Brevet FR2664707A1 — publié le 19920117

La présente invention concerne une tête d'essai ayant un appareil de contact qui est placé contre une plaque de charge de circuit intégré Plus précisément, l'invention concerne une tête d'essai de type double et une surface flottante de contact formée de chaque côté et destinée à faciliter le contact entre la tête d'essai et des plaques respectives de charge. Une installation classique 10 d'essais de circuits intégrés est représentée sur la figure 1 et comporte une ou plusieurs têtes d'essai 12 couplées à un organe 14 de commande de l'installation d'essais La tête 12 est au contact d'un manipulateur unique 16, au niveau d'une plaque 18 de charge Cette plaque 18 supporte un dispositif à circuit intégré qui doit être soumis aux essais Comme les têtes classiques d'essai ne sont au contact que d'une plaque de charge à la fois, un temps important est perdu entre les essais car le manipulateur 16 remet en position la plaque d'essai 18 pour les essais d'un autre circuit intégré Ainsi, il est nécessaire d'augmenter le temps de fonctionnement, c'est-à-dire le débit de l'installation d'essais. Une approche permettant l'augmentation du débit du système comporte la réduction du temps nécessaire à la mise en position de la tête d'essai 12 sur un manipulateur 16. Les têtes classiques 12 d'essai comportent une surface 20 de contact qui peut tourner de quelques degrés autour de son centre dans le plan de l'organe 24 de mise en contact tout en étant fixée afin que le déplacement dans toutes les autres directions soit empêché En conséquence, toute la manipulation nécessaire à la mise en position sur un manipulateur 16 est une manipulation dans la tête d'essai 12 Cette technique a donné satisfaction dans le cas de têtes d'essai pouvant avoir jusqu'à 256 broches Cependant, dans le cas des têtes d'essai possédant 512 broches ou plus, la tête devient trop encombrante et trop lourde pour être manipulée librement Ainsi, le temps de mise en position augmente, et constitue un inconvénient. Une approche destinée à réduire le temps de mise en position a été l'utilisation de dispositifs automatiques de manipulation qui automatisent l'opération de mise en position Cependant, l'obtention de temps raisonnables de mise en position nécessite que le manipulateur déplace la tête d'essai avec précision et avec des tolérances serrées. Cette approche est une solution coûteuse Une solution efficace moins coûteuse de réduction du temps de mise en position et d'augmentation du débit de l'installation est donc nécessaire. L'invention concerne une tête d'essai de type double Un avantage de cette tête d'essai de type double, c'est-à-dire ayant deux faces de travail, est que le temps d'arrêt entre des essais est raccourci car un circuit intégré placé d'un côté de la tête peut subir des essais lorsque le manipulateur du côté opposé change la position de la tranche de circuit intégré avant un essai ultérieur. Dans un autre aspect de l'invention, un appareil à contact flottant est placé de chaque côté de la tête d'essai Un avantage du contact flottant est que les plages de tolérances nécessaires au manipulateur peuvent être élargies et permettent l'utilisation d'une solution moins coûteuse pour la réduction du temps de mise en position Le dispositif de contact flotte sur un ensemble de suspension qui donne une liberté de mouvement par rotation, par décalage dans son plan, par décalage parallèle à son plan initial et par pivotement par rapport à son plan initial. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique d'une installation classique d'essais; la figure 2 est un diagramme synoptique d'une installation d'essais comprenant une tête double et un appareil flottant de contact dans un mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en élévation latérale avec des parties arrachées de la tête double d'essai dans un mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue partielle en élévation latérale avec des parties arrachées de la tête double d'essai de la figure 3; la figure 5 est une vue en plan de la tête d'essai de la figure 3 ayant un appareil flottant de contact dans un mode de réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue en plan de la plaque de contact dans le mode de réalisation de la figure 5; la figure 7 est une vue en plan de la