Brevet FR2899969A1 — publié le 20071019

B7514 - 05-RO-516 1 DISPOSITIF DE FLEXION QUATRE POINTS Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale l'application de contraintes mécaniques sur un échantillon et, plus précisément, la mise en oeuvre d'une flexion quatre points d'un tel échantillon. L'invention concerne plus particulièrement la mise en flexion d'un échantillon allongé dont une surface doit rester accessible pour subir des tests non mécaniques. La présente invention s'applique plus particulièrement 10 au test électrique sous pointes de lamelles découpées dans une plaquette de fabrication de circuits électroniques. Exposé de l'art antérieur La présente invention sera décrite en relation avec un exemple de test sous pointes d'un circuit électronique réalisé 15 dans une lamelle découpée d'une plaquette de semiconducteur. Elle s'applique toutefois plus généralement à tout type de mesure devant être réalisée sur une surface accessible d'un échantillon sous flexion quatre points. La figure 1 représente, de façon très schématique, un 20 exemple classique d'installation de test sous pointes d'un échantillon 1 constitué d'une lamelle d'un matériau semi- B7514 - 05-RO-516 2 conducteur dans laquelle a été réalisé un circuit électronique 11 à tester. La figure 2 est une vue schématique de dessus d'une plaquette en un matériau semiconducteur 15 d'où est découpée au moins une lamelle 1 comportant une puce électronique 11 sur laquelle on souhaite faire des mesures électriques. Conne l'illustre la figure 1, le test électrique est effectué sous pointes 21 dont des premières extrémités sont appliquées mécaniquement sur des contacts (non représentés) de la puce 11 et dont des secondes extrémités sont reliées électriquement et mécaniquement à une interface 23 (PROBER) électrique et mécanique entre les pointes et un banc de mesure (par exemple, un ordinateur 25), envoyant et mesurant des signaux électriques. De telles installations de test sous pointes sont connues. Le développement de circuits de plus en plus minces rend nécessaire des tests électriques alors que les circuits subissent des contraintes mécaniques, en particulier des flexions. De telles flexions sont en effet susceptibles de se produire pendant les manipulations de fabrication, voire dans la vie du circuit (notamment pour une pose sur support souple). L'invention concerne, dans son application préférée, l'utilisation d'un système de mesure électrique sous contraintes mécaniques en flexion d'une puce. On utilise généralement une technique de flexion quatre points permettant d'obtenir un moment de force constant sur la surface à tester. La solution classique illustrée par la figure 1 consiste à faire porter la lamelle 11 sur deux pieds 26 et 27 reposant sur la table 20 du testeur et espacés d'une distance permettant que la puce 11 se trouve entre les deux pieds. La contrainte de flexion est alors apportée en appliquant des poids 28 et 29 sur la lamelle 1 à l'extérieur des pieds comme cela est représenté pour obtenir une contrainte en tension de la face supérieure de la lamelle, donc de la puce 11. B7514 - 05-RO-516 3 Un inconvénient du système de la figure 1 est qu'il ne permet pas un test en compression. Il faudrait en effet retourner la lamelle mais le circuit 11 ne serait alors plus accessible aux pointes. Dans les applications que vise plus particulièrement la présente invention, les échantillons sont de dimensions relativement restreintes (de l'ordre de la dizaine de centimètres de long), ce qui pose un problème particulier de disposer d'un outil d'application de contraintes mécaniques de faible dimension. Un autre problème est de maintenir accessible la surface de l'échantillon pour le test. Résumé de l'invention La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients des systèmes connus pour appliquer des contraintes mécaniques de type flexion quatre points sur un échantillon. L'invention vise plus particulièrement une solution adaptée au maintien d'un accès libre à une surface à tester de l'échantillon. L'invention vise également une solution peu encombrante. L'invention vise également une solution évitant de devoir retourner l'échantillon à tester pour appliquer des 25 contraintes en tension et en compression. L'invention vise également une solution particulièrement adaptée à des lamelles portant des puces en matériau semiconducteur à soumettre à un test électrique sous pointes. L'invention vise également une solution compatible 30 avec des équipements de test sous pointes classiques. