Brevet FR3038061A1 — publié le 20161230

DISPOSITIF DE CALIBRAGE POUR L'AJUSTEMENT D'UNE MESURE RADIOFREQUENCE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention porte sur un dispositif de calibrage pour l'ajustement d'une mesure radiofréquence (RF) sur un équipement de mesure sous pointe. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Il est usuel de procéder à des mesures RF sur un composant, par exemple à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel (VNA, initiales de l'expression anglo-saxonne : Vectorial Network Analyser). Par mesure RF on désigne toute émission et/ou réception d'un signal dont la longueur d'onde est plus petite que la distance sur laquelle il se propage. Typiquement, la mesure RF concerne tous signaux dont la fréquence excède 3MHz. De telles mesures RF sont par exemple réalisées pour caractériser et tester fonctionnellement des composants intégrés ou des circuits (désignés d'une manière générale par le terme « composant » dans la présente demande) traitant des signaux à ces fréquences (amplificateur, antenne, filtre, commutateur...) Ces tests peuvent être réalisés sur des composants individualisés ou directement sur la plaquette de semi- conducteur au cours de la fabrication même de ces composants. Dans tous les cas, les pointes de l'équipement de mesure, analyseur ou équipement de test automatique, sont mises en contact électrique avec les plots de contact du composant sous test, pour injecter un signal de test et relever les informations résultant de la propagation de ce signal. Toute mesure RF doit faire l'objet d'une étape préliminaire de calibrage. Cette étape vise à identifier les 3038061 2 caractéristiques de propagation du signal de test des ports d'entrée/sortie de l'équipement de mesure jusqu'à un plan de référence où l'on souhaite positionner avec précision la mesure. Ces caractéristiques dépendent entre autres de la 5 fréquence du signal de test et peuvent s'exprimer sous la forme de paramètres S (de l'expression anglo-saxonne « Scattering parameter » ou coefficients de diffraction), ou de paramètres ABCD, ou sous la forme d'un autre formalisme équivalent comme cela est bien connu en soi. Ces 10 caractéristiques permettent de traiter les mesures brutes collectées par l'équipement pour « désincorporer » de ces mesures, la contribution des éléments extérieurs au composant lui-même : pointes, lignes de transmission de l'appareil de mesure, éléments de fixation du composant sous test et d'une 15 manière générale tout élément précédant le plan de référence. On désignera dans la suite de ce document l'ensemble de ces éléments par l'expression « environnement de mesure ». Une technique connue de calibrage, désignée par les 20 initiales TRL (de l'anglo-saxon « Thru-Reflect-Line » ou « Transmission - Réflexion - Ligne » en français) consiste à utiliser trois dispositifs de calibrage « étalon » simples et d'impédance connue. Ceux-ci permettent de caractériser entièrement l'environnement de mesure en vue de fournir un 25 modèle de désincorporation des mesures brutes réalisées sur le composant sous test et établir des mesures finales représentatives de ce composant. Cette technique de calibrage est connue par exemple du 30 document US7532014. Ce document divulgue notamment une méthode et un dispositif de calibrage vectorielle RF d'un équipement de test automatique sous pointe. Le document rappelle qu'il est généralement difficile 35 de modifier l'écartement des pointes entres elles sur un équipement de test industriel. De plus, cette modification entraine nécessairement la modification de l'environnement de mesure et rend donc caduques les mesures menées préalablement 3038061 3 à cette modification. Le document rappelle également que sur de tels équipements, la mise en oeuvre de la technique TRL nécessite la mesure de deux lignes de transmission présentant des longueurs différentes. 5 Pour concilier ces deux contraintes et procéder à des mesures de lignes présentant des longueurs différentes sans modifier l'écartement des pointes du testeur, ce document prévoit de former une des lignes de transmission de calibrage 10 de manière non rectiligne. Les figures la et lb reproduisent deux lignes de transmission du dispositif de calibrage selon cet état de la technique. Ces lignes de transmission sont réalisées par des lignes coplanaires constituées d'une piste centrale de signal et de deux pistes de masse, de part et 15 d'autre de la piste centrale. La technique de calibrage TRL nécessite, pour être fiable, de précisément connaître soit les longueurs électriques, soit les temps de propagation de chacune des 20 lignes de transissions étalon et de précisément