Brevet FR2513381A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne des sondes électriques télescopiques miniatures chargées chacune par un ressort, destinées à établir des connexions de test électrique avec des plaquettes à circuits imprimés ou analogues. Le test électrique de plaquettes à circuits imprimés exige l'établissement d'un grand nombre de connexions de test en des points étroitement rapprochés sur la plaquette à circuits Une matrice desondes étroi- tement rapprochées chargées chacune par un ressort et faisant saillie à partir d'une plaquette isolante, est utilisée pour établir un contact simultané avec un grand nombre de points de test sur la plaquette à circuits testée Les sondes individuelles sont construites à partir d'un bottier tubulaire conducteur allongé à l'intérieur duquel coulisse un plongeur conducteur Le plongeur présente une surface de contact faisant saillie au delà de l'extrémité du bottier tubulaire, et un ressort hélicoïdal de compression disposé dans le bottier sollicite le plongeur vers l'extrémité de ce dernier avec une ex- tension totale du contact Les bottiers tubulaires res- pectifs d'un certain nombre de sondes sont montés sur une base isolante commune, les sondes et les contacts s'étendant à partir de la base en relation de parallélisme et d'étroit rapprochement Si la base est amené à proxi- mité d'un circuit imprimé en cours de test, les sondes peuvent établir un contact simultané avec une pluralité de points de test sur la plaquette à circuits imprimés. Pour permettre d'effectuer des mesures électriques précises et significatives en utilisant les sondes, il est essentiel que la résistance électrique introduite par une sonde entre le point de contact avec la plaquette à circuits imprimés et un instrument de test distant, non seulement soit rendu aussi faible que possi- ble, mais encore, et ce qui est plus important, qu'elle -2- reste la même d'une mesure donnée à la suivante En d'autres termes, la résistance électrique doit rester sensiblement constante pendant toute la durée de vie utile de la sonde, qui peut correspondre à plusieurs centaines de milliers de cycles de coulissement téles- copique. Dans le passé, les performances de l'ensemble constituant la sonde et en particulier les caractéristi- ques de résistance pendant toute la durée de vie de la sonde, se détériorant en raison de particules de fric- tion formées par le contact de glissement entre le boîtier tubulaire ou cylindre et le plongeur ou piston. Le coulissement du plongeur tend à user par abrasion la surface intérieure du cylindre en engendrant une matière particulaire principalement composée du métal de base dont le cylindre est fait Cette matière particu- laire est alors emprisonnée entre le cylindre et le plongeur, les minuscules particules tendant à réduire la surface de contact entre le cylindre et le plongeur et à introduire un niveau erratique et dans l'ensemble croissant de résistance électrique pendant la durée de vie de l'ensemble formant la sonde En outre, le ressort de compression confiné à l'intérieur du cylindre tend à être dévié latéralement lorsqu'il est comprimé et à appliquer ainsi une charge latérale contre la surface intérieure du cylindre Cette charge latérale produit un contact de glissement entre les spires du ressort et la surface intérieure du cylindre, ce qui de nouveau entraîne la génération de particules de friction Le fil métallique du ressort tend à s'user en raison de son contact de glissement avec le cylindre, ce qui pro- voque une défaillance par fatigue précoce du ressort de compression. L'invention vise une sonde perfectionnée, d'une durée de vie utile considérablement prolongée, 251338 a -3- au cours de laquelle la résistance électrique est main- tenue à un niveau sensiblement constant et très bas La conception de la sonde permet de réaliser un ensemble interchangeable de contact sur de très petites zones circulaires, par exemple d'un mm de diamètre A cet effet, on prévoit essentiellement une sonde électrique à contact à ressort comprenant un cylindre tubulaire présentant une partie extrême fermée de diamètre réduit propre à être enfichée dans un réceptacle femelle monté dans une plaquette isolante Un plongeur coulisse dans le cylindre et présente une partie de contact qui fait saillie hors de l'extrémité ouverte opposée du cylindre. Un ressort de compression hélicoïdal sollicite le plongeur vers l'extérieur contre une butée, de sorte qu'une pression exercée contre le contact provoque une rétraction du plongeur dans le cylindre contre l'action du ressort hélicoïdal Une graisse synthétique de type diester, contenant un hydroxylstéarate de lithium mélangé dans une base d'huile synthétique, est appli- quée au ressort et agit non seulement en lubrifiant l'effet de frottement du ressort et du plongeur sur l'intérieur du cylindre, mais également en emprisonnant les particules de métal abrasé qui autrement tendraient à s'accumuler entre le cylindre et le plongeur et à produire des variations erratiques de la résistance électrique de la sonde Le lubrifiant protège en outre le ressort et le cylindre contre la corrosion. