Brevet FR2904115A1 — publié le 20080125

Carte de test équipée d'une ligne de transmission à large bande fréquentielle. Domaine technique de l'invention 10 L'invention concerne une carte de test pour vérifier le circuit d'un composant électronique, et comprenant : - un substrat isolant rigide à circuit imprimé apte à être connecté à un appareil de contrôle extérieur, 15 - une tête de mesure à membrane formée par un film souple isolant, et équipée de pointes de contact, - et une ligne de transmission s'étendant depuis les pointes de contact jusqu'au circuit imprimé, ladite ligne comprenant une ligne signal primaire et une ligne masse primaire réparties toutes les deux dans une première zone sur les faces 20 opposées de la membrane. Etat de la technique 25 Il est connu selon le document EP-A-259161 de mettre en engagement les plages conductrices d'une membrane à film souple avec les pistes conductrices du circuit imprimé d'un dispositif de test de circuit intégré. La ligne de transmission comprend une ligne signal sur la face arrière et une ligne masse sur la face avant de la membrane. Des vias relient la ligne masse de la 2904115 2 membrane est reportée sur la face opposée du circuit imprimé, soit par des vias, soit par un conducteur de liaison. On remarque que le plan de masse du circuit imprimé se trouve dans l'interface de contact avec la membrane. Une telle structure de ligne occasionne des phénomènes de réflexion, des phénomènes 5 de résonance ainsi que des pertes en transmission lors d'un test de composants radio fréquence, ou de tests paramétriques dans la bande décamétrique et centimétrique. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser une carte de test équipée d'une ligne de transmission capable d'assurer une utilisation à large bande de fréquence, et de minimiser la réflexion et les pertes en transmission. 15 La carte de test selon l'invention est caractérisée en ce que : - une deuxième zone de transition de la ligne de transmission possède deux bras de masse secondaires répartis coplanairement du même côté de part et d'autre d'une ligne signal secondaire, laquelle se trouve en continuité avec la ligne signal primaire de la première zone, 20 - la ligne de masse primaire de la première zone se sépare en début de la deuxième zone en deux bras de masse auxiliaires pour se superposer avec les bras de masse secondaires de la face opposée avec interposition de la membrane souple, - et une troisième zone résulte de la superposition de la membrane avec le 25 circuit imprimé, après formation préalable sur le substrat rigide d'une ligne signal tertiaire et deux lignes de masse tertiaires, lesquelles viennent en engagement respectivement avec des prolongements de la ligne signal secondaire et des deux bras de masse secondaires. 2904115 3 L'impédance de la ligne de transmission reste sensiblement constante le long du trajet des différentes zones, et permet ainsi de minimiser la réflexion. L'optimisation de la transition membrane souple sur le circuit imprimé réduit d'autre part les pertes en transmission de la ligne. 5 Les deux bras de masse secondaires coplanaires de la deuxième zone sont reliés électriquement par des premiers vias aux deux bras de masse auxiliaires de la face opposée de la membrane. D'une manière similaire, les lignes de masse tertiaires de la troisième zone sont reliées électriquement par des 10 deuxièmes vias au plan de masse arrière du circuit imprimé. Selon un mode de réalisation préférentiel, la troisième zone de la ligne de transmission correspond après l'interconnexion de la face arrière de la membrane sur la face avant du substrat rigide, à l'empilement suivant : -film souple de la membrane, - prolongement de la ligne signal secondaire sur la face arrière du film, avec de part et d'autre les prolongements des lignes de masse secondaires et coplanaires, - ligne de signal tertiaire avec de part et d'autre les lignes de masse tertiaires et 20 coplanaires, - le substrat rigide du circuit imprimé, - le plan de masse sous le substrat rigide. De préférence, les deux lignes signal superposées dans la troisième zone entre 25 la membrane et le circuit imprimé, présentent des largeurs identiques. Les lignes de masse superposées de gauche et de droite de la troisième zone possèdent les mêmes largeurs, et sont décalées des lignes signal par un intervalle prédéterminé. 