contrôler leurs impédances caractéristiques. Or la ligne de transmission étalon non rectiligne proposée par cet état de la technique ne permet pas de satisfaire ces besoins. En effet, les angles droits qui composent la piste centrale et les pistes de masse 25 affectent son impédance caractéristique et rendent impossible la mesure précise de sa longueur électrique. C'est notamment le cas parce que les distances séparant respectivement la piste centrale de chacune des pistes de masse ne sont pas constantes sur toute leur longueur, en particulier au niveau 30 des angles droits, comme cela est rendu apparent par les flèches de la figure lb. En conséquence, l'impédance caractéristique est localement modifiée, ce qui altère la propagation du signal le long de la piste centrale de manière indéterminée, et rend le calibrage de la mesure RF peu fiable. 35 Par ailleurs, la technique de calibrage TRL proposée dans ce document de l'état de la technique, tend à positionner le plan de référence de la mesure à mi-distance des pointes 3038061 4 associées aux extrémités de chacune des lignes de transmission étalon. L'indétermination de la longueur de la ligne de transmission non rectiligne ne permet pas de repositionner simplement ce plan de référence sous les pointes de mesure, ce 5 qui est généralement désirable pour les mêmes raisons de fiabilité de l'étape de calibrage. OBJET DE L'INVENTION 10 On souhaite donc disposer d'un dispositif de calibrage pour l'ajustement d'une mesure RF sur un équipement de mesure sous pointe qui soit fiable et simple à mettre en oeuvre. 15 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION On tend à satisfaire ce besoin en prévoyant un dispositif de calibrage pour l'ajustement d'une mesure RF réalisée sur un équipement de mesure sous pointe, le 20 dispositif de calibrage comprenant au moins une ligne de transmission présentant une forme en méandre pour propager un signal de test. Selon l'invention, la forme en méandre de la ligne de 25 transmission est décomposable en une répétition d'un motif élémentaire unique. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - La ligne de transmission est formée de deux zones de masse latérales, électriquement conductrices, disposées de chaque côté d'une piste centrale de signal. - la distance entre le centre de la piste centrale et chacun des bords des zones de masse latérale est sensiblement constante. 30 35 3038061 5 - la piste centrale et les zones de masse latérales sont munies à leurs extrémités respectives d'une zone de contact pour recevoir une pointe de l'équipement de 5 mesure. - le motif élémentaire unique est engendré par une figure génératrice. 10 - les extrémités du motif élémentaire se développent orthogonalement aux côtés de la figure génératrice. - la figure génératrice est un carré et le motif élémentaire se développe du milieu d'un premier côté de 15 ce carré au milieu d'un deuxième côté adjacent de ce carré. - la figure génératrice est un triangle isocèle d'angle au sommet et le motif élémentaire unique se développe 20 d'un premier coté adjacent au somment du triangle à un deuxième coté adjacent au sommet du triangle. - la ligne de transmission est disposée sur une plaquette de semi-conducteur munie de composants 25 microélectroniques. - la ligne de transmission est disposée sur un substrat de diélectrique. 30 - le dispositif de calibrage comprend une seconde ligne de transmission présentant une longueur différente de la première. - la distance séparant les extrémités des deux lignes de 35 transmission est identique. 3038061 6 - la seconde ligne de transmission est également à méandre et décomposable en une répétition du motif élémentaire unique. 5 L'invention concerne également un kit de calibrage comprenant une pluralité de dispositifs de calibrage. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit des modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l'invention en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : 15 - les figures la et lb reproduisent deux lignes de transmission étalon selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente un environnement de mesure RF pour la mise en oeuvre d'un dispositif de calibrage conforme à l'invention ; 20 - les figures 3a à 3c représentent un premier exemple d'une ligne de transmission à méandre ; - les figures 4a à 4c représentent un second exemple d'une ligne de transmission à méandre; - les figures 5a et 5b représentent un exemple de mise en 25 oeuvre d'un dispositif de calibrage conforme à l'invention sous la forme de lignes coplanaires ; - les figures 6a et 6b représentent un second exemple de mise en oeuvre d'un dispositif de calibrage conforme à l'invention sous la forme de lignes coplanaires ; 30 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Par souci de simplification de la description à venir, les mêmes références sont utilisées pour des éléments 35 identiques ou assurant la même fonction dans les différents modes de mise en oeuvre exposés du dispositif de calibrage. 