plaque d'in- terface à circuit imprimé placée entre la plaque de contact et la bague de support d'organe de contact dans le mode de réalisation de la figure 5; la figure 8 est une vue en plan d'un organe de suspension à ressort permettant le flottement de la plaque de l'organe de contact; la figure 9 est un schéma de l'organe de contact en position comprimée; la figure 10 est un schéma représentant l'organe de contact en position basculée; et la figure 11 est une vue en plan d'une plaque de charge. On se réfère à la figure 2 qui représente un dia- gramme synoptique d'une installation d'essais 30 ayant deux têtes doubles 32 d'essai Un organe 34 de commande de l'installation d'essais assure la commande de l'installa- tion permettant la manipulation de chaque tête 32 d'essai pour son positionnement sur une paire respective d'organes manipulateurs 36, 38 Des plaques respectives de charge 40, 42 sont placées au niveau des manipulateurs respectifs 36, 38 Par exemple, une tranche semi- conductrice respective, ayant plusieurs dispositifs à circuit intégré soumis aux essais, est connectée à une plaque respective de charge 40, 42 Pendant le fonctionnement, un dispositif à circuit intégré formé sur une tranche couplée à une plaque de charge 40 est soumis à des essais alors qu'une autre tranche, placée sur la plaque opposée 42 de charge, subit un changement de position Les manipulateurs respectifs 36, 38 positionnent les plaques de charge 40, 42 afin que le dispositif convenable à circuit intégré soit soumis aux essais Ainsi, lorsqu'un côté de la tête d'essai est à l'arrêt, l'autre côté de la tête peut être en fonction- nement De cette manière, le temps d'interruption du fonctionnement de l'installation 30 est réduit et le débit de l'installation est accru. On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 qui représentent la tête double d'essai 32 qui comporte une enveloppe centrale 44 sous forme d'un tambour cylindrique creux et deux ensembles 46, 48 à plaques externes Les ensembles 46, 48 sont placés aux extrémités respectives du tambour 44 et forment les côtés respectifs de la tête double 32 Le tambour 44 a plusieurs ouvertures longitudi- nales alignées 50 qui sont régulièrement espacées autour de sa circonférence Chaque ouverture est destinée à loger un connecteur 51 (figure 4) qui loge une carte respective 53 de circuit d'essai Les cartes 53 de circuit d'essai sont fixées en position entre les plaques 46, 48 disposées radialement vers l'intérieur, vers l'ouverture respective 50. Un ensemble 52 a organe de contact est monté sur un premier ensemble 46 à plaque Un autre ensemble 54 à organe de contact est fixé à l'autre ensemble 48 à plaque Chaque ensemble 52, 54 à organe de contact comprend une plaque 56 de contact, une entretoise 58, une carte 60 de circuit d'organe de contact et une bague 62 de support Un ensemble formé d'organes 63 de suspension à ressort est raccordé entre la bague 62 de support et un ensemble 46, 48 à plaque afin que la plaque 56 flotte par rapport à la tête 32. On se réfère à la figure 5 qui est une vue en plan de la tête d'essai 32 et qui représente l'un des deux côtés, y compris l'ensemble 46 à plaque de la tête d'essai et la plaque 56 d'organe de contact La structure 64 à bras tournée vers l'ensemble 46 raccorde l'enveloppe centrale 44 formée par le tambour (figure 3) Le câblage électrique provenant de l'organe 34 de commande (figure 2) passe dans le bras 64 et dans l'enveloppe 44 vers les cartes d'essai placées autour de la périphérie de l'enveloppe 44 Le couplage électrique entre les cartes et les plaques 56, 58 est réalisé par des cartes respectives 60 de circuit d'organe de contact. Comme l'indiquent les figures 5 et 6, la plaque 56 est représentée sous forme d'une bague Cette bague est plus mince à sa périphérie externe qu'à sa périphérie interne Deux bagues concentriques de logement sont formées dans la partie la plus épaisse L'anneau externe de loge- ment comprend plusieurs anneaux 66 de contact de ligne d'alimentation Chaque logement 66 est disposé radialement vers l'intérieur et est destiné à loger un jeu de contacts 68 de ligne d'alimentation L'anneau interne de logement a plusieurs logements 70 de contacts de points de test. Chaque logement 70 est disposé radialement vers l'intérieur et loge soit un jeu de contacts de points de