2904115 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 5 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en perspective de la carte de test selon l'invention, la membrane souple étant représentée en position 10 séparée par rapport au substrat rigide du circuit imprimé ; la figure 2 montre une vue de détail à échelle agrandie de la membrane souple de la figure 1 ; les figures 3 et 4 sont des vues identiques respectivement des figures 1 et 2, en position regroupée de la membrane sur le substrat rigide du 15 circuit imprimé ; la figure 5 représente une vue en coupe verticale d'une partie de la membrane en contact avec le circuit imprimé ; la figure 6 montre des vues en coupe de la ligne de transmission en différentes zones échelonnées depuis les pointes de contact de la 20 membrane jusqu'au circuit imprimé ; la figure 7 est une vue schématique de la face avant de la ligne au niveau des zones a, b, c ; la figure 8 est une vue schématique de la face arrière de la figure 7 ; - les figures 9 et 10 représentent respectivement des vues en perspective 25 des faces avant et arrière de la zone de transition b de la ligne; - la figure 11 montre une vue schématique en perspective des zones c, d et e de la ligne. 4 2904115 5 Description d'un mode particulier de réalisation En référence aux figures 1 à 5, une carte de test CT pour vérifier le circuit d'un composant électronique, est composée d'un circuit imprimé Cl en liaison avec 5 un appareil de contrôle extérieur, d'une tête de mesure à membrane ME souple équipée de pointes de contact PC, et d'un dispositif de support et de suspension DS de la membrane ME. La membrane ME souple est formée par un film de faible épaisseur en matériau io diélectrique, notamment en polyimide de 25 microns. L'implantation des pointes de contact PC s'effectue sur une surface plane et horizontale de la partie centrale du film, et est obtenue par des techniques classiques de photolithographie et de gravage chimique, ou de préférence par électroformage d'un matériau métallique, tel que décrit dans le document WO 2002/010779. Les 15 pointes de contact PC présentent des hauteurs identiques, et s'étendent parallèlement les unes par rapport aux autres en étant dirigées vers le bas. Le dispositif de support et de guidage DS est apte à répartir uniformément la pression de contact sur la membrane ME, et à corriger le défaut de parallélisme par rapport au circuit imprimé Cl. La membrane ME épouse la forme pyramidale du dispositif de support et de guidage DS de manière à former une cuvette. La partie centrale de la membrane ME équipée des pointes de contact PC, est agencée au-dessus d'une ouverture 20 rectangulaire du circuit imprimé Cl, les pointes de contact PC étant aptes à venir en contact avec des plages conductrices du composant à tester (non représenté) lors d'un mouvement en translation vertical de la tête de mesure. 2904115 6 Le circuit imprimé Cl est solidaire d'un substrat S1 isolant rigide, ayant une épaisseur d'environ 510 microns. Les pointes de contact PC sont reliées électriquement au circuit imprimé CI par une ligne de transmission LT. Des barrettes 21 de fixation permettent de connecter la membrane ME avec sa ligne 5 de transmission LT au circuit imprimé CI. La structure de la ligne de transmission LT est du type à microruban, et est composée d'une ligne de signal et d'une ligne de masse. Pour obtenir l'impédance désirée, la largeur de la ligne de transmission LT sur la membrane 10 ME est adaptée à l'épaisseur du métal, et aux caractéristiques mécaniques et diélectriques du film de la membrane ME. Sur les figures 5 à 11, la ligne de transmission LT est subdivisée en plusieurs zones successives a, b, c depuis les pointes de contact PC jusqu'au circuit 15 imprimé CI, puis d et e sur le circuit imprimé Cl en direction de l'appareil de contrôle. Dans la zone a, la ligne LT à microruban est répartie sur le film souple de la membrane ME, et est composée d'une ligne signal 1 agencée sur la face 20 arrière, et d'une ligne masse 2 située sur la face avant. Les deux lignes 1, 2 sont parallèles en étant séparées par le film souple de la membrane ME. La largeur de la ligne de masse 2 est supérieure à celle de la ligne de signal 1. La zone b de transition (voir figures 5-10) correspond à l'intervalle de raccord 25 entre la zone a et la zone c. Cette zone b de transition est délimitée par la trace Ti de la ligne sur la membrane ME, et la trace T2 de la ligne dans la zone membrane ME et du circuit imprimé Cl. La ligne signal 3 est la continuité de la ligne signal 1 de la zone a jusqu'à la ligne signal 8 de la zone c. La ligne signal 3 est encadrée dans un même plan par deux bras de masse 4, 5 secondaires en 2904115 7 continuité avec des bras de masse 9, 10 dans la zone c. L'intervalle entre la ligne signal 3 et les bras de masse 4, 5 adjacents et coplanaires est identique, et adaptée à l'impédance souhaitée. 