3038061 7 La figure 2 représente un environnement de mesure RF pour la mise en oeuvre d'un dispositif de calibrage conforme à l'invention. Il comprend un équipement de mesure 1, qui peut être un analyseur de réseau, un équipement de test automatique 5 de composant ou toute autre installation apte à propager et analyser au moins un signal de test. Comme cela est bien connu en soi, l'équipement de mesure RF est muni d'au moins une source de signal S (aussi appelé « émetteur ») et d'au moins un analyseur A (aussi appelé « récepteur »), reliés l'un et 10 l'autre à des ports de communication d'entrées et de sorties 2, 3. Ces ports sont reliés par des lignes de transmission (câbles coaxiaux, microruban...) à une tête de mesure 4 comprenant une pluralité de pointes 5 agencée pour contacter les plots de contact d'un composant à tester. Le plan de 15 référence du composant sous test, matérialisé par les lignes pointillées sur la figure 1, est placé à mi-distance des pointes 5 ; mais l'invention, comme cela sera présenté par la suite, permet de choisir plus finement sa position. 20 Pour procéder au calibrage de cet environnement de test, l'invention prévoit un dispositif de calibrage 6 comprenant au moins une ligne de transmission 7 en forme de méandre pour propager un signal de test. Cette forme en méandre de la ligne de transmission 7 est décomposable en une 25 répétition d'un motif élémentaire unique 8. Par l'expression « forme en méandre », on désigne dans le cadre de la présente demande, une forme courbe ne présentant pas d'angle droit. 30 En d'autres termes, la ligne de transmission en méandre 7 est conçue par la mise bout à bout d'un motif élémentaire unique 8, de manière répétée. La mise bout à bout s'effectue au niveau de noeuds de jonction 9, comme cela est apparent sur 35 les figures 3a à 3c dont la description suit. Ce motif élémentaire 8 unique présente des propriétés déterminées (sa longueur par exemple) que l'on pourra employer 3038061 8 pour facilement dériver les propriétés de la ligne de transmission à méandre 7. Après désincorporation de l'environnement de mesure sur 5 les mesures brutes réalisées sur un composant sous test, on peut fournir des mesures finales fines représentatives de ce composant. Afin de faciliter la conception de la ligne de 10 transmission à méandre 7, le motif élémentaire 8 peut être contenu dans une figure génératrice 10. Selon un premier exemple, et comme cela est représenté sur la figure 3a, le motif élémentaire unique 8 est une ligne 15 de transmission coudée qui se développe à partir d'un côté d'un carré générateur 10 et vers un deuxième côté adjacent de ce carré. En agençant côte à côte une pluralité de carrés générateurs 10 définissant le motif élémentaire unique 8, on peut construire une ligne de transmission à méandre 7 ainsi 20 que cela est représenté à titre d'exemple sur les figures 3b et 3c. Pour ces deux lignes à méandre 7 représentées sur ces figures, on notera que la distance séparant les extrémités de chaque ligne est identique, permettant de positionner l'une ou l'autre de ces lignes de transmission 7 sous les pointes 5 25 d'une tête de mesure 4, sans modifier l'écartement entre les pointes. La figure 4a représente un second exemple de motif élémentaire unique 8. Ce motif présente l'avantage de limiter 30 le couplage électromagnétique pouvant apparaître dans la configuration de ligne représentée sur les figures 3b ou 3c, entre la ligne et les zones de contact 11, voire même d'autocouplage de la ligne de transmission 7 elle-même. Dans ce second exemple, le motif élémentaire unique 8 est une ligne 35 de transmission qui se développe d'un premier côté d'un triangle isocèle générateur 10, l'angle au sommet pouvant être de 45° comme cela est représenté sur la figure 4a, au côté opposé de ce triangle. Similairement à l'exemple précédent, la 3038061 9 distance séparant les extrémités de chaque ligne est identique, permettant de positionner l'une ou l'autre de ces lignes de transmission 7 sous les pointes 5 d'une tête de mesure 4, sans en modifier l'écartement interpointe. 