Brevet FR2633055A2 — publié le 19891222

FR 2633055 A2 19891222 FR 8808230 A 19880620 ler CERTIFICAT D'ADDITION A LA DEMANDE DE BREVET N0 87 10870 DEPOSEE LE 31 JUILLET 1987. La présente addition concerne divers modes de réalisation et améliorations de mise en oeuvre de l'invention qui fait l'objet du brevet principal, concernant un équipement de test automatique (en anglais ATE). A cet égard, et selon un premier-aspect, elle vise notamment un dispositif destiné à permettre le test d'un circuit tel qu'une carte de circuit imprimé, selon les revendications du brevet principal, ce circuit étant constitué par un assemblage de composants électroniques montés sur un support isolant et reliés les uns aux autres par un réseau de conducteurs qui s'étendent sur une surface de ce support, ce dispositif comportant une couche (451) d'un milieu électrà-optique de dimensions sensiblement égales à celles du circuit 460, placée électriquement à proximité de la surface porteuse de conducteur et revêtue sur sa face placée du côté des conducteurs par une couche réfléchissante et des moyens (430 et 450) pour transmettre de la lumière sur une région quelconque du milieu électrooptique pour recevoir de la lumière en retour de façon telle que les effets électro-optiques apparaissant dans le milieu puissent être détectés, caractérisé en ce que ces moyens comprennent une lentille convergente (450) dont les dimensions sont au - moins sensiblement égales à la surface à tester du circuit et que la couche électro-optique (451) est accolée à la surface de cette lentille, du côté opposé à sa face réfléchissante. - 2 - De préférence cette lentille est plan convexe et la couche électro-optique est collée sur la face plane de la lentille. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens pour transmettre la lumière vers la couche électro-optique comprennent une source lumineuse, un dispositif de déflexion acoustooptique dans deux dimensions et, à la sortie de celui-ci, un deuxième dispositif de déflexion du faisceau issu du dispositif acousto-optique. Selon encore un autre aspect, il est prévu de récupérer la lumière en provenance de la couche électro-optique sur un séparateur qui réfléchit une partie de cette lumière en accroissant l'ellipticité de sa polarisation. Selon un autre aspect, on crée en outre un retard de phase, réglable sur le trajet de la lumière récupérée à la sortie de la couche électrooptique, le réglage du retard de phase étant réalisé en fonction d'un signal proportionnel à la différence d'intensité des composantes de la lumière récupérée selon deux axes distincts. La description qui suit en vue de permettre de bien comprendre ces réalisations et améliorations est faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique analogue à la figure 3 du brevet principal illustrant une sonde optique pour un ATE selon l'invention; La figure 2 illustre des modes de réalisations plus détaillés de certains éléments de la sonde optique; -3- -La figure 3 représente une forme de réalisation d'un séparateur optique; La figure 4 illustre la disposition des organes en contact lors d'un test. Dans un mode de réalisation représenté à la figure 2, on utilise en plus d'une déflexion acousto-optique une déflexion mécanique pour élargir la surface de circuit balayée. Comme dans l'exemple de la figure 1, un laser 430 transmet le faisceau de test à un dispositif de déflexion acoustooptique 433 à travers un polariseur 431 et une lentille 432. Le dispositif 433 comprend deux déflecteurs acousto-optiques par exemple des modèles fabriqués par AUTOMATES ET AUTOMATISMES, 19, rue de Paris 78460 CHEVREUSE. Le premier déflecteur est monté à l'intérieur du boîtier 433 pour défléchir le faisceau laser dans une première direction a et le deuxième déflecteur défléchit le faisceau ainsi dévié dans une direction perpendiculaire b. De la sorte, la combinaison des deux déflecteurs permet de balayer une surface rectangulaire carrée de 50 x 50 millimètres à une distance de 1000 millimètres à la sortie de la lentille 432 (correspondant à sa distance focale). Le faisceau émergeant du dispositif 433 tombe sur un miroir