Brevet FR2616263A1 — publié le 19881209

PROCEDE D'AJUSTEMENT PAR LASER DE COMPOSANTS ELECTRIQUES La présente invention concerne l'ajustement par laser de composants électriques. On ajuste par laser des résistances constituées par une matière résistive supportée par un substrat, et ayant des électrodes aux deux extrémités de la matière, pour enlever de la matière de façon précise entre les élec- trodes, afin d'obtenir la valeur désirée pour la résistance. En enlevant de la matière, on gène la circulation de l'électricité, ce qui augmente la valeur de résistance. L'ajustement peut faire intervenir une coupure en plongée (une seule coupure s'étendant dans la matière à partir d'un côté, dans une direction transversale à la direction reliant les électrodes), une coupure en L (deux branches, l'une s'étendant dans la matière à partir d'un côté, transversale- ment à la direction reliant les électrodes, et l'autre s'étendant parallèlement à cette direction), une coupure en U (trois branches, deux s'étendant à partir d'un côté et transversalement à la direction précitée, et l'autre s'éten- dant parallèlement à elle), ou une coupure par balayage (coupures répétitives en chevauchement qui enlèvent une grande partie de la matière). Des coupures en U sont souhaitables pour certaines applications, du fait qu'elles ne comportent pas les points de terminaison des coupures en plongée et en L (qui, en gé- néral, perturbent la circulation des électrons et peuvent permettre l'amorçage d'arcs (par exemple lorsqu'on les uti- lise dans des parafoudres)), elles sont plus rapides à réa- liser que des coupures par balayage et ne présentent pas des contraintes thermiques associées à des coupures par balayage. L'obtention d'une valeur de résistance précise avec des coupures en U a souvent nécessité de fonctionner dans un mode répétitif du type démarrage/arrêt/mesure, qui fait intervenir un ajustement non continu, susceptible de produire des micro-fissures. Un autre procédé pour éviter l'arrêt du laser a constitué à effectuer plusieurs coupures en U en chevauchement, des coupures en U successives ayant des première et troisième branches plus longues et des se- condes branches plus courtes. On a découvert qu'on pouvait avantageusement com- mander l'ajustement par laser d'un composant électronique (par exemple une résistance), en déterminant la valeur de la longueur d'une branche d'une coupure du composant, par référence à une information basée sur des coupures rorres- pondant à des branches de différentes longueurs d'un ou de plusieurs composants ayant la même configuration géométri- que que le composant qui est ajusté. Dans des modes de réalisation préférés, la cou- pure est une coupure en U, et on mesure la caractéristique électrique intéressante (par exemple la résistance) pendant la seconde branche, et une transition de la seconde branche vers la troisième branche a lieu pour une valeur de carac- téristique prédéterminée, qui est prévue de façon à donner la valeur désirée après l'opération de coupure concernant la troisième branche; l'information utilisée pendant la coupure de la branche mentionnée en premier est de la forme: longueur = AIPRETESTIB, en désignant par A et B des cons- tantes déterminées par des coupures associées à des valeurs sélectionnées PRETEST (pourcentage de différence entre la résistance au début.et la résistance désirée), et des va- leurs imposées de la résistance finale désirée, DRES; et la valeur de caractéristique prédéterminée est SRES, c'est-à- dire le pourcentage de résistance en-deçà de la résistance désirée (DRES) à la fin de la seconde branche, SRES étant fixé égal à A'IPRETESTIB, en désignant par A' et B' des constantes qui sont également déterminées par des coupures d'un composant ayant la même configuration géométrique que le composant qui est ajusté. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation pré- féré, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation en perspective schématique d'un appareil d'ajustement par laser conforme à l'invention. La figure 2 est un schéma synoptique de composants de commande de l'appareil d'ajustement par laser de la fi- gure 1. La figure 3 est une vue en. plan schématique d'une résistance ajustée par une coupure en U effectuée conformé- ment à l'invention. La figure 4 est une représentation graphique de la relation donnant la longueur de coupe (CL) en fonction du paramètre PRETEST, qui est déterminée par l'appareil de la figure 1 et est employée dans la commande de l'ajuste- ment par cet appareil. La figure 5 est une représentation graphique de la relation donnant SRES (pourcentage de résistance) en fonction du paramètre PRETEST, qui est déterminée par l'ap- pareil de la figure 1 et est employée dans la commande de cet appareil. - La figure 6 est un organigramme qui décrit le procédé employé pour obtenir les coefficients décrivant la fonction de la figure 4. La figure 7 est un organigramme décrivant le pro- cédé employé pour obtenir des coefficients décrivant la fonction de la figure 5. La figure 8 est un organigramme décrivant un pro- cédé d'ajustement qui