5 On notera que dans les deux exemples précédents le motif élémentaire 8 est contenu dans une figure génératrice 10 (carrée ou triangle) qui facilite par assemblage de cette 10 figure 10 la conception des lignes de transmission à méandre 7. Mais ces figures génératrices 10, bien qu'avantageuses, ne sont aucunement essentielles à l'invention. On notera également que le motif élémentaire 8 se 15 développe orthogonalement aux côtés des figures génératrices 10. On assure ainsi la continuité, sans brisure, de la ligne de transmission à méandre 7 au niveau des noeuds de jonction 9. Lorsque la ligne de transmission 7 selon l'invention 20 est réalisée sous la forme d'une ligne coplanaire, deux zones de masse latérales 12a, 12b, électriquement conductrices, sont disposées de chaque côté d'une piste conductrice centrale 13 de signal. Les figures 5a et 5b représentent un tel mode de réalisation de l'invention. 25 La piste centrale 13 peut être contactée par une pointe 5 de signal de la tête de mesure 4, et les zones de masse latérales 12a, 12b chacune contactées par une pointe 5 de masse de cette tête 4. 30 La distance séparant le milieu de la piste centrale 13 et le bord de chacune des zones de masse latérales 12a, 12b est sensiblement constante sur toute la longueur de la ligne de transmission 7, ce qui assure la propagation centrée sur la 35 piste centrale 13 du signal de test, et la détermination précise de la longueur électrique de cette ligne 7. 3038061 10 Cette distance de séparation peut correspondre sensiblement à la distance séparant la pointe 5 de signal d'une pointe 5 de masse de la tête de mesure 4. 5 Alternativement, et comme cela est représenté sur les figures 6a et 6b, il est possible de choisir la distance séparant le milieu de la piste centrale 13 et les bords de chacune des zones de masse latérales 12a, 12b plus petite que la distance interpointe signal/masse de la tête de mesure 4. 10 Cette configuration est notamment avantageuse lorsque la ligne de transmission est conçue pour être formée par intégration sur une plaquette de composants. On formera dans ce cas des zones de contact 11, en contact électrique avec la piste centrale 13 et/ou les zones de masse latérales 12a, 12b, pour 15 permettre la mise en contact des pointes 5 de la tête de mesure 4. Selon un premier mode de réalisation, l'invention est réalisée sous la forme d'un kit de calibrage. Sur un substrat 20 diélectrique (par exemple en alumine), on forme un dispositif de calibrage 6 comprenant au moins une ligne de transmission à méandre 7 selon l'invention. Sur ce substrat ou sur d'autres substrats, on peut préparer d'autres dispositifs de calibrage, qui peuvent correspondre à une ligne de transmission à méandre 25 7 selon l'invention ou consister en une ligne de transmission rectiligne, ou ouverte, ou plus généralement à tout autre élément dont l'impédance est contrôlée. Ce substrat ou cette pluralité de substrats préparés forme un kit de calibrage. Pour chacun des dispositifs de calibrage, on s'assure que la 30 distance séparant les extrémités de chaque ligne ou élément est identique, permettant de positionner ces éléments sous les pointes 5 d'une tête de mesure, sans en modifier l'écartement. On peut alors procéder à la mesure de chacun de ces 35 dispositifs de calibrage, et utiliser les mesures brutes réalisées pour établir le modèle de désincorporation qui sera utile pour établir ultérieurement des mesures finales 3038061 11 représentatives d'un composant sous test, comme cela est bien connu en soi. Dans le cas d'un calibrage du type TRL, on prépare 5 ainsi trois dispositifs présentant respectivement une ligne courte (Thru) ; une ligne ouverte (Reflect) et une ligne longue (Line), la ligne longue étant formée d'une ligne de transmission à méandre 7 conforme à l'invention. 10 Avantageusement, la ligne courte et la ligne longue sont toutes deux formées de lignes de transmission 7 à méandre, et issues du même motif élémentaire 8. Les figures 3b, 3c ; 4b, 4c ; 5a, 5b ; 6a, 6b fournissent des exemples montrant qu'il est effectivement possible de définir deux 15 lignes de transmission 7 à méandre à partir du même motif élémentaire 8 ; tout en maintenant la distance inter pointe constante. La ligne longue et la ligne courte étant toutes deux 20 constituées d'une répétition du même motif élémentaire 8 dont les caractéristiques sont connues, il est aisé de déterminer la différence de longueur entre ces deux lignes. Cette différence permet de déplacer de manière fiable le plan de référence de mesure en tout point de jonction 9 des lignes à 25 méandre, et notamment au plus près des pointes 5 de la tête de mesure 4. Les lignes de transmission peuvent être réalisées par dépôt et gravure d'une ou d'une pluralité de couche(s) de 30 métal sur le substrat diélectrique comme cela est bien connu en soi. Il peut s'agir du dépôt d'une première couche d'accroche en titane sur le substrat d'alumine