5 La ligne de masse 2 en début de la zone b (figures 6, 7 et 9) se sépare en deux bras de masse 6, 7 de manière à se superposer dans le reste de la zone b, aux bras de masse 4, 5 secondaires avec interposition du film souple de la membrane ME. Les bras de masse 6, 7 s'arrêtent en fin de zone b, mais peuvent aussi se prolonger en zone c au-dessus des lignes de masse 9, 10. 10 Des premiers vias 22 sont connectés électriquement dans la zone b entre les bras de masse 4, 6 opposés situés à gauche de la ligne signal 3, et les bras de masse 5, 7 opposés situés à droite de la ligne signal 3 (figures 6 et 10). La largeur initiale des bras de masse 4, 5, 6 et 7 correspond à la largeur de la ligne 15 de masse 2 au début de la zone b. La zone c (voir coupe figure 6, et figure 11) correspond à l'empilement suivant : film souple de la membrane ME, sur la face arrière du film, la ligne signal 8 avec de part et d'autre les 20 lignes masse 9 et 10 coplanaires, - la ligne signal 11 tertiaire avec de part et d'autre les lignes masse 12 et 13 tertiaires et coplanaires, le substrat S1 rigide du circuit imprimé Cl, le plan de masse 14 sous le substrat S1. 25 Sur la figure 6, les deux lignes signal 8, 11 superposées dans la zone c possèdent la même largeur. Il en est de même pour les deux lignes de masse de gauche 9 et 12, et les deux lignes de masse de droite 10 et 13. La largeur des lignes signal 8, 11, et l'intervalle séparant ces lignes signal 8, 11 2904115 8 respectivement des lignes de masse de gauche 9, 12 et de droite 10, 13, sont déterminés pour obtenir l'impédance désirée. Les lignes de masse 12, 13 sont reliées électriquement au plan de masse arrière 14 par des deuxièmes vias 23 traversant le substrat S1 rigide du circuit imprimé Cl. Les vias 22, 23 peuvent être disposés avec un pas régulier ou aléatoire en fonction des applications. Sur les figures 6 et 11, la zone d assure la liaison électrique de la zone c avec la 10 zone e. La ligne signal 11 en fin de zone c varie linéairement pour atteindre la ligne signal 15 sur le circuit imprimé Cl. Le plan de masse 14 se retrouve sur la face arrière opposée du substrat rigide S1. La membrane ME n'est plus présente à partir de la zone d. 15 La zone e est constituée d'une ligne signal 16 en technologie microruban, reposant sur le substrat S1 rigide du circuit imprimé ME, avec le même plan de masse que celui de la zone d. La largeur de la ligne signal 16 est adaptée à l'impédance désirée. 20 L'interconnexion entre la membrane ME et le circuit imprimé Cl est réalisée en superposant la face arrière de la membrane ME souple sur la face avant du substrat S1 rigide. On remarque que la ligne signal dans la zone c est constituée par la 25 superposition des lignes signal 8 et 11, tandis que les lignes de masse résultent de la superposition des lignes de masse 9, 12 d'une part, et 10, 13 d'autre part. Une telle structure de la ligne de transmission LT résulte de l'agencement dans la zone de transition b de la membrane ME souple, de deux bras de masse 4, 5 5 2904115 9 autour de la ligne signal 3. Les deux bras de masse 4, 5 sont ensuite reliés électriquement par les vias 22 aux bras de masse 6, 7 situés sur l'autre face. Il en résulte que le plan de masse est ainsi rapporté sur la même face de la membrane ME souple que la ligne signal 1, 3 et 8 de manière à obtenir une 5 continuité de masse lors de l'interconnexion de la membrane ME et du substrat S1 supportant le circuit imprimé Cl. La formation sur le substrat rigide S1 du circuit imprimé CI d'une ligne signal 11 et de deux lignes de masse 12, 13 ayant respectivement les mêmes largeurs 10 que les lignes 8, 9 et 10 de la membrane ME souple, permet d'obtenir l'impédance désirée, laquelle est directement liée aux caractéristiques mécaniques et diélectriques des substrats, à l'épaisseur des métallisations, et à l'intervalle de séparation entre les lignes de signal 8, 11 et les lignes de masse 9, 12 ; .10, 13. 