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un dispositif de flexion quatre points d'un échantillon, comportant : B7514 - 05-RO-516 4 un premier élément portant deux premiers supports allongés dans une première direction et distants l'un de l'autre dans une deuxième direction perpendiculaire à la première ; et un deuxième élément portant deux deuxièmes supports allongés dans la première direction et distants l'un de l'autre dans la deuxième direction, les premiers supports encadrant les deuxièmes supports dans cette deuxième direction et les deux éléments étant mobiles l'un par rapport à l'autre dans une troisième direction perpendiculaire aux deux autres avec une amplitude suffisante pour que les deux deuxièmes supports puissent passer de part et d'autre de la position des premiers supports dans cette troisième direction. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque support est porté par ses extrémités respectives par une paire de pieds formant entretoise par rapport à un fond de l'élément correspondant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième élément est porté par un pied s'étendant dans la troisième direction à l'opposé des supports. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la position du deuxième élément dans la troisième direction est réglable au moyen d'une couronne ayant un axe dans la troisième direction coupant le deuxième élément approximativement en son centre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite couronne est dentée pour un report de sa commande en rotation sur un arbre déporté, de préférence débrayable. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les supports sont cylindriques. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les supports sont amovibles, de préférence, par coulissement dans la première direction. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'écart dans la deuxième direction entre les deux deuxièmes 30 B7514 - 05-RO-516 supports du deuxième élément est choisi en fonction d'une surface de l'échantillon devant rester accessible. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif est appliqué à la réception d'un échantillon sous 5 la forme d'une lamelle allongée portant un circuit électronique à tester. L'invention prévoit également une installation de test sous pointes d'un circuit intégré porté par une lamelle allongée. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 décrite précédemment représente un exemple classique de système de test sous pointes et sous contraintes mécaniques en flexion quatre points du type auquel s'applique plus particulièrement la présente invention ; la figure 2 décrite précédemment est une vue de dessus d'une plaquette portant un échantillon de circuit intégré à tester dans le système de la figure 1 ; les figures 3A et 3B sont des vues schématiques d'un dispositif de flexion d'un échantillon à tester selon un mode de 25 réalisation de la présente invention ; et la figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention. De mêmes éléments ont été désignés par des mêmes références aux différentes figures qui ont été tracées sans 30 respect d'échelle. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension de L'invention ont été représentés et seront décrits par la suite. En particulier, la réalisation du test électrique sous pointes proprement dit n'a pas été détaillée, l'invention étant compatible avec tout 35 test électrique classique. Plus généralement, l'invention peut B7514 - 05-RO-516 6 être mise en oeuvre pour d'autres tests connus non électriques (par exemple, des tests optiques de type micro-Raman ou rayons X). Description détaillée Une caractéristique de la présente invention est de prévoir un dispositif de maintien d'un échantillon et d'application de contraintes mécaniques de type flexion quatre points, sous la forme de deux sous-ensembles ou éléments imbriqués, mobiles l'un par rapport à l'autre au moins en trans- lation dans une direction (arbitrairement verticale), chaque sous-ensemble comportant au moins une paire de supports de l'échantillon. Les deux supports d'un même sous-ensemble servent soit à supporter l'échantillon, soit à appliquer sur celui-ci une pression verticale depuis le dessus selon qu'un des sous- ensembles est dans une position relativement haute ou relativement basse par rapport à l'autre. Les figures 3A et 3B représentent, de façon très schématique, un dispositif outil selon un mode de réalisation de l'invention. Les figures 3A et 3B illustrent le fonctionnement de l'outil dans deux positions selon qu'une tension ou une compression doit être imposée à la surface supérieure accessible de l'échantillon à traiter. Ici, l'échantillon de forme allongée est supposé être une lamelle 1 portant un circuit électronique 11 à tester au moyen d'un