Brevet FR2540994A1 — publié le 19840817

I 5 40994 La présente invention a pour objet un dispos 4- tif pour établir des contacts électriques sur un circuit a temperature variableo Elle trouve notamment son appli- cation dans les tests de mesure des dispositifs à semi- conducteurs. Il est nécessaire lors de l'étude et du déve- loppement de circuits électroniques de tester des élé- ments semiconducteurs tels qpe, diodes, capacités, tran- sistors ou autres O Les mesures se font dans un domaine thermique très large allant de la température de l'azote liquide, soit 77 K, à la tempéerature ambiante soit 300 R Pour certains tests, notamment létude de jonc- tions à effet Josephson, la temp 4 rature de travail peut être abaissée jusqu'à la température de l'hélium liqui- de, soit 40 K. I 1 est connu, pour réaliser ces contacts élec- triques, de travailler dans une enceinte sous vide con- tenant un support de plaque muni de moyens de régulation thermique sur lequel on pose une plaque formant subs- trat, qui reçoit les circuit-s A tester L'élément de Contact est constitué d:'une pointe électriquement con- ductrice portée par un bras manoeuvrable permettant de la positionner sur le point de circuit désiréo Un inconvénient de ce dispositif est dû à la dilatation thermique différente entre le bras et la pla- que de test Cela impose de contrôler fréquemment la position de la pointe par rapport au point de circuit a tester. Pour certaines applications, il est apparu par ailleurs utile d'effectuer des contacts sous une tempé rature variable dans le temps Le dispositif décrit, dé- jà délicat à mettre en oeuvre à kempérature fixe, est inutilisable pour effectuer de telles mesures. Une variante connue du dispositif précédent consiste, au lieu de tester directement les points du 2 2540994 circuit, à relier ceux-ci à des plots par l'intermédiai- re de fils soudés La surface des plots permet de s'af- franchir des problèmes de dilatation thermique différen- te entre la plaque et le bras Cette soudure préliminai- re, qui est exactement la premi'ère étape d'une mise sous boîtier d'un circuit intégré, est longue et délicate. C'est là l'inconvénient majeur de ce dispositif. Par ailleurs, dans ies-deux disslo f dê- crits, comme dans tous les dispositifs suivant Iart an- térieur, la pointe est solidaire du bras Il faut donc disposer de plusieurs bras pour tester simultanément plusieurs points du circuit ou tester séquentiellement les points du circuit si l'on ne dispose que d'un bras, donc d'une seule pointe, ce qui est le cas général. La présente invention a justement pour objet un dispositif pour établir des contacts électriques sur un circuit à température variable permettant de remédier à ces inconvénients. De façon plus précise, l'invention a pour ob- jet un dispositif pour établir des contacts électriques sur un circuit porté-par une plaque située dans une en- ceinte comprenant un support de plaque thermiquement ré- gulé, des éléments de contact reliés à des moyens de régulation thermique, un moyen de déplacement de ces éléments de contact par rapport a la plaque et des fils électriques pour relier ces éléments de contact à des moyens de mesure extérieurs à l'enceinte qui se caracté- rise en ce que le moyen de déplacement est séparable des éléments de contact. La séparabilité de l'élément de contact du bras moyen de déplacement de cet élément de contact per- met de s'affranchir de la dilatation du bras Elle per- met également une meilleure thermalisation de l'élément de contactile bras étant cause de fuites thermiques dans les dispositifs selon l'art antérieur Elle permet enfin 254 Q 994 de positionner plusieurs éléments de contdct au moyen d'un seul bras. Selon une caractéristique secondaire, le moyen de régulation thermique de chaque élément de vont tact est constitué par la gaine thermiquement conductri- ce du fil électrique reliée au support de plaque par un contact. Selon un modes de réalisation préféré' de l V In- vention, chaque élément de contact est un trépied dont l'un des pieds réalise le contact électrique avec le point de circuit à tester et dont les deux autres pieds assurent l'équilibre mécanique. