Brevet FR2741953A1 — publié le 19970606

PROCEDE DE PRISE DE CONTACT ELECTRIQUE SUR CIRCUITS IMPRIMES La présente invention concerne un procédé de prise de contact électrique sur circuits imprimés, équipés ou non de composants électroniques, en vue de leur test (in situ ou fonctionnel), associant un palpeur spécial et un nouveau type de plage de test Les cartes électroniques actuelles, et particulièrement les cartes d'ordinateurs, ou de téléphonie, sont de plus en plus denses en terme de composants. La surface de ce type de cartes joue un rôle stratégique important, comme dans le cas des téléphones portables. Or la validation finale du produit, doit se faire en parallèle avec un série de tests, à chaque étape de la production. Le niveau de test auquel nous nous intéressons correspond à la vérification individuelle des composants, déjà montés sur la carte qui n'est pas sous tension (test "in situ", ou "in circuit"), ou à la vérification de la fonctionnalité de tout ou une partie de la carte, mise sous tension ("test fonctionnel"). Les méthodes traditionnelles d'accès électrique à un substrat de type circuit imprimé équipé ou non de composants utilisent ce qu'on appelle un "lit de clous". ll s'agit en fait d'un outillage comprenant des pointes métalliques à ressort, composées d'un palpeur (5) et d'un réceptacle, ce dernier étant inséré dans une plaque de type verreepoxy, permettant ainsi le positionnement et le maintien du palpeur. Ces palpeurs sont eux-mêmes composés d'un tube accueillant un ressort relié à un piston, conférant au piston des propriétés élastiques, mais conduisant à un contact de type ponctuel au niveau des plages de test. On trouve autant de pointes métalliques à ressort qu'ont été définis de points de test sur le substrat. Cet outillage, spécifique à chaque type de cartes, s'interpose entre le substrat à tester (1), et le testeur. Les réceptacles sont insérés dans une plaque, à une position donnée, qui permet au palpeur (qui est inséré dans le réceptacle) d'établir le contact électrique avec la "plage" de test (4) qu'il est sensé atteindre, dessinée à cet effet sur la carte imprimée (1), comme le montre la figure 4. Le réceptacle dans lequel est inséré le palpeur (4) est relié par un câble électrique à une ressource du testeur, qui permet d'envoyer ou de réceptionner un stimuli électrique. Pour des raisons purement mécaniques, qu'on explicitera plus loin, les plages de test (qui sont en fait d'une manière générale des pastilles rondes) ne peuvent guère avoir des diamètres inférieurs à 0.8 mm, tout au plus 0.6 mm. Si l'on tient compte de l'espace d'isolement nécessaire, une pastille de test occupe en moyenne environ 1 mm2 de surface de carte, sans apporter de réelle fonctionnalité à la carte. Or le nombre de points de test qu'on trouve sur une carte peut aller de quelques centaines à un ou deux milliers, ce qui conduit à des surfaces mobilisées pour le test de quelques cm2 à 10 ou 20 cm2. Sachant qu'une carte de téléphone mobile fait entre 50 et 150 cm2, on voit que l'espace "perdu" au niveau du test dans la méthode traditionnelle n'est absolument pas négligeable. De fait, il limite les potentialités d'intégration plus poussées, ce qui touche à la stratégie même du produit. Pour ces raisons, il est apparu ces dernières années de nouvelles méthodes d'accès au test des cartes équipées, en particulier au niveau du test fonctionnel, comme la méthode dite du "Boundary Scan" ou "scrutation aux limites" qui consiste à implémenter des fonctionnalités de test aux composants eux-mêmes (sur la puce) et à implanter un chemin électrique sur la carte reliant les différents composants entre eux, permettant une "surveillance aux frontières" des puces. Dans ce cas de figure, il n'est plus nécessaire de faire appel à un lit de clous. Mais si ce type d'accès est particulièrement intéressant pour les cartes numériques, il n'est pas au point pour les cartes en technologie analogique ou mixte analogique/numérique. En outre, il impose le test au niveau fonctionnel, le test des composants de manière individuel avant la mise sous tension de la carte n'étant plus possible. Un autre inconvénient est que cette méthode augmente le prix de revient de la carte, en faisant appel à des composants plus chers. Enfin, la surface de la carte est légèrement supérieure en raison du nombre de broches supplémentaires des composants et de l'implantation de pistes supplémentaires reliant les fonctionnalités de test. I1 est maintenant intéressant de revenir aux limites mécaniques de l'accès traditionnel aux cartes en vue de leur test: La précision d'impact d'un palpeur ne peut pas être meilleure que +1-0.2 mm par rapport au centre de la plage (Figure 2), ce