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint, dont la figure unique est une vue en élévation latérale avec coupe partielle de l'ensemble formant la sonde. On va maintenant se référer en détail a ce dessin, sur lequel la référence numérique 10 désigne de manière générale une plaquette en matériau isolant, 251338 i -4- qui est utilisée en tant que partie d'un accessoire de test pour supporter une matrice de sondes de test uti- lisée pour tester une plaquette à circuits imprimés ou analogues L'ensemble formant chaque sonde comprend un réceptacle métallique 12 de forme tubulaire ouvert à ses deux extrémités Le milieu du réceptacle est légè- rement élargi comme indiqué en 14 pour assurer un emman- chement à force lors de son insertion dans un trou percé dans la plaquette isolante 10 Une connexion électrique avec le réceptacle peut être assurée par un fil 16 portant un contact de broche ou fiche mâle 18 serti ou fixée d'une autre manière à l'extrémité du fil et enfichable dans l'une des extrémités du récep- tacle 12 Cette borne en forme de fiche est facultative et le fil peut être directement soudé ou fixé d'une autre manière dans le réceptacle 12. La structure composite de sonde amovible, désignée dans son ensemble par la référence générale 20, comprend un cylindre 22 de forme tubulaire Ce cylindre est de préférence étiré à partir d'un morceau de matériau métallique plat de manière à être fermé à l'une de ses extrémités, comme indiqué en 24 En fabriquant le cylindre de la sonde par un procédé d'étirage, on peut plaquer au préalable la surface intérieur avec de l'or à une épaisseur uniforme alors que le cylindre est encore sous une forme plaque non étirée On obtient ainsi une surface plaquée d'or beaucoup plus épaisse et plus uniforme que ce qu'on pourrait obtenir en essayant de plaquer l'intérieur du cylindre une fois qu'il a pris sa forme définitive. Le cylindre 22, au voisinage de l'extrémité fermée 24, est étiré à un diamètre plus petit pour former un épaulement tronconique 26 La partie de diamètre ré- duit forme une fiche qui peut être insérée dans le récep- tacle 12, ce qui permet de monter l'ensemble de la sonde sur la plaquette isolante 10. 2 x 33384 -5- Un ressort hélicoïdal 28 du type travaillant à la compression est inséré dans le cylindre avec l'une de ses extrémités en contact avec l'épaulement tronco- nique 26, ce qui empêche le ressort de pénétrer dans l'extrémité formant fiche du cylindre, o il pourrait se trouver pincé ou freiné en raison de la distorsion ou déformation de l'extrémité formant fiche lors de son insertion dans le réceptacle 12 Un plongeur, désigné dans son ensemble par la référence générale 30, est alors inséré dans l'extrémité ouverte du cylindre Ce plongeur présente un diamètre qui forme un contact de glissement avec la surface intérieure du cylindre, de manière à être librement mobile tout en assurant une bonne conductivité électrique entre la surface intérieure plaquée d'or du cylindre et le plongeur Le plongeur présente une partie de diamètre réduit 32, qui le sub- divise en une tête 34 appliquée contre l'extrémité du ressort hélicoïdal 28, et er une partie de contact 36 qui fait saillie au delà de l'extrémité du cylindre. Après assemblage, le cylindre est serti, comme indiqué en 38, dans la partie de diamètre réduit 32 La partie sertie forme une butée contre laquelle la tête 34 du plongeur repose lorsqu'il se trouve en position d'ex- tension totale sous l'action du ressort 28 La butée formé par le sertissage 38 limite en outre le mouvement vers l'intérieur du plongeur contre l'action du ressort. Une caractéristique importante de l'invention réside en ce qu'avant l'assemblage, le ressort 28 est tout d'abord immergé dans un lubrifiant de type diester vendu dans le commerce en tant que graisse d'avion "Royco 27 A" et "Royco 80827 " Cette graisse, qui est une spécialité de la Royal Lubricants Company d'East Hanover, New Jersey (E U A), est fabriquée à partir d'un mélange d'huiles synthétiques, d'un hydroxylstéarate de lithium et d'autres additifs conférant de la résistance 251338 1 -6- à l'oxydation et à l'humidité, et qu'ils améliorent la capacité de su Dport de charge sons des pressions extrê- mes Des caractéristiques importantes de ce produit, du point de vue de l'invention, sont sa très grande résis- tance au cisaillement, sa forte viscosité et sa carac- téristique non hygroscopique, ainsi que le fait qu'il ne forme pas de polymères de