Brevet FR2653545A1 — publié le 19910426

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs de réglage thermique pour ajuster à une valeur souhaitée positive ou négative la température d'un élément, notamment d'un composant semiconducteur en cours de test électrique dans des conditions thermiques variables, cet ajustement de température étant obtenu par soufflage, sur une face principale de l'élément, d'un gaz à la température souhaitée, le dispositif de réglage thermique comportant un conduit d'amenée du gaz à la température appropriée et des moyens d'isolement de l'élément vis-à-vis de l'atmosphère ambiante. Les dispositifs du genre précité présentent l'inconvénient, lorsque l'élément à réguler thermiquement est de très grandes dimensions (certains circuits intégrés ont des boîtiers pouvant aller jusqu'à 15 cm de longueur), que le flux de gaz de réglage thermique sortant du conduit d'amenée (dont le diamètre est de l'ordre de 12 mm par exemple, soit un rapport de l'ordre de 1 à 10 avec la dimension de l'élément) frappe certes la partie centrale de la surface de l'élément, mais subit alors une réflexion génératrice de tourbillons ce flux gazeux ne lèche pas régulièrement les parties périphériques de la surface de l'élément.Il en résulte une variation de température très irrégulière au sein de l'élément. Or, lorsque l'élément est un circuit intégré soumis à des tests électriques dans une ambiance thermique variable, les résultats de ces tests n'ont de valeur que s'ils sont effectués alors que le composant possède une température homogène dans tout son volume. En outre, le passage d'une température à une autre température doit s'effectuer très rapidement pour réduire au maximum la durée de ces tests. Ces deux conditions ne sont pas satisfaites avec les dispositifs actuels. L'invention a donc essentiellement pour but de remédier, dans toute la mesure du possible, aux inconvénients précités et de proposer un dispositif perfectionné qui permette de provoquer une variation rapide et homogène de la température au sein d'un élément. A ces fins, le dispositif du genre précité agencé conformément à l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte en outre une plaque de répartition du gaz sur toute la surface principale de l'élément exposée au gaz, cette plaque ayant des dimensions au moins égales à celles de la surface principale de l'élément et étant munie d'une ouverture sensiblement coaxiale au conduit d'amenée du gaz, cette plaque étant disposée entre l'extrémité du tube et la surface de l'élément en s'étendant sensiblement parallèlement à ladite surface, ladite plaque étant associée à des moyens élastiques qui autorisent son déplacement transversalement à la surface de l'élément et qui sont tarés de manière telle qu'en fonctionnement la plaque soit maintenue en équilibre à distance de la surface de l'élément sous l'action de l'effort de poussée des moyens élastiques et de la réaction dirigée en sens inverse due à la pression du gaz circulant au contact de la surface de l'élément. Ainsi, grâce aux dispositions de l'invention, la plaque est maintenue en équilibre à proximité de la surface principale de l'élément, à une distance de celle-ci qui est automatiquement adaptée en fonction du débit de gaz fourni par le conduit, et provoque ainsi une canalisation du courant gazeux qui est contraint de s'écouler dans l'intervalle que cette plaque définit avec la surface de l'élément située en vis-à-vis. Le courant gazeux est donc contraint de lécher toute la surface de l'élément, et la température dudit élément est portée à la valeur souhaitée de façon rapide et homogène. De préférence, des doigts d'écartement sont prévus sur la face inférieure de la plaque de manière à maintenir celle-ci écartée de la surface principale de l'élément en l'absence d'écoulement gazeux. Ainsi on évite que, en l'absence de courant gazeux, la plaque soit appuyée contre la surface de l'élément, et la venue de la plaque dans sa position d'équilibre s'en trouve facilitée à la mise en fonctionnement du dispositif. Pour éviter des pertes thermiques intempestives, il est souhaitable que la plaque soit mince, mais rigide et/ou qu'elle soit constituée en un matériau thermiquement isolant, en étant en outre éventuellement recouverte sur sa face inférieure d'un matériau isolant (notamment d'une mousse de silicone). Dans un mode de réalisation intéressant en raison de la simplicité structurelle à laquelle il conduit, la plaque est solidaire d'un manchon tubulaire monté à libre coulissement sur l'extrémité du conduit d'amenée du gaz ; les moyens élastiques précités peuvent alors comprendre un ressort de compression en hélice, extérieur au conduit d'amenée du gaz et interposé entre un point d'appui fixe et le manchon ; de préférence, des butées limitent la course de coulissement du manchon sur le conduit. Pour obtenir une meilleure répartition du courant gazeux et un contact plus homogène du gaz sur la surface de l'élément, il est souhaitable que les dimensions de l'ouverture pratiquée dans la plaque soient au plus égales aux dimensions correspondantes minimales de l'élément1 notamment du plus petit élément susceptible d'être traité thermiquement dans le dispositif. Egalement dans le même but, il est intéressant que l'ouverture pratiquée dans la plaque possède une forme correspondant approximativement, de façon générale, à la forme de la surface principale de l'élément susceptible d'être régulé thermiquement, mais avec des dimensions moindres. De même, il est