pivotant 441 d'un premier déflecteur mécanique 443 qui le réfléchit sur un miroir pivotant 442 d'un deuxième déflecteur mécanique 444. La combinaison des débattements des déflecteurs 443 et 444 dans deux directions A et B parallèles à a et b permet au faisceau émergent 445 de balayer une surface rectangulaire de 500 x 500 millimètres dans le plan focal de la lentille. -4- Le faisceau 445 vient tomber sur la face convexe 449 d'une lentille plan convexe 450 dont les dimensions sont: 500 x 500 millimètres, réalisée par exemple en verre BK7. Sur la face plane de la lentille est collée une plaque rectangulaire 451 d'une mosaïque de cristaux électro-optiques de BG0 (germanate de bismuth Bi4 Ge3 012). Les dimensions de la lentille 450 et de la plaque de cristal électro-optique 451 correspondent sensiblement à la surface totale susceptible d'être balayée par le faisceau 445 au sortir du système de déflecteurs 443, 444. La plaque de BGO 451 a une épaisseur d'environ un (1) millimètre. Dans cet exemple, le collage de la plaque BGO 451 à la face plane de la lentille 450 permet d'amortir les vibrations mécaniques qui pourraient naître dans le cristal par suite de phénomènes de résonance piézoélectrique. De telles vibrations doivent être évitées en raison des signaux parasites optiques qu'elles risquent d'engendrer par effet photoélastique dans le cristal. L'ensemble laser 430, polariseur 431, deflecteurs acousto-optiques et mécaniques 433, 443, 444 ainsi que la lentille 450 avec la plaque BGO 451 est intégré avec le système optique de récupération et de détection de la lumière réfléchie par la plaque 451 (non représenté sur la figure 2 mais figurant en 319 sur la figure 1 et comprenant un séparateur 303, une lame quart d'onde 302 sur lentille 304, un prisme de WOLLASTON 305, deux détecteurs photoélectriques 308 et 309 et un amplificateur différentiel 310) pour former une sonde optique incorporée dans la tête d'un ATE. ' En fonctionnement, une carte de circuit imprimée 460 est préalablement revêtue sur la face à tester d'un organe d'interface 462 présentant des propriétés de conductivité anisotropiques pour reporter une image des tensions des conducteurs de la carte 460 en contact avec une de ses faces sur son autre face 463. Cette face 463 et la face libre du cristal électro-optique 451 à la base de la sonde optique sont en contact pour le test et fermement appliquées l'une contre l'autre par des moyens de pression non représentés permettant d'éliminer ou de minimiser tout intervalle de parasite entre les faces en contact de la plaque BGO, de l'organe d'interface et de la carte à tester. Dans cet exemple, on a utilisé comme organe d'interface une feuille d'élastomère fabriquée parJSC TECHNIC disponible en République Fédérale Allemande sous le nom de ZEBRA bidimensionnel, et d'épaisseur comprise entre 0,1 et 5 millimètres. Sur la figure 2, la zone quadrillée 470 correspond à une surface élémentaire de balayage acoustooptique de la plaque de cristal de 50 x 50 mm. A l'aide d'un déplacement par pas du système de déflexion mécanique il est possible de couvrir cent (100) surfaces élémentaires de balayage acousto-optique à la surface du cristal électro-optique 451. Typiquement, la cadence de balayage acousto-optique qui peut être obtenue est de 100 kHz (fréquence de passage d'un point d'investigation à un autre). Ce balayage mécanique permet de passer d'une zone élémentaire 470 à une autre en millisecondes. -6- Avec ce dispositif si l'on arrête le faisceau laser pendant 3 millisecondes en chaque point pour analyser 105 bits de test on peut tester en 33 secondes 10000 points d'une carte de circuit imprimé de 500 x 500 millimètres capable de fonctionner à 30 mégabits par seconde. Si on considère (Fig 2) un faisceau 445 de lumière polarisée de façon rectiligne à l'entrée de la plaque de cristal 451, son état de polarisation reste inchangé par la traversée de cette plaque si le conducteur de la carte à tester 460 au voisinage du point d'incidence du faisceau n'est pas sous tension. L'application d'une tension crée un déphasage p(V) entre les deux composantes du champ électrique de la