test, soit un organe de remplissage L'organe de remplissage ferme le logement de manière étanche en l'absence de contacts de points de test Les contacts de points de test forment le contact électrique entre la tête 32 d'essai et une plaque de charge 40 ou 42 La tête 32 est mise en contact physique avec les plaques de charge 40, 42 de manière que les plaques 56 des organes 52, 54 de contact soient parallèles de façon générale aux plaques de charge respectives 40, 42 et à leurs contacts. On se réfère maintenant à la figure 7 qui représente la plaque 60 de circuit d'organes de contact Les logements de points de test et les contacts placés dans la plaque 46 sont montés sur celle-ci afin qu'ils forment le contact électrique avec la carte 60 de circuit d'organe de contact. De même, les contacts 66 de ligne d'alimentation sont aussi montés sur la plaque 56 afin qu'ils forment un contact électrique avec la carte 60 de circuit Cette carte 60 est couplée aux cartes 53 d'essai par un câblage interne et aux connecteurs 51 des cartes d'essai de manière qu'un circuit électrique soit établi entre l'organe 34 de commande de l'installation et la plaque 56. On se réfère maintenant à la figure 8 qui représente un organe 63 de suspension à ressort Un ensemble de suspension comprenant huit organes 63 de suspension raccor- dés entre la bague 62 de support et les ensembles respec- tifs 46, 48 à plaques assure le flottement de la plaque 56 par rapport à la tête 32 d'essai et permet ainsi à la plaque 56 une liberté de déplacement de compression, d'allongement, de pivotement ou de décalage Chaque organe 63 de suspension comporte des organes 90 et 92 de raccorde- ment mécanique à un ensemble 46, 48 à plaque et à une bague 62 de support respectivement L'organe 92 de raccordement a un arbre 94 qui se prolonge et pénètre dans un cylindre 96 qui loge un ressort 98 L'arbre 94 est couplé à une bague en E 100 qui maintient l'arbre 94 dans le cylindre 96 pendant le déplacement relatif de l'arbre 94 L'organe 90 de raccordement est représenté fixé au cylindre 96 mais, dans une variante, il peut comprendre un arbre et se déplacer, comme l'arbre 94, par rapport au cylindre 96. On se réfère maintenant aux figures 9 et 10 qui représentent l'ensemble à organe de contact 52 ( 54) qui est comprimé et incliné De préférence, l'ensemble 52 ( 54) peut être déplacé en étant décalé verticalement de 6,5 mm afin qu'il permette un allongement et une compression Lors de la compression des organes 63 de suspension d'un premier côté, l'ensemble 52 ( 54) peut pivoter ou être incliné Le déplacement latéral de l'ensemble 52 ( 54) est réalisé par compression simultanée de certains organes de suspension et par allongement des autres organes De préférence, un décalage latéral de 6,5 mm peut être obtenu. On se réfère à nouveau à la figure 3 qui représente le raccordement de l'organe 63 de suspension et de la bague 62 de support L'organe 92 de raccordement qui est repré- senté peut se déplacer dans une fente 104 formée sur la bague 62 Comme une fente 104 est formée pour chaque organe 63 de suspension, l'ensemble 52 ( 54) à organe de contact peut tourner par rapport à l'ensemble respectif à plaque 46 ( 48) De préférence, l'ensemble 52 à organe de contact peut tourner d'un angle pouvant atteindre 70 L'organe de contact peut avantageusement pivoter de 30 dans toutes les directions. Ainsi, l'ensemble à organe de contact présente une liberté de mouvement de rotation, de décalage, de compres- sion, d'allongement et de pivotement Dans le mode de réalisation préféré, n'importe quel point de la plaque 56 peut être déplacé par rapport à une position initiale vers une nouvelle position de 6,5 mm dans toutes les direc- tions La variation maximale de position peut varier dans divers modes de réalisation, bien qu'une plage de + 6,5 mm se soit révélée suffisante pour l'obtention d'un temps acceptable de mise en position. La figure 11 représente une plaque 40 de charge d'échantillon La plaque 40 comporte un jeu de trous d'alignement 74 destinés à loger des plots 76 d'alignement montés sur la plaque 56 de l'organe de contact Pendant le positionnement de la tête d'essai 32 sur la plaque de charge 40, les plots 76 et les trous 74 sont mis en coopération. La mise en position est terminée par fixation de la plaque de charge 40 à la plaque 56 Comme