préférable que la plaque possède une forme correspondant approximativement à la forme de la surface principale de l'élément ; dans ce cas, on peut prévoir que les dimensions de la plaque sont supérieures d'au moins 10 % aux dimensions correspondantes de la surface principale de l'élément. Dans le cas particulier où la surface principale de l'élément est allongée (longueur relativement grande par rapport à la largeur), il est souhaitable que les grands côtés de la plaque soient munis de bords tombés, de manière d'être assuré que le courant gazeux parviendra jusqu'aux extrémités éloignées de l'élément. Enfin, pour que la plaque soit à même de satisfaire aux diverses conditions ci-dessus quelles que soient les formes et/ou dimensions de l'élément, il est souhaitable qu'elle soit montée de façon amovible, de manière que puisse être sélectionnée une plaque appropriée parmi un lot de plaques différentes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préférée donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Dans cette description, on se réfère au dessin annexé sur lequel la figure unique est une vue schématique de côté, en coupe, d'une partie d'un dispositif agencé conformément à l'invention. Sur cette figure, le dispositif de réglage de température par soufflage d'un gaz à la température souhaitée n'est représenté que partiellement et seules ses parties en relation avec l'invention sont montrées, les autres parties situées notamment dans les superstructures étant connues de l'homme de l'art. A sa partie inférieure, le dispositif présente un tube 1 de soufflage de gaz qui est solidaire d'un fond 2 thermiquement isolant surmonté par le reste du dispositif (non représenté). Ce fond 2 est traversé par au moins un orifice 3 d'évacuation des gaz qui ont travaillé. Dans l'axe du tube 1, et à distance de celui-ci, est prévu un socle 4 agencé pour recevoir et maintenir l'élément ou objet 5 à traiter thermiquement, par exemple (comme représenté) un circuit intégré en boîtier DIL sur lequel on effectue des tests électriques sous des températures diverses (les liaisons électriques avec l'extérieur ne sont pas représentées). Le socle 4 est disposé au fond d'une cavité 6 déterminée par un plancher isolant environnant 7, de telle manière que la surface supérieure 8 de l'objet 5 soit située un peu en-dessous du niveau supérieur du plancher 7. Au-dessus du plancher et maintenu en appui approximativement étanche aux écoulements de gaz, s'étend une cloche 9 entourant la cavité 6, laquelle cloche est elle-même surmontée d'un soufflet 10 raccordé de façon étanche au fond 2. Cloche et soufflet sont, ici, monobloc et réalisés en élastomère. Une entretoise annulaire ajourée 11 r centrée sur le tube 1, peut avantageusement maintenir et guider l'ensemble cloche-soufflet, lequel délimite une enceinte close 12 renfermant l'objet 5 et dans laquelle débouche le tube 1. Conformément à l'invention, à son extrémité inférieure le tube 1 est entouré d'un manchon tubulaire 13 libre en coulissement qui s'étend au-delà de cette extrémité et qui supporte rigidement une plaque 14 sensiblement perpendiculaire à l'axe du tube 1, et donc sensiblement parallèle à la surface supérieure 8 de l'objet 5. Le manchon 13 est repoussé vers le bas par un ressort de compression en hélice 15 entourant le tube 1 et interposé entre l'extrémité supérieure du manchon 13 et le fond 2. Une butée 16, par exemple fixée à l'extrémité du tube 1, limite le déplacement vers le bas du manchon 13. Tous les composants en contact direct avec le flux de gaz incident (tube 1, butée 16, manchon 13 et plaque 14) sont constitués et conformés de manière à réduire au maximum les pertes thermiques dans le gaz. En particulier, la plaque 14 est constituée sous forme plane et mince, mais rigide, en un matériau thermiquement isolant. Si nécessaire, la face inférieure de la plaque (face tournée vers l'objet) peut être munie d'un revêtement isolant, par exemple en mousse de silicone, pour accroitre l'isolation thermique. La plaque 14 est percée d'une ouverture 17 sensiblement dans l'axe du tube 1 pour permettre au gaz de parvenir au contact de la surface 8 de l'objet 5 le gaz dévié par cette surface est ensuite canalisé par les deux faces en regard de la plaque 14 et de l'objet 5 pour s'écouler dans toutes les directions en lèchant l'ensemble de la surface 8, ce qui conduit à une variation rapide et homogène de température dans tout le volume de l'objet 5.Au cours de ce processus, la plaque 14 est écartée de la surface 8 et maintenue en équilibre dans cette position sous l'action de deux forces antagonistes, savoir la force verticale dirigée vers le bas exercée par le ressort 15 et la force verticale dirigée vers le haut engendrée par la pression du flux de gaz s'écoulant entre les deux surfaces en regard Pour faciliter l'amorce d'un écoulement d'air convenable au moment de la mise en marche du dispositif, la plaque 14 porte, sur sa face inférieure, des doigts ou picots 18 maintenant la plaque légèrement écartée de la surface 8 Pour éviter les pertes de charge dans le flux de gaz sous pression sortant du tube 1, l'ouverture 17 possède des dimensions qui n'excèdent pas les dimensions correspondantes minimales de l'objet 5, en particulier qui n'excèdent pas les dimensions correspondantes du plus petit objet susceptible d'être traité thermiquement dans le dispositif. Il est alors souhaitable que l'ouverture 17 possède une forme correspondant de façon générale, mais avec des dimensions moindres, à la forme de