lumière. L'état de polarisation du faisceau qui retraverse la lentille 450 au sortir de la plaque BGO 451 est alors elliptique. Ce faisceau émergent est renvoyé par le séparateur 303 vers la lentille de détection 304 puis est divisé en deux composantes par un prisme de WOLLASTON tel que 305 de la figure 1 et les intensités détectées de ces composantes sont représentées par I = 1/2 Io (1 + cos (p+po)) 12 = 1/2 Io (1 - cos (p+po)) dans lesquelles Io est l'intensité incidente et po est un retard de phase statique introduit par un dispositif de retard tel que la lame quart d'onde 302 de la figure 3. L'amplificateur différentiel 310 produit un signal S S = Il - 12 = Io (p+ po) -7- Si le déphasage p est nul, le signal S est négligeable dans de nombreux cas en raison de la petitesse de la variation de polarisation produite dans la plaque 451. A titre d'exemple pour un cristal de BGO d'indice 2 et de coefficient électrooptique égal à 1 pm/V, on obtient pour une longueur d'onde laser de 647 mm une valeur de p = 8.10 -4 rad/V. En revanche avec une lame quart d'onde, po.= pi/2 et S = IoX p le signal S varie linéairement avec V et des valeurs de p de l'ordre de 10-4 radian peuvent être facilement détectées. Grâce à la méthode différentielle adoptée, cela est vrai même si l'intensité de la source laser subit des fluctuations dans le temps pouvant aller jusqu'à 10 % dans- son domaine de fréquence. Les déformations engendrées par le collage des cristaux de BGO peuvent provoquer des biréfringences parasites qui diffèrent d'un point à l'autre. Il en résulte que po-varie d'un point à un autre. On prévoit de ramener Po à pi/2 après chaque pointage du faisceau et avant les mesures électriques en insérant une cellule de Kerr 480 entre la lame quart d'onde 302 et le prisme de WOLLASTON. Ce dispositif est constitué par une lame d'un matériau électro-optique placé entre deux électrodes transparentes dans un champ électrique variable alimenté par une liaison de contre-réaction 482 comprenant un commutateur 484 et un amplificateur variable 486 à partir de la sortie 311 de l'amplificateur différentiel 310. Le déphasage introduit par la lame 480 entre les composants du champ électrique de faisceau qui la traverse s'ajuste ainsi au niveau requis pour annuler la composante continue du signal S correspondant au point testé. Avec des signaux de test à fréquence suffisamment élimée, la partie haute fréquence du signal S contient l'information de test recherchée. On peut en outre améliorer la profondeur de modulation du dispositif en insérant un polariseur imparfait 340 entre la sortie de la plaque de cristal et la lame quart d'onde 302. Sur la figure 1 ce polariseur est un cube 340 interposé sur le faisceau 335 sortant de la lentille 34 de la figure 1 et utilisé à la place du séparateur 303. On a représenté en 350 le système d'axes illustrant la polarisation de la lumière émergent de la lentille, p étant l'angle de polarisation par rapport à la direction de polarisation linéaire initiale représentée suivant l'axe Y (diagramme 370). Les composantes du vecteur 352, représentant l'onde polarisée de faisceau 335, selon les axes X et Y représentent les grands axes de l'ellipse de polarisation, le prisme de WOLLASTON 305 (fig 1) étant orienté de manière à séparer les composantes de la lumière suivant ces deux axes. Le cube séparateur 340 sépare le faisceau 335 en deux faisceaux, l'un traversant 334 l'autre réfléchi 336. L'interface 355 du cube est traitée de manière à se comporter comme un mauvais polariseur vis-à-vis de la lumière réfléchie en augmentant l'ellipticité de la polarisation de celle-ci. La composante suivant l'axe Y se trouve fortement réduite contrairement à la composante X comme le montre le diagramme 360 sur la figure 3 et --9 -- suivant les principes discutés dans la demande de brevet français au nom du demandeur déposée le 30 Mars 1988 sous le numéro 88/04177. Les composantes Il et 12 receuillies après séparation du faisceau 336 par le prisme de WOLLASTON s'expriment alors comme suit: Il = (I + Ap) Io/2A2 12 = (I - Ap) I6/2A2 A est un coefficient supérieur à i fixé par les caractéristiques