friction. Après avoir plongé le ressort dans ce lubrifiant, on le fait tourner rapidement dans une centrifugeuse pour éliminer tout produit lubrifiant en excès, de manière à laisser le ressort revêtu d'une mince pellicule uniforme Après assemblage du ressort dans la sonde, le lubrifiant se répartit dans toute l'étendue de l'intérieur du cylindre au cours des quel- ques premiers actionnements du plongeur Bien que le lubrifiant ne soit pas conducteur, il ne dégrade pas les caractéristiques électriques de l'ensemble de la sonde lui-même A la différence de lubrifiants classiques, tels que des huiles à base de pétrole, le graphite et les huiles au silicium qui ont été testées, ce produit, au cours de plusieurs test portant sur une durée de vie prolongée et sur plus d'un million de cycles de rétrac- tion du plongeur dans le cylindre, a conservé une caractéristique de résistance uniformément basse de l'ordre de 20 x 10-3 ohm Cela contraste avec les sondes de la technique antérieur disponibles sur le marché, qui se sont avérées défectueuses ou qui ont présenté des caractéristiques de résistance inacceptablement élevée et, ce qui est plus grave, extrêmement erratique, en moins de 200 000 cycles de fonctionnement. X 3383 1 -7- REVENDICATIONS 1. Sonde électrique ( 20) à contact à ressort, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément tubulaire ( 22), un plongeur ( 30) mobile à l'intérieur de cet élé- ment tubulaire et présentant une partie de contact ( 36) qui s'étend hors de l'extrémité ouverte dudit élément tubulaire, un ressort hélicoïdal ( 28) de compression à l'intérieur de l'élément tubulaire, ce ressort ayant une extrémité appliquée contre la tête ( 34) du plongeur et son autre extrémité appliquée contre l'élément tubulaire, ledit ressort sollicitant la tête du plongeur vers ladite extrémité ouverte, des moyens de butée ( 38) limitant le déplacement du plongeur vers l'extérieur par le ressort, et une graisse synthétique appliquée au ressort pour emprisonner toute matière particulaire arrachée à l'élé- ment tubulaire par abrasion par suite du contact avec le ressort. 2. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite graisse synthétique comprend une base d'huile synthétique et un hydroxylstéarate de lithium mélangé dans ladite base. 3. Appareil selon la revendication 2, carac- térisé en ce que ladite graisse synthétique est non hygro- scopique et présente une très grande résistance au cisail- lement. 4 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la graisse est appliquée par immersion du ressort dans la graisse et élimination de la graisse en excès par rotation rapide du ressort dans une centri- fugeuse. 5 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'intérieur de l'élément tubulaire est plaqué d'or. 6. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'élément tubulaire ( 22) a son diamètre 251338 I -8- réduit au voisinage immédiat de son extrémité ( 24) oppo- sée au plongeur, de manière à former une fiche, la partie de diamètre réduit formant en outre un épaulement ( 26) sur lequel est appliqué l'une des extrémités du ressort. 7 Appareil à sondes de test, caractérisé en ce qu'il comprend une plaquette isolante ( 10) présen- tant une pluralité de trous, une pluralité de réceptacles tubulaires ( 12) montés chacun dans l'un de ces trous, une pluralité d'ensembles amovibles constituant chacun une sonde ( 20); enfichés dans les réceptacles, chacun desdits ensembles comprenant un cylindre ( 22) présentant une partie de diamètre réduit au voisinage immédiat de l'une de ses extrémités ( 24), propre à être glissée-à l'inté- rieur d'un réceptacle à la manière d'une fiche, un ressort de compression ( 28) à l'intérieur du cylindre,-la partie de diamètre réduit formant un épaulement ( 26) sur lequel est appliqué le ressort par l'une de ses extrémités, un plongeur ( 30) disposé de manière à pouvoir coulisser dans le cylindre contre l'autre extrémité du ressort pour comprimer celui-ci, ledit plongeur formant un contact ( 36) qui fait saillie hors du cylindre, et un agent lubri- fiant liquide visqueux revêtant uniformément le ressort. 8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'agent lubrifiant comprend une base d'huile synthétique et un hydroxylstéarate de lithium mélangé dans cette base d'huile. 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'agent lubrifiant est non hygro- scopique et présente une très grande résistance au cisail- lement. 10. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'agent lubrifiant est constitué par une graisse d'avion d'un type vendu dans le commerce sous le nom de "Royco 27 A". 1338 i 11. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'agent lubrifiant est constitué par une graisse d'avion d'un type vendu dans le commerce sous le nom de "Royco 80827 ".