utilise l'appareil de la figure 1. En considérant la figure 1, on voit un appareil d'ajustement par laser 10, dont la structure et le fonc- tionnement sont décrits en détail dans la demande de brevet US 798584, déposée le 15 novembre 1985. L'appareil 10 com- prend une source laser 12 du type YAG au néodyme qui fournit un faisceau 14 à 1,6 micron, un dispositif de translation de faisceau 16, un système optique d'expansion de faisceau 18, un réflecteur pivotant pour l'axe X, 20, un réflecteur pivo- tant pour l'axe Y, 22, un système optique de balayage de type télécentrique, 24 et un support mobile 25 qui supporte un substrat 26 portant des résistances 28. Le dispositif de translation de faisceau 16 comprend un élément réfringent optiquement plan 30 (un morceau de verre plat) qui est monté de façon pivotante sur le galvanomètre 32. L'élément ré-. fringent 30 est incliné dans sa monture par rapport à l'axe vertical perpendiculaire au faisceau 14, dans le but indiqué ci-après. Les réflecteurs pivotants 20, 22 comprennent des miroirs 34, 36 qui sont montés de façon à pivoter autour d'axes 38, 40 dans les galvanomètres respectifs 42, 44. L'appareil 10 comprend également des sondes 51 qui sont montées de façon mobile (à l'aide de moyens non représentés) pour venir en contact avec des électrodes 54 (figure 3) d'une résistance 28, pour mesurer la valeur de résistance. En considérant le schéma synoptique simplifié de la figure 2, on voit qu'un système d'ajustement 46 qui com- prend l'appareil d'ajustement par laser 0l, est commandé par un ordinateur externe 48 et comprend un mécanisme de trans- lation de substrat 50, pour communiquer des mouvements im- portants au substrat 26, afin d'amener des résistances 28 individuelles en position pour le balayage par le faisceau laser focalisé 52 (figure 1). Un circuit de commande de galvanomètres 54 convertit des signaux de commande numéri- ques en signaux de position analogiques pour les galvanomè- tres. En considérant la figure 3, on voit qu'une résis- tance 28 comprend une matière résistive 52', connectée à des électrodes 54 et ayant une largeur RW et une longueur RL. La matière résistive 52' contient une coupure en forme de U, 56, qui est réalisée conformément à l'invention. La coupure 56 comporte une première branche 58, une seconde branche 60, une troisième branche 62 et des transitions ou des coins courbes 64 entre elles. Les première et troisième branches 58, 62 ont des longueurs CL et la seconde branche 60 a une longueur CW. Fonctionnement De façon générale, après une procédure de carac- térisation initiale, dans laquelle on établit une base de données en ajustant des résistances 28 et en mesurant des changements de valeur de résistance résultants (comme dé- crit en détail ci-après), on ajuste des résistances 28 in- dividuelles en mesurant une valeur de résistance initiale, RRES, et en ajustant la résistance de façon à obtenir une valeur de résistance désirée, DRES, qui est supérieure à RRES. Dans le fonctionnement, on monte sur le support un substrat 26 qui porte des résistances 28 devant être ajustées par exposition au faisceau laser focalisé 52. Le mécanisme de translation de substrat 50 déplace des résis- tances 28 individuelles sur le support 25 pour les amener en alignement avec le système optique de balayage de type télécentrique 24, et on utilise les galvanomètres 32, 42, 44 pour diriger rapidement et précisément le faisceau fo- calisé 52 vers la résistance particulière 28 qui est ajus- tée. Le galvanomètre 42 fait pivoter le miroir 34 de façon que le faisceau focalisé 52 se déplace dans la di- rection X sur la tranche 26, et le galvanomètre 44 fait pivoter le miroir 36 de façon que le faisceau focalisé 52 se déplace dans la direction Y, le tout sous la commande de l'ordinateur 48. En fonction de la position de pivotement du miroir 34, le galvanomètre 32 ajuste l'élément réfrin- gent 30 pour déplacer latéralement le faisceau 14 de la quantité nécessaire pour qu'il soit réfléchi par le miroir 34 vers le centre 56 de la pupille 45, comme décrit en dé- tail dans la demande de brevet précitée. L'établissement de la base de données comprend deux étapes, la première concernant des changements de va- leur de résistance qui résultent de changements de CL (les longueurs des première et troisième branches), et la secon- de concernant des différences de valeur de résistance avant et après l'opération de coupure formant la troisième bran- che, qu'on utilise pour définir CW (la longueur de la se- conde branche), pendant une opération de coupure. On utili- se dans les deux étapes un paramètre appelé PRETEST, qui est défini comme étant le pourcentage de différence entre la valeur de résistance mesurée, RRES, et la valeur-désirée, DRES, et qui est donné par la formule suivante: PRETEST = RRES - DRES x 100 DRES (PRETEST est donc toujours négatif pour l'ajustement par laser.) Dans la première étape, la formule qui décrit la relation donnant CL en fonction de PRETEST, représentée sur la figure 3, est établie en déterminant les valeurs de CL qui donnent les valeurs PRETEST suivantes, qu'on désigne