système de test sous pointes tel qu'illustré par la figure 1. Un premier élément ou base externe 31 comporte une ouverture centrale 32 dans laquelle est monté à coulissement vertical (dans l'orientation de la figure) un deuxième élément ou chariot interne 41. Chaque élément comporte, dans deux positions espacées l'une de l'autre dans une direction longi- tudinale (correspondant à la direction longitudinale de l'échan- tillon 1), deux supports horizontaux respectivement 33, 34 et 43, 44 destinés à être en contact mécanique avec l'échantillon. Chaque support a une forme allongée et tous les supports sont parallèles entre eux dans la direction transversale de l'échan- B7514 - 05-RO-516 7 tillon. Dans le mode de réalisation préféré, représenté aux figures, les supports 33, 34, 43 et 44 ont des formes de rouleaux cylindriques et sont préférentiellement libres en rotation autour de leurs axes respectifs. Les cylindres sont portés par des pieds verticaux, respectivement 35 et 36 pour le cylindre 33, 37 et 38 pour le cylindre 34, 45 et 46 pour le cylindre 43, 47 et 48 pour le cylindre 44. Ils peuvent soit comme cela est représenté être engagés dans des orifices des pieds, soit être maintenus dans des gorges des extrémités supérieures des pieds. Les pieds 35 à 38 sont solidaires d'un fond 39 de la base 31 et les pieds 45 à 48 sont solidaires d'un fond 49 du chariot mobile 41. Le rôle des pieds est d'écarter les supports des fonds respectifs 39 et 49. Le chariot interne 41 est porté, par exemple, par un pied central 50 et est mobile verticalement par rapport à la base externe 31 supposée fixe. L'inverse est bien entendu envisageable (chariot fixe et base mobile). Dans l'exemple de la figure 3A, on suppose que l'on souhaite appliquer une tension au circuit intégré 11, ce qui revient à appliquer une tension à surface supérieure de la lamelle 1 (l'échantillon) qui le porte. Le chariot interne 41 est placé dans une première position relativement basse dans laquelle ses cylindres 43 et 44 se trouvent dans un plan horizontal inférieur au plan contenant les cylindres 33 et 34 de la base externe 31. L'écart entre les deux plans est choisi pour pouvoir glisser sans difficulté l'échantillon 1 entre les paires de pieds de telle sorte que la lamelle repose par sa face inférieure sur les cylindres 43 et 44 du chariot 41 et que les cylindres 33 et 34 de la base 31 soient au-dessus de l'échantillon. Puis, le chariot est déplacé vers le haut (ou la base est déplacée vers le bas) de sorte que l'échantillon 1 est contraint par les cylindres 33 et 34 en face supérieure. Comme les cylindres 33 et 34 encadrent (dans la longueur de l'échantillon) les cylindres 43 et 44 qui portent la face B7514 - 05-RO-516 8 inférieure, la face supérieure de l'échantillon (et donc le circuit 11) est bien placée en tension. Dans la configuration de la figure 3B, on suppose que l'on souhaite appliquer une contrainte en compression au circuit 11 à tester. En supposant la lamelle dans la configuration de la figure 3A, la lamelle échantillon 1 est d'abord retirée de l'outil après avoir été libérée en rabaissant le chariot interne 41 par rapport à la base externe 31. Puis, le chariot 41 est placé dans une position relativement élevée par rapport à la base 31 de sorte que les cylindres 43 et 44 soient dans un plan horizontal au-dessus d'un plan contenant les cylindres 33 et 34. La lamelle 1 est alors introduite entre les pieds de l'outil en reposant cette fois sur les cylindres 33 et 34 de la base, les cylindres 43 et 44 étant au-dessus de la surface supérieure de la lamelle 1. Enfin, le chariot 41 est rabaissé par rapport au chariot externe de sorte que l'échantillon 1 soit contraint par les cylindres 43 et 44 en face supérieure. Comme les cylindres 43 et 44 sont à l'intérieur des cylindres 33 et 34 qui portent la face inférieure, la face supérieure de l'échantillon (et donc le circuit 11) est bien placée en compression. L'écart longitudinal entre les cylindres 43 et 44 est choisi en fonction de la taille de circuit maximale acceptable par l'outil et de façon à ne pas gêner l'accès à la face supérieure à tester par les pointes. L'écart transversal entre les pieds (de préférence, identique pour toutes les paires de pieds), donc la longueur des supports est choisi en fonction de la taille de circuit maximale à tester. A l'extrême, l'écart transversal peut être plus grand que l'écart longitudinal entre les cylindres externes 33 et 34 pour que l'outil accepte des échantillons aussi longs que larges (ou circulaires). Dans ce cas, l'échantillon peut même être successivement contraint selon plusieurs directions. En variante, l'écart transversal est