l'indiquent les figures 5 et 6, la plaque 56 comprend une paire de bagues concentriques 80, 82 d'étanchéité formées de caoutchouc. Quatre ouvertures 84 sont formées sur la plaque 56 près de la bague interne 80 d'étanchéité et entre les deux bagues , 82 Quatre ouvertures 86 sont formées sur la plaque 56 de contact près de la bague externe 82 d'étanchéité, entre les bagues 80, 82 Les ouvertures 84, 86 logent des canali- sations de vide raccordées à une pompe à vide ou analogue. Pendant le fonctionnement, la pompe crée une force par aspiration entre la plaque 56 d'organe de contact et la plaque de charge, dans la bague délimitée entre les bagues interne et externe d'étanchéité 80, 82 Ainsi, la plaque de charge 40 est maintenue au contact de la plaque 56 par une force d'aspiration Pendant le fonctionnement normal de l'installation 30 d'essais, le positionnement est réalisé au niveau des plaques de charge 40 et 42 des manipulateurs 36 et 38 respectivement par utilisation d'un organe de manipulation (faisant partie de l'organe de commande 34) destiné à déplacer la tête d'essai 32 Les ensembles 52, 54 sont flottants de manière qu'ils permettent le position- nement des deux plaques de charge 40, 42 La nature flot- tante permet un élargissement des plages de tolérances relatives à la commande des déplacements de l'organe de manipulation. Lorsque la tête d'essai 32 est mise en position sur les deux plaques d'essai, le manipulateur 36 positionne un circuit intégré destiné à subir les essais De même, le manipulateur 38 positionne aussi un circuit intégré destiné à subir les essais Comme décrit précédemment, ces circuits intégrés sont par exemple des parties d'une tranche semi- conductrice comprenant plusieurs circuits intégrés à éprouver L'organe 34 de commande soumet un circuit intégré aux essais au niveau de la plaque de charge 40 Lorsque ces essais sont terminés, l'organe de commande soumet aux essais le circuit intégré au niveau de la plaque d'essai 42 Pendant les essais du circuit intégré de la plaque 42, le manipulateur 36 remet le dispositif à semi-conducteur en position sur la plaque 40 de charge et sélectionne un autre circuit intégré Lorsque l'organe 34 de commande a terminé les essais du circuit intégré de la plaque 42, il soumet aux essais le circuit intégré choisi de la plaque 40. Pendant ce temps, le manipulateur 38 remet en position la tranche semiconductrice de la plaque de charge 42 pour la sélection d'un autre circuit intégré Le passage alterné d'un côté à l'autre de la tête 32 pour les essais permet une augmentation du débit de l'installation Grâce au flottement des ensembles 52, 54 à organe de contact, le positionnement est possible des deux côtés de la tête d'essai 32, avec des temps acceptables de positionnement. Bien qu'on ait décrit un mode de réalisation préféré, des variantes sont possibles Par exemple, la plaque de charge 40 peut aussi être supportée par la plaque 56 à organe de contact par des organes de fixation qui peuvent être séparés, par attraction magnétique ou par des forces antagonistes. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux têtes d'essai qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Tête d'essai pour installation d'essais de circuits intégrés, destinée à éprouver un dispositif à circuit intégré couplé à une plaque de charge ( 40, 42), la tête étant caractérisée en ce qu'elle comprend: un organe de contact ( 52, 54) destiné à former une interface électrique entre la tête d'essai et la plaque de charge, un dispositif ( 63) de support de l'organe de contact afin que celui-ci soit libre de se déplacer dans un premier plan formé par l'organe de contact par rapport à la tête d'essai et à se déplacer en-dehors du premier plan, et un dispositif de maintien de l'organe de contact ( 52, 54) et de la plaque de charge ( 40, 42) en contact physique. 2 Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le dispositif de support ( 63) permet la liberté de déplacement de l'organe de contact par rapport à la tête d'essai par rotation, pivotement, décalage latéral et décalage vertical. 