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, chaque élément de contact est une aiguille ferromagnétique maintenue sur le point de circuit à tes- ter par des moyens qui créent au-dessus de la plaque un champ magnétique uniforme, le moyen de déplacement de l'élément de contact étant un moyen électromagnétique. De manière préférentielle, le champ magnéti- que uniforme au-dessus de la plaque est sensiblement or- thogonal à sa surface Ce champ magnétique uniforme peut être réalisé par le support de plaque lui-même constitué d'un aimant permanent ou d'un électroaimant. Selon une caractéristique secondaire, le moyen électromagnétique de déplacement de l'élément de contact comprend un solénoide parcouru par un cou Xant. Selon un mode de réalisation avantageux, l'en- ceinte est double, son enceinte interne contient le sup- port de plaque, la plaque et les éléments de contact et est munie d'une partie amovible permettant au moyen de déplacement de venir positionner les éléments de con- tact. Cette double enceinte permet d'obtenir de meilleures performances et notamment d'atteindre une température de travail de 41 K. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles: la figure 1 représente un mode de réalisa- tion particulier du dispositif selon l'invention, la figure 2 représente un mode de réalisa- tion d'un tlement de contact électrique,. la figure 3 représente un autre mode de réa- lisation d'un élément de contact électrique, la figure 4 représente schématiquement les interactions magnétiques entre les éléments de la figure 3. Sur la figure 1, on a représenté une enceinte 1 sous vide munie d'une fenêtre optique 9 dans laquelle on a placé une enceinte interne 12 munie d'un couvercle amovible Cette enceinte interne 12 contient un sup- port de plaque 2 muni de moyens d'asservissement thermi- que 13 pouvant être par exemple un circuit réfrigèrant traversant le support de plaque 2 Sur ce -support de plaque 2, on a posé la plaque 3 sur laquelle reposent les éléments constituant le circuit à tester Les élé- ments de contact 4 posés sur les connexions à tester sont reliés électriquement à des moyens de mesure 14 par l'intermédiaire de fils électriques 5 assurant également un contact thermique au moyen de contacts 6 connectés sur le support de plaque 2 Le moyen de déplacement des éléments de contact 4 est constitué d'un bras 7 muni d'un moteur 8. Le dispositif fonctionne de la façon suivan- te: on enlève le couvercle 10 de l'enceinte interne 12 puis on positionne les éléments de contact 4 au moyen du bras 7 en se guidant par le moyen optique 11 l mobile dans un plan parallèle à celui de la plaque 3 Lorsque les éléments de contact 4 sont en place, on dégage le bras 7, on remet le couvercle 10 de l'enceinte interne 12 en place et on fait la mesure choisie. Un mode particulier de réalisation d'un élé- ment de contact 4 est décrit sur la figure 2 o on a aussi représenté une extrémité du bras 7 termine par un moyen de prehension 24 de l'éléïment de contact 4. Sur la figure 2, ce moyen de prehension 24 est mécanique: pince, enserrant là co Rps, 23 de 1 'élémernt: d& contact 4 Ce peut -tre aussi um appendice senfichant dans une cavité ménagée dans le corps de l'élément de contact 4 ou autre Ce moyen peut également être magné- tique si le corps 23 de l'élément de contact 4 est fer- romagnétique L'élément de contact 4 est un trépied re- posant sur la plaque 3 L'un des pieds est la pointe de mesure 20 S les deux autres pieds 21 et 22 électrique- ment isolants, assurent la stabilité mécanique Le fil 5 réalise la liaison électrique avec un circuit de mesure extérieur à l'enceinte 1. La figure 3 Illustre un autre mode de réalisa- tion de -l'élément de contact 4 et de son moyen de dépla- cement. Le support de plaque 2 crée par tout moyen connu un champ magnétique uniforme au-dessus de la pla- que 3 Ce champ magnétique uniforme est, de manière pré- férentielle, sensiblement perpendiculaire à la surface de la plaque 3 Dans ce champ, l'aiguille ferromagnéti- que 30 constituant l'élément de contact 4 est stable le long d'une ligne de champ Cette aiguille ferromagnéti- que 30 est déplacée et mise en position par le solénoide 31 situé à l'extrémité du bras 7. Le déplacement de l'aiguille ferromagnétique par le bras 7 est expliqué par le dessin schématique de la figure 4. Le support de plaque 2 est assimilé à un dipô- le magnétique 40 Le sens de ce dipôle est arbitraire. 