suffisamment grand pour accepter plusieurs échantillons les uns à côté des autres, testés simultanément pourvu qu'ils aient la même épaisseur. B7514 - 05-RO-516 9 L'amplitude de liberté verticale du chariot 41 par rapport à la base 31 dépend de l'épaisseur maximale des échantillons à traiter. Elle est supérieure au double de l'épaisseur maximale de l'échantillon, majorée de la hauteur de deux supports, afin de permettre l'engagement avec jeu de l'échantillon dans les deux configurations d'utilisation. Il ressort de la description des figures 3A et 3B que la lamelle n'a pas besoin d'être retournée pour changer le sens de la contrainte mécanique entre une tension et une compression sur le circuit à tester. Dans l'application au test sous pointes, un avantage important est que les pointes du système de test peuvent rester en place. Un autre avantage de l'outil de l'invention est que 15 l'échantillon à tester reste accessible quelle que soit la configuration du dispositif. Un autre avantage est que l'outil s'adapte à différentes épaisseurs de lamelles. De préférence, le chariot 41 n'est déplaçable que 20 verticalement par rapport à la base. Un autre avantage est alors de fixer, par la structure de l'outil, la distance entre les supports, donc l'écart entre les quatre points de flexion, ce qui simplifie la manipulation et rend les tests comparables. En variante de supports cylindriques, on peut prévoir 25 des supports en forme de barres ayant une section carrée ou en losange pourvu que deux arêtes définissent respectivement les extrémités supérieure et inférieure des barres. Le cylindre reste toutefois une solution préférée dans la mesure où il confère un degré de liberté longitudinal lors des contraintes en 30 tension ou en compression. Un tel degré de liberté évite de casser la lamelle lors de sa mise en contrainte. Selon une variante, les supports 33, 34, 43 et 44 peuvent être sortis du dispositif par translation horizontale. Une telle variante permet, en utilisant un dispositif (non 35 représenté) de maintien temporaire de la lamelle, par exemple B7514 -05-RO-516 10 une pince, de passer d'une configuration à une autre (figure 3A à figure 3B) sans avoir à sortir la lamelle de l'outil. La figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un outil, particulièrement adapté au test sous pointes de circuits électroniques selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, la base externe 31 est portée par une couronne support 51, destinée à reposer sur la table (20, figure 1) de l'appareil de test sous pointes. Le chariot interne 41 est porté par un pied (non visible en figure 4) ayant préférentiellement la forme d'une vis sans fin susceptible d'être entraînée par rotation d'un disque ou molette 52 placée sur la couronne 51, dans un épaulement de la face inférieure de la base 31. La molette 52 et le pied du chariot 41 sont, de préférence, coaxiaux et leur axe vertical passe par le centre du chariot mobile 41. Une rotation de la molette 52 autour de son axe (flèche f52) engendre un mouvement de translation vertical (flèche f41) du chariot 41. L'amplitude du déplacement vertical possible du chariot est choisie pour respecter les fonctionnalités décrites en relation avec les figures 3A et 3B. Un réglage par le dessous du chariot 41 laisse libre la surface supérieure comportant l'échantillon à tester. De préférence, la molette 52 comporte des dents 53 sur sa périphérie externe de façon à pouvoir engrener avec une roue dentée 61 d'un arbre déporté 60 manipulable en rotation (flèche f60), par exemple au moyen d'une poignée 62 coaxiale à la roue 61. Un avantage de ce mode de réalisation est que le déport de la commande à l'extérieur rend le système automatisable sans nuire à l'accès à la face supérieure de l'échantillon. De préférence, cet arbre 60 est débrayable pour permettre un mouvement grossier au moyen de la molette 52 et un mouvement fin au moyen de la poignée 62. Un avantage de l'outil de l'invention est que les réglages des contraintes s'effectuent par le dessous de l'outil, même avec une commande de réglage déportée latéralement. B7514 - 05-RO-516 11 Un autre avantage est qu'un réglage par vis apporte une précision accrue dans les réglages. On peut par exemple prévoir un réglage par vis micrométrique. L'outil représenté en figure 4 est réalisé par morceaux, la base 31 étant susceptible d'être vissée (taraudages 55) sur la couronne 51 après mise en position de la molette 52 et du chariot interne 41. De préférence, la base et le chariot sont réalisés de telle sorte que les faces internes (côté échantillon) de leurs pieds respectifs soient toutes alignées conne cela est représenté en