du cube polariseur 340. Ces relations montrent qu'on peut donc utiliser un laser plus puissant pour accroître la profondeur de modulation sans saturer les détecteurs en sortie du prisme de WOLLASTON. On a représenté schématiquement sur la figure 4 les interfaces entre la carte de circuits imprimés 460, l'organe d'interface 462 et la plaque de cristal 451. Deux conducteurs 467 et 468 formant deux points de test sont schématisés l'un sous tension Vl, l'autre à la masse. Les conducteurs sont souvent recouverts d'oxyde. Lorsque la carte est terminée, ils sont recouverts d'un vernis. Ces couches d'oxyde ou de vernis forment un intervalle 469 entre la surface supérieure de la carte et la face en regard 464 de l'organe d'interface 462. On a schématisé un schéma de circuit électrique équivalent au dispositif de la figure 4. En raison des capacités du cristal, du connecteur et de l'intervalle 469, la tension V2 qui se développe dans le cristal en réponse à Vl est d'autant plus faible que la capacité de l'intervalle 469 - 10 - est faible et que celle du cristal est grande. En outre, pour un organe d'interface 462 donné dont l'épaisseur est imposée par les composants montés à la surface de la carte 460, plus l'intervalle 469 est grand et plus la diaphonie (crosstalk) représentée par le rapport V3/V2 est forte. Dans un exemple, les paramètres étaient les suivants: épaisseur de l'organe d'interface 462 e = 2 mm epaisseur du cristal BGO 451 1 = 1 mm constante diélectrique de cristal e'= 16 distance des deux points tests d = 400 microns La diaphonie maximale tolérable étant d'environ 10 % l'épaisseur h de l'intervalle 469 ne doit pas dépasser 1,5 microns. On conçoit donc l'intérêt de disposer d'un matériau électrooptique donc la constante diélectrique est aussi faible que possible et qui en même temps présent un coefficient électrooptique aussi élevé que possible. Le rapport de l'indice de sensibilité électrooptique du cristal n3r (n étant l'indice de refraction du milieu et r son coefficient électrooptique) à la constante dielectrique constitue donc une information intéressante pour la sélection des matériaux propres à constituer la couche électrooptique 451. 2633055- - 11 - Le tableau ci-après fournit une indication de ce rapport pour différents cristaux. Cristal rn3/e' Dimensions disponibles Origine Cm2 MNA 50 I France ZnTe 10. 8 i USA AsGa 3 100 France CuCl 1.9 1 France LiNbO3 1.6 - 10 USA Bi1. 2Sio20 1.2 12 Japan Bi4Ge3012 0.5 100 France KNbO3 0.5 2 France Avec le dispositif à plaque de BGO visé plus haut, on a obtenu une bonne détection de bits de test de i volt d'amplitude à une fréquence de 5 MHz appliqués en des points de tests écartés de 2 mm et séparés par un conducteur à la masse. L'épaisseur de l'organe d'interface élastomère était de 2 mm, les surfaces des contacts sans oxyde et recouvertes d'une couche de vernis de 5 microns d'épaisseur. - 12 - REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à permettre le test d'un circuit tel qu'une carte de circuit imprimé, selon les revendications du brevet principal, ce circuit étant constitué par un assemblage de composants électroniques montés sur un support isolant et reliés les uns aux autres par un réseau de conducteurs qui s'étendent sur une surface de ce support, ce dispositif comportant une couche (451) d'un milieu électro-optique de dimensions sensiblement égale à celle du circuit 460, placée électriquement à proximité de la surface porteuse de conducteurs et revêtue sur sa face placée du côté des conducteurs par une couche réfléchissante et des moyens (430 à 450) pour transmettre de la lumière sur une région quelconque du milieu électrooptique pour recevoir de la lumière en retour de façon telle que les effets électrooptiques apparaissant dans le milieu puissent être détectés, caractérisé en ce que ces moyens comprennent une lentille convergente (450) dont les dimensions sont au moins sensiblement égales à la surface à tester du circuit et que la couche électro-optique (451) est accolée à la surface de cette lentille, du côté opposé à sa face réfléchissante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite lentille (450) est une lentille plan convexe dont la face plane est tournée vers le circuit (460) à tester. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche électrooptique (451) est collée à ladite surface de la lentille. - 13 - 4. Dispositif destiné à permettre le test d'un circuit tel qu'une carte de circuit imprimé, selon les revendications du brevet principal, ce circuit étant constitué par un assemblage de composants électroniques montés sur un support isolant et reliés les uns aux autres par un.réseau de conducteurs qui s'étendent sur une surface de ce support, ce dispositif comportant une couche (451) d'un milieu électro-optique de dimensions sensiblement égale à celle du circuit 460, placée électriquement à proximité de la surface porteuse de conducteurs et revêtue sur sa face placée du côté des conducteurs par une couche réfléchissante et des moyens (430 à 450) pour transmettre de la lumière sur une région quelconque du milieu électrooptique pour recevoir de la lumière en retour de façon telle que les effets électrooptiques apparaissant dans le milieu puissent être détectés, caractérisé en ce que cesdits moyens comprennent une source lumineuse, un dispositif de déflexion acousto-optique dans deux dimensions et, à la sortie de celui-ci, un deuxième dispositif de déflexion du faisceau issu du dispositif acousto-optique. 5. Dispositif destiné à permettre le test d'un circuit tel qu'une carte de circuit imprimé, selon les revendications du brevet principal, ce circuit étant constitué par unassemblage de composants électroniques montés sur un support isolant et reliés les uns aux autres par un réseau de conducteurs qui s'étendent sur une surface de ce support, ce dispositif comportant une couche (451) d'un milieu électro-optique de dimensions sensiblement égale à celle du circuit 460, placée électriquement - 14 - à proximité de la surface porteuse de conducteurs et revêtue sur sa face placée du côté des conducteurs par une couche réfléchissante et des moyens (430 à 450) pour transmettre de la lumière sur une région quelconque du milieu électro-optique pour recevoir de la lumière en retour de façon telle que les effets électro-optiques apparaissant dans le milieu puissent être détectés, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (319) permettant d'analyser l'état de polarisation de la lumière selon deux axes et un dispositif (355) de transmission de la lumière en provenance de la couche électro-optique vers les moyens d'analyse, ce dispositif comprenant un réflecteur propre à accroitre l'ellepticité de la polarisation de la lumière transmise en affaiblissant la composante du champ électrique de celle-ci dans la direction parallèle à l'axe de polarisation initiale de la lumière incidente sur la couche électro- optique (451). Dispositif destiné à permettre le test d'un circuit tel qu'une carte de circuit imprimé, selon les revendications du brevet principal, ce circuit étant constitué par un assemblage de composants électroniques montés sur un support isolant et reliés les uns aux autres par un réseau de conducteurs qui s'étendent sur une surface de ce support, ce dispositif comportant une couche (451) d'un milieu électro-optique de dimensions sensiblement égale à celle du circuit 460, placée électriquement à proximité de la surface porteuse de conducteurs et revêtue sur sa face placée du côté des conducteurs par - 15 - une couche réfléchissante, et des moyens (430 à 450) pour transmettre de la lumière sur une région quelconque du milieu électrooptique pour recevoir de la lumière en retour de façon telle que les effets électrooptiques apparaissant dans le milieu puissent être détectés, et des moyens d'analyse de l'état de polarisation de la lumière selon deux axes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, interposé sur le trajet de la lumière transmise de la couche électro-optique vers ces moyens d'analyse, un dispositif propre à provoquer un retard de phase réglable en fonction du signal produit par lesdits moyens d'analyse en l'absence d'une tension dans la région de la couche électro-optique frappée par la lumière incidente.