15 Les longueurs de la zone de transition b et de la zone c sont variables, et s'adaptent aux contraintes client. La ligne de transmission LT permet de relier la ligne microruban de la zone a à 20 une autre ligne microruban de la zone e, en réalisant une transition débouchant sur un concept de ligne coplanaire avec plan de masse, prise en sandwich entre deux substrats, l'un souple constitué par la membrane ME, l'autre S1 rigide formé par le circuit imprimé Cl. 25 L'impédance de la ligne de transmission LT reste sensiblement constante le long du trajet des différentes zones. La ligne de transmission LT permet d'assurer : - une utilisation à large bande ; 2904115 10 une minimisation de la réflexion grâce à l'impédance contrôlée ; une minimisation des pertes en transmission grâce à l'optimisation de la transition membrane ME souple sur le substrat S1 rigide. 5 La carte de test 10 équipée de la ligne de transmission LT selon l'invention est apte à effectuer des tests fonctionnels pour des composants radio fréquence, et le test paramétrique dans la bande décamétrique et centimétrique jusqu'à quelques GHz. 10 Revendications 1. Carte de test (CT) pour vérifier le circuit d'un composant électronique, et comprenant : un substrat (Si) isolant rigide à circuit imprimé (CI) apte à être connecté à un appareil de contrôle extérieur, une tête de mesure à membrane (ME) formée par un film souple isolant, et équipée de pointes de contact (PC), et une ligne de transmission (LT) s'étendant depuis les pointes de contact (PC) jusqu'au circuit imprimé (CI), ladite ligne comprenant une ligne signal (1) primaire et une ligne masse (2) primaire réparties toutes les deux dans une première zone (a) sur les faces opposées de la membrane (ME), caractérisée en ce que une deuxième zone (b) de transition de la ligne (LT) possède deux bras de masse (4, 5) secondaires répartis coplanairement du même côté de part et d'autre d'une ligne signal (3) secondaire, laquelle se trouve en continuité avec la ligne signal (1) primaire de la première zone (a), la ligne de masse (2) primaire de la première zone (a) se sépare en début de la deuxième zone (b) en deux bras de masse (6, 7) auxiliaires pour se superposer avec les bras de masse (4, 5) secondaires de la face opposée avec interposition de la membrane (ME) souple, - et une troisième zone ( c) résulte de la superposition de la membrane (ME) avec le circuit imprimé (Cl), après formation préalable sur le substrat (Si) rigide d'une ligne signal (11) tertiaire et deux lignes de masse (12, 13) tertiaires, lesquelles viennent en engagement respectivement avec des prolongements (8 ; 9, 10) de la ligne signal (3) secondaire et des deux bras de masse (4, 5) secondaires. 11 2904115 12 2. Carte de test selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux bras de masse (4, 5) secondaires coplanaires de la deuxième zone (b) sont reliés électriquement par des premiers vias (22) aux deux bras de masse (6, 7) auxiliaires de la face opposée de la membrane (ME). 3. Carte de test selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les lignes de masse (12, 13) tertiaires de la troisième zone (c) sont reliées électriquement par des deuxièmes vias (23) au plan de masse arrière (14) du circuit imprimé (CI). 10 4. Carte de test selon la revendication 1, caractérisée en ce que la troisième zone (c) de la ligne de transmission (LT) correspond après l'interconnexion de la face arrière de la membrane (ME) sur la face avant du substrat (Si) rigide, à l'empilement suivant : 15 film souple de la membrane (ME), prolongement (8) de la ligne signal (3) secondaire sur la face arrière du film, avec de part et d'autre les prolongements (9, 10) des lignes de masse (4, 5) secondaires et coplanaires, ligne de signal (11) tertiaire avec de part et d'autre les lignes de masse 20 (12, 13) tertiaires et coplanaires, le substrat (Si) rigide du circuit imprimé (Cl), le plan de masse (14) sous le substrat (Si) rigide. 5. Carte de test selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux lignes 25 signal (8, 11) superposées dans la troisième zone (C) entre la membrane (ME) et le circuit imprimé (Cl), présentent des largeurs identiques. 6. Carte de test selon la revendication 5, caractérisée en ce que les lignes de masse superposées de gauche (9, 12) et de droite (10, 13) de la troisième zone 5 2904115 13 (c) possèdent les mêmes largeurs, et sont décalées des lignes signal (8, 11) par un intervalle prédéterminé. 7. Carte de test selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce 5 que la ligne de transmission (LT) est réalisée par un microruban jusqu'au substrat (Si) rigide.