6 * 2540994 L'aiguille ferromagnétique 30, selon le schéma de la fi- gure 4, se magnétise en un dipôle 41 sous l'action du dipôle magnétique 40 La force magnétique entre les di- pôles 40 et 41 assure le contact eéectrique de l'aiguil- le ferromagnétique 30 sur le, paint de circuit à tester, Pour déplacer l'aiguille ferromagnétique 30, on approche le solénoide 31 de celle-ci et on fait circuler un cou- rant électrique dans ce d Irlúr Xl se comporte, alora comme un dipôle magnétique 42 o On fait circuler ce cou- rant dans le sens tel que le solénoïde 31 attire l'ai- guille ferromagnétique 30 Lorsqu'il y a contact, le di- p 8 le 41 s'inverse Il y a alors répulsion entre le dip&- le 40 d'une part et l'ensemble des dip 81 es 41 et 42 d'autre part On peut alors déplacer le bras 7 portant l'aiguille ferromagnétique 30 La dépose de l'aiguille ferromagnétique 30 sur un autre point à tester se fait en coupant le courant dans le solénoide 31. Pour des raisons de commodité de positionne- ment de l'aiguille ferromagnétique 30, l'axe du solénol- de 31, donc l'axe de l'aiguille ferromagnétique 30 pen- dant son déplacement est tel que le moyen guidant le déplacement de l'aiguille ferromagnétique 30, oeil d'un opérateur, caméra ou autre, voit l'extrémité de l'ai- guille ferromagnétique 30 se positionner sur le point de circuit désiré. 7 2540994 REVENDICATIONS 1 Dispositif pour établir des contacts élec- triques sur un circuit porté par une plaque ( 3) située dans une enceinte ( 1) comprenant un support de plaque ( 2) thermiquement régul,, des éléments de contacts ( 4) reliés à des moyens de régulation thermique, un moyen de déplacement ( 71 de ces éléments de contact par rapport à la plaque ( 3 > et des fils électriques ( 5) pour relier ces éléments de contact ( 4) a des moyens de mesure ( 14) ces aendemsre 4 extérieurs à l'enceinte ( 1), caractérisé en ce que le moyen de déplacement est séparable des éléments de con- tact ( 4). 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le moyen de régulation thermique de chaque élément de contact ( 4) est constitué par la gaine thermiquement conductrice du fil électrique ( 5), reliée au support de plaque ( 2). 3 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque élé- ment de contact ( 4) est un trépied dont l'un des pieds ( 20) réalise le contact électrique avec le point du oir- cuit à tester et dont les deux autres pieds ( 21 et 22) assurent l'équilibre mécanique. 4 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque élé- ment de contact ( 4) est une aiguille ferromagnétique ( 30) maintenue sur le point de circuit à tester par des moyens qui créent au-dessus du support de la plaque ( 2) un champ magnétique uniforme et en ce que le moyen de déplacement de l'élément de contact ( 4) est un moyen électromagnétique. Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que le champ magnétique uniforme au- dessus de la plaque ( 3) est sensiblement orthogonal à sa surface. 6 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 4 et 5, caractérisé en ce que le support de plaque ( 2) est un aimant permanent. 7 Dispositif selon l'une quelconque ds re- vendications 4 et: 5, caractdri-sé en ce que le support de plaque ( 2) est un électroaimant 8 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 4 àA 7, caractérisé en ce que le mgea éec tromagnétique de déplacement de l'élément de contact ( 4) est un solénoïde ( 31) parcouru par un courant. 9 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'enceinte est double, l'enceinte interne ( 12) contenant le support de plaque ( 2), la plaque ( 3) et les éléments de contact ( 4) et étant munie d'une partie amovible ( 10) permettant au moyen de déplacement de venir positionner les éléments de contact ( 4).