qui implique un diamètre minimum de 0.6 mm, voire plus. Cette précision d'impact est liée à la géométrie de la pointe du palpeur, à son guidage dans le tube qui le structure, à son guidage dans le réceptacle, et enfin à la précision de perçage de la plaque qui l'accueille. D'autres types de palpeurs ont été envisagés par le passé, avec des structures multi-pointes, ou "striées", sans que les résultats soient changés : à partir du moment ou les pointes sont métalliques, elles ne sont pas élastiques. Par conséquent, seule une pointe parmi les multiples mini-pointes striées en bout de palpeur va effectivement impacter, et cela pourra tout aussi bien se faire à l'extérieur de la plage de test, si les pointes striées ne sont pas toutes exactement à la même hauteur, ce qui est systématiquement le cas compte tenu de la précision de fabrication de ce type de pointes. Dans le domaine de la connexion électrique et en particulier au niveau du test, on recherche en fait une certaine élasticité des éléments qui doivent coopérer pour réaliser des contacts, ceci pour que les contacts soient toujours établis de manière fiable quelles que soient les variations dimensionnelles normales des éléments ou quel que soit le nombre d'opérations de connexion et de déconnexion. Plus précisément, on recherche une élasticité conduisant à un contact surfacique, et non sur un ensemble de points. Dans cet ordre d'idée, le brevet FR 94/08593 expose un nouveau principe de connexion utilisant des polymères conducteurs. En particulier, il définit un nouveau type de palpeur, équipé à au moins une de ses extrémités d'un matériau polymérique conducteur élastique. L'objet de la présente invention consiste en la définition d'un procédé utilisant un nouveau type de plages de test, compatible avec le type de palpeurs objet du brevet cité ci-dessus, ou des palpeurs de fonctionnalité équivalente, dont il sera proposé au moins un mode de réalisation original dans la présente invention. Comme il l'a été dit précédemment, les points de test dans la méthode traditionnelle occupent un surplus de surface, dans la mesure ou ils nécessitent l'ajout d'au moins un motif conducteur sur l'image du circuit imprimé. Ces motifs conducteurs se présentent en général sous la forme d'une pastille circulaire, de diamètre de l'ordre de 0.6 mm à 1 mm, elle-même souvent reliée à l'équipotentielle (ou réseau de pistes ou pastilles reliées entre elles) à laquelle elle est censé donné accès, par une ou plusieurs pistes (voir figure 1). Par ailleurs, il est également important d'exposer que la très grande majorité sinon la totalité des cartes électroniques sont revêtues d'un vernis protecteur, appelé "vernisépargne". Selon un mode de réalisation de la présente invention, il n'est plus nécessaire d'ajouter ces motifs conducteurs supplémentaires : en remplaçant la pointe métallique du palpeur traditionnel par un assemblage comprenant un matériau élastique conducteur, représenté par la figure 3, il est maintenant possible, en définissant un nouveau type de plages de test, de s'affranchir de la perte de place occasionnée par les plages traditionnelles. En effet, le fait que le plot de contact électrique (6) est maintenant déformable permet de s'affranchir de la précision de positionnement nécessaire avec la méthode traditionnelle: à partir du moment ou la tête du palpeur a un rayon supérieur à l'erreur maximale de positionnement, le contact est obtenu, quelque soit la dimension de la plage de test, ce qui permet de réduire considérablement l'encombrement de celle-ci, voire de l'éliminer, en définissant l'accès à la piste au niveau même de celle-ci, sans passer par l'adjonction d'un motif spécial. Selon un mode de réalisation de l'invention, les plages de test (4) sont définies le long d'une piste traditionnelle (figure 5), existant au préalable sur le circuit, pour laquelle on a épargné localement le vernis protecteur isolant (14). Dans ce cas de figure, la place utilisée pour les fonctionnalités de test devient quasi nulle. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres aspects de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles La figure 1 illustre un circuit imprimé (1) sur lequel ont été définies des plages de test traditionnelles (4). Les plages d'accueil des composants (2) sont les plages sur lesquelles viennent être soudés les composants (10). La figure 2 illustre un palpeur traditionnel (5) accédant à une plage de test traditionnelle (4), avec un certaine erreur de positionnement. Les figures 3A et 3B illustrent la définition d'un palpeur spécial, intégrant au niveau de sa tête (7) un plot conducteur élastique (6). La figure 3A montre le palpeur au repos, tandis que la figure 3B montre le palpeur en compression. La figure 4 illustre de manière simplifiée la définition d'un "lit de clous", ou outillage de test, avec la plaque principale d'outillage (8) sur laquelle sont insérés les réceptacles, ces derniers acceptant les palpeurs (5). Les figures SA, 5B et 5C illustrent la définition des plages d'accès qu'autorisent des palpeurs dont la tête comprend des plots conducteurs élastiques (9). Sur la figure A, on distingue des composants (10) équipant le circuit imprimé (1). La figure 5B explicite les plages de test (13) définies, selon un mode de réalisation de la présente invention, par une épargne du vernis protecteur (14) de la carte. Cette épargne peut se situer au niveau d'une piste (11) ou d'un trou métallisé (12), ces derniers faisant la jonction entre les diverses couches de conducteurs du circuit imprimé. La figure 5C représente un agrandissement local de la figure B. Elle permet la distinction entre l'épargne du vernis (13) et l'accès au motif conducteur (13), ou plage de test, à l'intérieur de la fenêtre d'accès ainsi définie. La figure 6 représente le type de matériau (qu'on peut trouver dans le commerce) pouvant être inséré à l'intérieur d'une cavité métallique correspondant à la tête (7) d'un palpeur. Ce matériau composite est constitué d'une base isolante (9), de type silicone, élastique, dans laquelle sont insérés des fils métalliques souples (8), suivant une orientation privilégiée, conférant à l'ensemble une conduction électrique anisotrope, suivant l'axe d'orientation des fils métalliques (8). Grâce aux plots élastiques (6), il est inutile que les plages de contact (4) aient des tailles importantes. Par ailleurs, le contact que l'on obtient entre chaque plot (6) et une plage de contact (4) est surfacique, ce qui permet de réduire notablement la résistance de contact par rapport à des systèmes de connexion classiques dans lesquels les contacts sont ponctuels ou linéaires. Les palpeurs traditionnels sont généralement très pointus pour pouvoir pénétrer dans les plages de contact (4) à travers une couche de salissure afin d'établir un contact convenable. Ces pointes finissaient par s user en cours d'utilisation et par ne plus remplir leur rôle. Les palpeurs objets de la présente invention ne présentent pas cet inconvénient. Dans divers modes de réalisation de la présente invention, les plots conducteurs élastiques (6) peuvent être indifféremment constitués de polymères conducteurs (selon le brevet FR 94/08593), du matériau composite décrit par la figure 6, ou de tout autre matériau électriquement conducteur et élastique. Pour utiliser l'invention de manière industrielle, en comparaison avec la méthode traditionnelle, il suffira de définir les fenêtres d'accès aux portions de pistes conductrices (15) lors de la conception du circuit imprimé correspondant, et d'utiliser des palpeurs munis de plots conducteurs (6) élastiques. REVENDICATIONS 1. Procédé de prise de contact électrique sur substrats, utilisant des palpeurs pour lesquels la partie devant réaliser le contact avec le substrat est un plot élastique conducteur (6), conduisant à un contact surfacique, et non réduit à un ensemble de points, caractérisé en ce qu'au moins une zone de contact avec le substrat, ou plage de test (15) ne corresponde pas à un motif conducteur rajouté pour les besoins de l'accès électrique au substrat en vue de son test, et en ce qu'au moins un des accès aux motifs conducteurs soit défini par une fenêtre locale (13) dans une couche isolante (14) recouvrant partiellement ou totalement le substrat. 2. Procédé de prise de contact électrique sur substrats, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau (6) conducteur soit un matériau composite comprenant une base isolante et élastique (9) dans laquelle sont insérés des fils métalliques souples (8) conférant à l'ensemble une conduction suivant un axe privilégié. 3. Procédé de prise de contact électrique sur substrats, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau (6) conducteur soit un matériau polymère conducteur élastique. 4. Procédé de prise de contact électrique sur substrats, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif conducteur (15) épargné soit une portion de piste conductrice reliant au moins deux broches de composant (10). 5. Procédé de prise de contact électrique sur substrats, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif conducteur (15) épargné soit une traversée métallique (12) reliant une ou plusieurs couches conductrices du substrat entre elles. 6. Procédé de prise de contact électrique sur substrats, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante (14) corresponde au "vernis épargne" traditionnel d'un circuit imprimé.