la surface 8 de l'objet 5. De même, il est souhaitable de donner à la plaque 14 une forme générale correspondant approximativement à la forme de la surface 8 de l'objet de manière que les écoulements de gaz soient guidés sur toute la surface 8. Etant donné les tolérances assez larges de positionnement de l'objet 5 par rapport à l'axe du tube 1, il est préférable que la plaque 14 possède des dimensions sensiblement supérieures (par exemple d'environ 10 %) à celles de la surface 8, afin que le guidage convenable des écoulements de gaz sur la surface 8 soit assuré en toutes circonstances, quel que soit le positionnement de l'objet sous le tube. Enfin, dans le cas où la surface 8 de l'objet est très allongée, il est souhaitable que les grands côtés de la plaque soient munis de bords tombés (non représentés) de manière à favoriser l'écoulement du gaz selon la grande dimension de la surface, afin qu'il parvienne jusqu'aux extrémités les plus éloignées de cette surface. Toutes ces considérations font qu'en pratique il est souhaitable de pouvoir adapter au moins approximativement les caractéristiques dimensionnelles de la plaque 14 aux caractéristiques dimensionnelles de la surface 8 de l'objet à traiter. De ce fait, bien qu'il soit possible d'envisager la mise en place d'une plaque à géométrie variable, la complexité de cette solution lui fera préférer la constitution d'un lot de plaques différemment configurées et interchangeables, montées de façon amovible sur le manchon 13 (par exemple fixation par clipsage). Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage thermique pour ajuster à une valeur souhaitée positive ou négative la température d'un élément, notamment d'un composant semiconducteur en cours de test électrique dans des conditions thermiques variables, cet ajustement de température étant obtenu par soufflage, sur une face principale de l'élément, d'un gaz à la température souhaitée, le dispositif de réglage thermique comportant un conduit (1) d'amenée du gaz à la température appropriée et des moyens (9, 10) d'isolement de l'élément vis-à-vis de l'atmosphère ambiante, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une plaque (14) de répartition du gaz sur toute la surface principale (8) de l'élément (5) exposée au gaz, cette plaque ayant des dimensions au moins égales à celles de la surface principale de l'élément et étant munie d'une ouverture (17) sensiblement coaxiale au conduit d'amenée du gaz, cette plaque étant disposée entre l'extrémité du tube (1) et la surface (8) de l'élément en s'étendant sensiblement parallèlement à ladite surface (8), ladite plaque étant associée à des moyens élastiques (15) qui autorisent son déplacement transversalement à la surface de l'élément et qui sont tarés de manière telle qu'en fonctionnement la plaque soit maintenue en équilibre à distance de la surface de l'élément sous l'action de l'effort de poussée des moyens élastiques et de la réaction dirigée en sens inverse due à la pression du gaz circulant au contact de la surface de l'élément. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des doigts d'écartement (18) sont prévus sur la face inférieure de la plaque de manière à maintenir celle-ci écartée de la surface principale de l'élément en l'absence d'écoulement gazeux. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque est constituée en un matériau thermiquement isolant. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac térisé en ce qu'en outre la face de la plaque tournée vers l'élément est revêtue d'un matériau thermiquement isolant, notamment de mousse de silicone. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque est mince, mais rigide. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque est solidaire d'un manchon tubulaire (13) monté à libre coulissement sur l'extrémité du conduit d'amenée du gaz. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens élastiques précités comprennent un ressort de compression en hélice (15) extérieur au conduit d'amenée du gaz et interposé entre un point d'appui fixe (2) et le manchon (13). 8. Dispositif selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins une butée (16) limite la course de coulissement du manchon (13) sur le conduit (1). 9. Dispositif selon l'une quelconque des reven dations 1 à 8, caractérisé en ce que les dimensions de l'ouverture (17) pratiquée dans la plaque sont au plus égales aux dimensions correspondantes minimales de l'élément, notamment du plus petit élément susceptible d'être traité thermiquement. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'ouverture (17) pratiquée dans la plaque possède une forme correspondant approximativement, de façon générale, à la forme de la surface principale (8) de l'élément susceptible d'être régulé thermiquement, mais avec des dimensions moindres. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la plaque (14) possède une forme correspondant approximativement à la forme de la surface principale (8) de l'élément. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les dimensions de la plaque (14) sont supérieures d'au moins 10 % aux dimensions correspondantes de la surface principale (8) de l'élément. 13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que, lorsque la surface principale (8) de l'élément est allongée (longueur relativement grande par rapport à la largeur), les grands côtés de la plaque (14) sont munis de bords tombés. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la plaque (14) est supportée de façon amovible.