suivi d'une seconde couche d'or. 35 Selon un second mode de mise en oeuvre de l'invention, particulièrement bien adapté aux besoins de production à forte cadence, le dispositif de calibrage est formé directement sur une plaquette de semi-conducteurs comportant les composants à 3038061 12 tester. Une ou une pluralité de ligne(s) de transmission à méandre 7 selon l'invention peut alors être fabriquée au cours du flux de fabrication de ces composants, à l'aide des technologies bien connues de l'homme du métier de réalisation 5 de dispositifs intégrés. Similairement au premier mode de réalisation, on peut former sur la plaquette une pluralité d'éléments, telle qu'une ligne courte et une ligne longue permettant notamment de 10 déployer une technique de calibrage TRL. La ligne courte et la ligne longue sont alors toutes deux formées de lignes de transmission 7 à méandre, et issues du même motif élémentaire 8. De manière avantageuse, la plaquette peut disposer d'une pluralité de lignes courtes et de lignes longues. On prévient 15 ainsi de l'indisponibilité de l'une de ces lignes de transmission par exemple par usure de la surface au niveau des plots de contact. La description qui précède a présenté un mode de 20 réalisation de la ligne de transmission à méandre 7 sous la forme d'une ligne coplanaire, mais il est tout à fait possible de réaliser cette ligne 7 sous une autre forme, telle qu'un microruban ou un guide d'onde coplanaire avec masse, sans sortir du cadre de la présente invention définie par les 25 revendications qui suivent. REVENDICATIONS1 Dispositif de calibrage (6) pour l'ajustement d'une mesure RF, réalisée sur un équipement de mesure sous pointes, le dispositif de calibrage comprenant au moins une ligne de transmission (7) en forme de méandre pour propager un signal de test, le dispositif étant caractérisé en ce que la forme en méandre est décomposable en une répétition d'un motif élémentaire unique (8). 2. Dispositif de calibrage (6) selon la revendication précédente dans lequel la ligne de transmission (7) est formée de deux zones de masse latérales (12a, 12b), électriquement conductrices, disposées de chaque côté d'une piste centrale (13) de signal. 3. Dispositif de calibrage (6) selon la revendication précédente dans lequel la distance entre le centre de la piste centrale (13) et chacun des bords des zones de masse latérale (12a, 12b) est sensiblement constante. 4. Dispositif de calibrage (6) selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel la piste centrale (13) et les zones de masse latérales (12a, 12b) sont munies à leurs extrémités respectives d'une zone de contact (11) pour recevoir une pointe (5) de l'équipement de mesure. 5. Dispositif de calibrage (6) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le motif élémentaire unique (8) est engendré par une figure génératrice (10). 6. Dispositif de calibrage (6) selon la revendication précédente dans lequel les extrémités du motif élémentaire (8) se développent orthogonalement aux côtés de la figure génératrice (10). 7. Dispositif de calibrage (6) selon la revendication précédente dans lequel la figure génératrice (10) est un 3038061 14 carré et dans lequel le motif élémentaire (8) se développe du milieu d'un premier côté de ce carré au milieu d'un deuxième côté adjacent de ce carré. 5 8. Dispositif de calibrage (6) selon la revendication 6 dans lequel la figure génératrice (10) est un triangle isocèle d'angle au sommet et dans lequel le motif élémentaire unique (8) se développe d'un premier côté adjacent au somment du triangle à un deuxième côté adjacent au sommet du triangle. 10 9. Dispositif de calibrage (6) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la ligne de transmission (7) est disposée sur une plaquette de semi-conducteur munie de composants microélectroniques. 15 10. Dispositif de calibrage (6) selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel la ligne de transmission (7) est disposée sur un substrat de diélectrique. 20 11. Dispositif de calibrage (6) selon l'une des revendications précédentes comprenant une seconde ligne de transmission (7) présentant une longueur différente de la première. 12. Dispositif de calibrage (6) selon la revendication 25 précédente dans lequel la distance séparant les extrémités des deux lignes de transmission (7) est identique. 13. Dispositif de calibrage (6) selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel la seconde ligne de 30 transmission (7) est également à méandre et décomposable en une répétition du motif élémentaire unique (8). 14. Kit de calibrage comprenant une pluralité de dispositifs de calibrage (6) selon l'une des revendications précédentes. 35