figure 4. Selon une variante, la vis centrale du pied (50) du chariot interne est équipée de jauges de contrainte, ce qui permet une mesure des contraintes appliquées à l'échantillon. Dans un mode de réalisation simplifié, le nombre de tours imposé à la molette 52 permet suite à une calibration de l'outil, de fixer les contraintes appliquées à l'échantillon. Un avantage de l'outil de la figure 4 est qu'il est portable et ne nécessite pas d'être fixé à demeure au système de test. Dans l'application aux tests sous pointes, une aspiration par la face inférieure est généralement prévue dans la table 20 du testeur. Une telle aspiration maintient en place un outil selon l'invention. Rendre portable l'outil permet de garder une même contrainte sur un échantillon pour, si besoin, le passer d'un testeur à un autre. Cela permet, par exemple, de comparer des équipements de test les uns aux autres. Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention appliqué à la réception de lamelles ayant des dimensions de l'ordre de 50 à 80 mm de long, 3 à 10 mm de large et 200 à 800 }gym, l'encombrement du dispositif de l'invention tel que représenté en figure 4 n'excède pas un diamètre d'une dizaine de centimètre et une hauteur de quelques centimètres. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les dimensions respectives des constituants de l'outil sont fonction de l'application et leur B7514 - 05-RO-516 12 détermination est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. De plus, si une réalisation préférée de l'outil utilise des matériaux métalliques, n'importe quel autre type de matériau pourra être envisagé, pourvu d'être compatible avec la tenue de l'échantillon et avec les contraintes mécaniques à lui appliquer. En outre, bien que l'invention ait été décrite en relation avec un exemple d'application à un système de test sous pointes de circuits électroniques, elle s'applique plus généralement dès qu'une surface d'un échantillon doit rester accessible et que l'on souhaite pouvoir mettre cet échantillon en flexion quatre points en compression et en tension. REVENDICATIONS 1. Dispositif de flexion quatre points d'un échantillon (1), caractérisé en ce qu'il comporte : un premier élément (31) portant deux premiers supports allongés (33, 34) dans une première direction et distants l'un de l'autre dans une deuxième direction perpendiculaire à la première ; et un deuxième élément (41) portant deux deuxièmes supports allongés (43, 44) dans la première direction et distants l'un de l'autre dans la deuxième direction, les premiers supports encadrant les deuxièmes supports dans cette deuxième direction et les deux éléments étant mobiles l'un par rapport à l'autre dans une troisième direction perpendiculaire aux deux autres avec une amplitude suffisante pour que les deux deuxièmes supports puissent passer de part et d'autre de la position des premiers supports dans cette troisième direction. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque support (33, 34, 43, 44) est porté par ses extrémités respectives par une paire de pieds (35, 36 ; 37, 38 ; 45, 46 ; 47, 48) formant entretoise par rapport à un fond (39, 49) de l'élément correspondant (31, 41). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le deuxième élément (41) est porté par un pied (50) s'étendant dans la troisième direction à l'opposé des supports (43, 44). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la position du deuxième élément (41) dans la troisième direction est réglable au moyen d'une couronne (52) ayant un axe dans la troisième direction coupant le deuxième élément approximativement en son centre. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ladite couronne (52) est dentée (53) pour un report de sa commande en rotation sur un arbre déporté (60), de préférence débrayable. 30B7514 - 05-RO-516 14 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les supports (33, 34, 43 ,44) sont cylindriques. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les supports (33, 34, 43, 44) sont amovibles, de préférence, par coulissement dans la première direction. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'écart dans la deuxième direction entre les deux deuxièmes supports (43, 44) du deuxième élément (41) est choisi en fonction d'un surface de l'échantillon devant rester accessible. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, appliqué à la réception d'un échantillon (1) sous la forme d'une lamelle allongée portant un circuit électronique (11) à tester. l0.Installation de test sous pointes d'un circuit intégré (il) porté par une lamelle allongée (1), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.