par o: -3%, -8%, -13%, -18%, -23%, -28%, -33%, -38%. En considérant la figure 6, on note qu'une résis- tance différente est utilisée pour chaque valeur de o. Les sondes 51 viennent en contact avec les électrodes 54 d'une résistance 28 à ajuster, et on mesure la valeur, RRES, de cette résistance. On détermine DRES par la formule suivante: RRES DRES = 1 +o Cette valeur de DRES donne la valeur de résistance finale (après ajustement d'une coupure en U) qui est associée à a, pour une valeur RRES donnée. On fixe CW égale à 0,60 RW pour la totalité de la première étape dans le cas de petites ré- sistances (RW inférieure à 2,5 mm), et égale à 0,833 RW pour de grandes résistances (RW supérieure à 2,5 mm). On ajuste initialement la résistance 28 avec le plus petit pas de CL que permet l'appareil, et on mesure la valeur de résistance RRES résultante, et on la compare avec DRES. On poursuit ceci, en incrémentant CL d'un pas à chaque coupure succes- sive, jusqu'à ce que RRES soit supérieure à DRES. La valeur CL obtenue juste avant cette coupure correspond à la plus grande coupure qu'on peut effectuer, en maintenant la valeur de la résistance inférieure à la valeur attendue. Cette va- leur de CL procure une paire de données pour la'relation donnant CL en fonction de PRETEST, qui est représentée sur la figure 4. On utilise ensuite une nouvelle résistance 28 (ayant la même configuration géométrique) pour la valeur 0 suivante, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'on ait utilisé tous les o. On utilise ensuite la base de données résul- tante à huit données, contenant des valeurs de CL pour cha- que C, pour déterminer des coefficients A et B dans l'ap- proximation polynômiale suivante de la relation donnant CL en fonction de PRETEST: CL = AIPRETESTIB On utilise en particulier une régression linéaire de log CL en fonction de log A plus B fois log PRETEST, avec les huit.valeurs de la base de données, pour obtenir A et B. L'ajustement effectué en n'utilisant que l'infor- mation de la figure 4, en ne faisant varier que CL, conduit à une précision de +3% pour de petites résistances. De ce fait, pour obtenir une plus grande précision, on utilise également la technique qui consiste à faire varier la lon- gueur de la seconde branche, en utilisant l'information de la seconde étape, décrite ci-après. Dans la seconde étape, on établit la formule qui définit la relation donnant SRES en fonction de PRETEST, représentée sur la figure 5. SRES est la valeur de résis- tance, RRES, à la fin de la coupure de la seconde branche qui correspond à une valeur DRES désirée après la coupure de la troisième branche. (La coupure de la troisième bran- che provoque une réduction supplémentaire de la valeur de résistance, par exemple de 2%.) SRES est un pourcentage de DRES; par exemple, une valeur SRES de -2% signifie que la coupure de la seconde branche se termine lorsque RRES re- présente 98% de DRES. En se référant à la figure 7, on note que SRES est calculée pour chaque valeur de d (et la valeur CL cor- respondante) en fixant initialement SRES égale à 0. (Par conséquent, la valeur de résistance après la coupure de la seconde branche est DRES.) La valeur PRETEST qu'on obtient après la coupure de la troisième branche (un nom- bre positif) concerne donc la différence de valeur de ré- sistance qui résulte de la coupure de la troisième branche. On utilise pour SRES l'opposé de cette valeur PRETEST pour une coupure suivante avec la même valeur ô; si la résis- tance finale résultante est dans une plage de +0,5% par rapport à DRES, on utilise cette valeur SRES pour d. Dans le cas contraire, on effectue des coupures supplémentaires en changeant SRES (en lui donnant une valeur plus négative si la valeur PRETEST résultante est positive, ou une valeur plus positive si la valeur PRETEST résultante est négative) jusqu'à ce que la valeur de résistance mesurée résultante soit comprise dans une plage de +0,5% par rapport à DRES. On utilise la même procédure pour les autres va- leurs c, et on utilise la base de données résultante pour déterminer les coefficients A' et B' dans l'approximation polynômiale suivante de la relation donnant SRES en fonc- tion de PRETEST: SRES = A' IPRETEST IB' Les coefficients A, B, A' et B' qu'on vient de calculer sont des constantes qui ne seront pas actualisées pendant un travail portant sur la même configuration géo- métrique, la même matière résistive et la même valeur DRES. En considérant la figure 8, on note que pendant l'ajustement réel, lorsque l'appareil 46 ajuste des résis- tances 28 individuelles, il mesure la résistance initiale RRES, il utilise A, B, A', B' pour déterminer CL et SRES, et il forme de façon continue la coupure en U 60, sans s'arrêter, en effectuant les calculs au vol. La première branche 58 est coupée sur une distance égale à CL; Pendant l'opération de coupe de la seconde branche 60, la valeur RRES est continuellement contrôlée et comparée avec (1- SRES) fois DRES. Lorsque RRES est égale à cette valeur (ou la dépasse pour la première fois), l'appareil 46 com- mence à couper la troisième branche, et la valeur de