3 Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce qu'elle a deux faces, un organe respectif de contact ( 52, 54) et un dispositif respectif de support ( 63) étant placé de chaque côté de la tête d'essai afin qu'ils forment un dispositif d'interface avec une plaque respec- tive de charge ( 40, 42) de chaque côté de la tête, les deux dispositifs de support ( 63) permettant aux organes respec- tifs de contact de se déplacer librement afin que le contact simultané entre une plaque de charge et un organe de contact soit facilité de chaque côté. 4 Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le dispositif de support comporte plusieurs organes-de suspension à ressort ( 63). Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le dispositif de support ( 63) permet la liberté de déplacement de l'organe de contact de manière qu'un point de l'organe de contact soit mobile dans les il limites d'une sphère ayant un diamètre de 6,5 mm et centrée sur ce point. 6 Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut tourner d'un angle pouvant atteindre 7 . 7 Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut être décalé latéralement dans le premier plan de + 6,5 mm. 8 Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut pivoter de 30 dans toutes les directions. 9 Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut se déplacer en-dehors du premier plan de + 6,5 mm parallèle- ment à ce premier plan. Tête d'essai selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le dispositif de maintien comporte un dispositif générateur d'une force d'aspiration agissant sur l'organe de contact ( 52, 54) afin que la plaque de charge ( 40, 42) soit maintenue contre l'organe de contact. 11 Tête double d'essai destinée à une installation d'essais de circuits intégrés qui éprouve un dispositif à circuit intégré couplé à une plaque de charge ( 40, 42), la tête d'essai étant caractérisée en ce qu'elle comprend: un premier organe de contact ( 52) placé d'un premier côté de la tête et destiné à former une interface élec- trique avec une première plaque de charge ( 40), et un second organe de contact ( 54) placé de l'autre côté de la tête d'essai et destiné à former une interface électrique avec une seconde plaque de charge ( 42), un dispositif ( 63) de support de l'un des premier et second organes de contact de manière que cet organe de contact soit libre de se déplacer dans un plan initial formé par cet organe de contact par rapport à la tête d'essai, et à se déplacer en-dehors de ce plan initial, et un dispositif de maintien simultané de la première et de la seconde plaque de charge ( 40, 42) sur le premier et le second organe de contact ( 52, 54) respectivement. 12 Tête d'essai selon la revendication 11, caracté- risée en ce que le dispositif de support ( 63) comporte un premier dispositif de support et comprend un second dispo- sitif de support de l'autre des premier et second organes de contact ( 52, 54) destinés à permettre la liberté de déplacement de l'autre organe de contact afin qu'il se déplace dans un premier plan déterminé par l'autre organe de contact, par rapport à la tête d'essai, et qu'il se déplace en-dehors de ce premier plan. 13 Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que le dispositif de maintien comporte un dispositif destiné à créer une force d'aspiration. 14 Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que le dispositif de support comporte plusieurs organes de suspension à ressort ( 63). Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que le premier et le second dispositif de support ( 63) permettent une liberté de déplacement de l'un et l'autre organe de contact par rotation, pivotement, décalage latéral et décalage vertical par rapport au plan initial et au premier plan respectivement. 16 Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que le premier dispositif de support ( 63) permet la liberté de-déplacement de l'organe de contact de manière qu'un point de cet organe de contact soit mobile dans les limites d'une sphère ayant un diamètre de 6,5 mm et centrée audit point. 17 Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut tourner d'un angle de rotation de 7 . 18 Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut être décalé dans le premier plan de + 6,5 mm. 19 Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut pivoter de 30 dans toutes les directions. Tête d'essai selon la revendication 12, caracté- risée en ce que l'organe de contact ( 52, 54) peut sortir du premier plan d'une distance comprise entre + 6,5 mm paral- lèlement au premier plan.