistance de chauffage 44 et d'une tige métallique 46 équipée d'ailet- tes de refroidissement 48. L'appareil comprend encore des ensembles porte-pointe 50, chaque porte-pointe étant équi- pé d'un relève-pointe conforme à celui qui a été décrit à propos de la figure 1. Pour les mesures sous excitation optique, l'en- ceinte est munie, à sa partie supérieure, d'une fenêtre 52 -et d'une loupe binoculaire 54 de distance focale importan- te (90 cm). Un faisceau lumineux 58 provenant d'une source non représentée, peut être focalisé par l'appareillage op- tique 56 à travers la fenêtre 52, sur les échantillons 60 disposés sur le porte-échantillon 42. Pour les mesures à basse température, l'appareil se complète par un cryostat 62 dans lequel plonge la tige métallique 46 et ses ailettes 48. L'enceinte sous vide est avantageusement en acier inoxydable et selon l'invention, elle est de révolu- tion, cette forme pouvant être adoptée également pour le porteéchantillon, ce qui limite les déplacements relatifs porte-échantillons/enceinte dus aux variations de tempé- rature imposées par le fait que l'on peut travailler à basse température (-200C). L'étanchéité de l'enceinte peut être obtenue par soudure, joints toriques et/ou joints d'indium, selon les besoins de démontage et la proximité du cryostat. Le porte-échantillon 42 peut être constitué par une plaque de cuivre polie et dorée sur sa face supérieu- re. La résistance 44 peut être brasée (thermocoax). La tige 46 est en un métal bon conducteur de la chaleur (par exemple en cuivre) et elle peut être vissée dans le porte-échantillon, la liaison thermique entre ces deux éléments pouvant être assurée par un joint à l'in- dium. Afin de limiter les échanges thermiques par rayonnement entre le porte-échantillon et le couvercle de l'enceinte, un écran thermique 64 démontable, en cuivre par exemple, peut être disposé entre ces deux éléments. La liaison thermique écran-porte-échantillon sera avantageusement réalisée par du gallium de pression saturante très faible (inférieure à 10 11 torr).e Ce gal- lium est liquide à température ambiante (300C) et solide à basse température. Les micromanipulateurs assurent le déplacement, suivant trois axes, des pointes de contact. Chaque manipu- lateur est avantageusement maintenu en place par un ensem- ble magnétique qui assure à la fois le déplacement et l'immobilisation du système, suivant les besoins. Pour simplifier avantageusement la réalisation, les déplacements ne sont pas commandables de l'extérieur, ce qui donne tout son intérêt au relèvepointe à commande électrique. L'appareil est conçu de manière à permettre d'une part l'observation de l'échantillon à tester et d'autre part, la focalisation d'un faisceau lumineux sur sa surface. Ces deux fonctions sont assurées par la loupe binoculaire 54 à éclairage épiscopique. Le grossissement maximum est de 250. L'éclairage de l'échantillon est assu- ré par le même trajet optique que celui de formation de l'image. Un système de polariseur sépare une voie gauche et une voie droite et donne une image stéréoscopique de qualité supérieure à celle que donnerait un éclairage la- téral, d'ailleurs difficile à mettre en place sur ce type d'appareillage. L'excitation optique de l'échantillon peut uti- liser une sortie latérale initialement destinée à un appa- reil photographique. Un faisceau lumineux (laser par exem- ple) peut aussi être focalisé sur la pupille d'entrée du tube latéral. L'image en est faite sur l'échantillon. Le système de séparation des voies par polariseur assure la protection de l'observateur. On peut donc choisir l'empla- cement à exciter optiquement avec précision et même procé- der à un balayage de l'échantillon par le faisceau, soit en déplaçant la loupe binoculaire (à l'aide d'un moteur pas à pas par exemple) soit en déplaçant le faisceau inci- dent sur la pupille d'entrée (à l'aide de miroirs vibrants par exemple). On observera enfin que les testeurs sous pointes connus, contrairement à celui de l'invention, ne sont pas équipés pour fonctionner à basse température (à 77 K par exemple). Cependant, et bien que ce ne soit pas le domaine habituel de fonctionnement des circuits électroniques, les mesures à basse température et plus généralement à tempé- ratures réglables (de 77 à 400 K) sont fort utiles dans certains cas et permettent d'accéder à des caractéristi- ques intéressantes des matériaux utilisés. Il va de soi que le testeur décrit n'est pas le seul qui puisse mettre en oeuvre le relève-pointe de l'in- vention et que cet exemple n'a été donné qu'à titre expli- catif. REVENDICATIONS 1. Relève-pointe à commande électrique pour ap- pareil de test sous pointes, caractérisé en ce qu'il com- prend un bilame (10) à deux branches, l'une (12) reliée à un corps fixe (16) et l'autre à un support de pointe (20) auquel est fixée ladite pointe (22), un moyen électrique (28) étant prévu pour commander l'échauffement du bilame et provoquer ainsi le relèvement de la pointe. 2. Relève-pointe selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le support de pointe est muni de co- lonnettes (32, 34) qui traversent le corps (16) et assu- rent le guidage du support dans son déplacement. 3. Relève-pointe selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le moyen de commande de l'échauffement du bilame est une source de courant électrique (28) apte à provoquer ledit échauffement par effet Joule dans le bila- me lui-même. 4. Relève-pointe selon la revendication 1, ca- racterisé en ce qu'il comprend en outre des butées (36, 38)-de limitation de la course du support de pointe. 5. Testeur sous pointes à basse température, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: - une -enceinte-de révolution sous vide(40X, - dans cette enceinte, un porte-échantillon (42) muni à sa partie inférieure d'une tige métallique de refroidisse- ment (46) qui traverse l'enceinte, - des porte-pointes de test (50) équipés chacun d'un relè- ve-pointe à commande électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - une loupe binoculaire (54) à éclairage épiscopique dis- posée au-dessus du porte -échantillon et équipée de moyens (56) pour diriger et focaliser sur le porte- échantillon un faisceau lumineux (58), - un cryostat (62) disposé sous l'enceinte à vide et dans lequel plonge la tige métallique (46).