résis- tance résultante à la fin de la troisième branche est proche de DRES. D"autres modes de réalisation de l'invention en- trent dans le cadre des revendications annexées. On pour- rait par exemple employer l'invention avec des composants électriques autres que des résistances, et pour effectuer un ajustement dans le but d'obtenir des caractéristiques électriques autres qu'une valeur de résistance (par exem- ple une tension, une fréquence ou quelque autre caracté- ristique dépendant de l'ajustement). De plus, au lieu d'utiliser l'ensemble comprenant trois galvanomètres et un système optique de balayage de type télécentrique, dé- crit ci-dessus, on pourrait utiliser un ensemble comprenant deux galvanomètres et un système de balayage non télécen- trique. Il va de soi que de nombreuses autres modifica- tions peuvent être apportées au procédé.décrit et représen- té, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'ajustement par laser d'un composant électronique (28), pour obtenir une caractéristique élec- tronique désirée, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on introduit dans un dispositif de commande la valeur désirée de la caractéristique précitée du composant (28) à ajuster; on mesure la valeur initiale de cette caractéristique du composant (28) à ajuster; on détermine la valeur de la longueur (CL) d'une première branche (58) d'une coupure du composant (28), par référen- ce à une information basée sur des coupures correspondant à des branches de différentes longueurs dans un composant ayant la même configuration géométrique que le composant qui est ajusté; et on coupe le composant qui est ajusté, en utilisant le laser (12) pour obtenir la première bran- che (58) de la coupure (56). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première branche est la première branche (58) d'une coupure en U (56) ayant des première, seconde et troisième branches (58, 60, 62), et en ce qu'il comprend en outre l'opération qui consiste à déterminer une valeur de caractéristique prédéterminée pour arrêter l'opération qui consiste à couper la seconde branche (60) de la coupu- re (56), afin d'obtenir la valeur de caractéristique dési- rée après la coupure de la troisième branche (62). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant est une résistance (28). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la caractéristique précitée est la valeur de résistance. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'information précitée est ia longueur de la branche (CL) en fonction d'un paramètre PRETEST. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'information précitée se-présente sous la forme 261626' suivante: longueur égale AIPRETESTIB, en désignant par A et B des constantes qui sont déterminées par des coupures associées avec des valeurs PRETEST sélectionnées et des valeurs DRES imposées. - 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composant (28) est une résistance. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur de caractéristique prédéterminée con- cerne SRES, c'est-à-dire le pourcentage de valeur de ré- sistance en deçà de la valeur de résistance désirée, DRES, à la fin de la seconde branche (60). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que SRES égale A'IPRETESTIB, en désignant par A' et B' des constantes qui sont déterminées par des coupures de composants ayant la même configuration géométrique que le composant (28) qui est ajusté. 10. Procédé d'ajustement par laser d'un composant- électronique (28), pour obtenir une caractéristique-élec- tronique désirée, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on introduit dans un dispositif de commande la valeur désirée de la caractéristique précitée du composant (28) qui est ajusté; on mesure la valeur ini- tiale de la caractéristique précitée du composant (28) qui est ajusté; on détermine une valeur prédéterminée de cette caractéristique pour arrêter une branche (60) d'une coupu- re (56), de façon à obtenir une valeur de caractéristique désirée; et on effectue l'opération de coupe pour cette branche (60) tout en mesurant la caractéristique précitée, jusqu'à ce que la valeur mesurée soit égale à la valeur prédéterminée, et on arrête ensuite cette branche (60). 11. Procédé selon la revendication 10, caractéri- sé en ce que la branche précitée est la seconde branche (60) d'une coupure en U (56) qui comporte des première, seconde et troisième branches (58, 60, 62), le composant est une résistance (28) et la valeur de caractéristique désirée est la valeur de résistance à la fin de la troi- sième branche. 12. Procédé selon la revendication 11, caractéri- sé en de que la valeur de caractéristique prédéterminée concerne SRES, c'est-à-dire le pourcentage de valeur de ré- sistance en deçà de la valeur de résistance désirée, DRES, à la fin de la seconde branche (60). 13. Procédé selon la revendication 12, caractéri- sé en ce que SRES égale A' PRETESTIB, en désignant par A' et B' des constantes qui sont déterminées par des coupu- res de composants ayant la même configuration géométrique que le composant (28) qui est ajusté.