ES2203545T3 - Test electrico de la interconexion de conductores electricos en un sustrato. - Google Patents
Test electrico de la interconexion de conductores electricos en un sustrato.Info
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Abstract
Proceso para establecer una corriente eléctrica en un conductor (4) sin contacto físico con éste último caracterizado porque consiste; - en disponer de frente y próximo al conductor (4) una placa (2) provista de una pluralidad de zonas conductoras (8, 10) que pueden ser llevadas individualmente a cualesquiera potenciales eléctricos ajustables, - en aplicar un haz de partículas (7) sobre un primer punto (C) del conductor (4) para arrancarles electrones, y - en inyectar en paralelo electrones en un segundo punto (B) del conductor (4) entre el primer punto (C) y el segundo punto (B).
Description
Test eléctrico de la interconexión de conductores
eléctricos en un sustrato.
El presente invento corresponde a un
procedimiento para la prueba eléctrica de conductores. Éste se
aplica principalmente, pero no exclusivamente, al test eléctrico de
sustratos tales como los semiconductores de chips o circuitos
integrados y los circuitos impresos.
Los aparatos de test actuales permiten medir la
continuidad de las pistas y su aislamiento. Para ello, éstos
utilizan útiles que permiten deducir o extraer electrones de
conductores. Entre estos útiles, existe lo que se conoce como
"láminas de clavos" que son específicas para cada tipo de
circuito. Se comprueba que con la disminución de las dimensiones
de los componentes eléctricos y la densidad de las pistas de
circuitos impresos que aumentan considerablemente, éstos útiles se
hacen más complejos para su uso, y por tanto más costosos y menos
fiables. Por otra parte la demora de fabricación (de uno o varios
días) aumenta, lo que va en un sentido opuesto a la mayor
flexibilidad de fabricación requerida para las nuevas generaciones
de circuitos impresos (el acortamiento de los ciclos de producción
exige un fuerte apremio sobre la fabricación de estas láminas de
clavos).
Para deducir o extraer electrones de conductores,
existen igualmente dispositivos que utilizan una fuente de luz
coherente de alta energía, que por efecto fotoeléctrico, ocasionan
la subida de tensión de estos conductores.
Tales útiles están por ejemplo descritos en las
patentes US 4.873.506 y 4.967.152.
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de
electrones por un metal bajo la acción de radiaciones luminosas.
Mayormente el efecto fotoeléctrico cubre varios fenómenos de
interacción de la luz y de la materia, en los cuales los fotones
ceden su energía a los electrones. Se distingue así el efecto
fotoeléctrico externo, también llamado foto-emisión
y el efecto fotoeléctrico interno que comprende la
fotoconductividad, el efecto fotovoltaico y la fotoionización.
Esto se traduce en la absorción de ciertos
fotones por el metal; si la energía de un fotón es superior a la
energía que liga un electrón a un átomo de metal, el electrón puede
en este caso separarse se su órbita atómica, adquiriendo una energía
cinética y creando una corriente eléctrica.
Por el efecto fotoeléctrico los electrones son
proyectados por el metal (o conductor por la colisión con los
fotones incidentales. En realidad los electrones se mantienen en el
interior del metal por una barrera de potencial, llamada "work
function" (WF). Para permitir la proyección de un electrón, la
energía de los fotones debe ser superior a WF. Por ejemplo, para el
cobre, WF vale aproximadamente 4,3eV
(electrón-Voltios), y consecuentemente, la longitud
de onda de la fuente de luz coherente debe ser más corta que
1,24/4,3=190n.m. Las longitudes de ondas más cortas permiten la
liberación de electrones con una energía cinética no nula.
El efecto fotoeléctrico no depende de la
intensidad de la fuente luminosa; por lo que puede ser observado en
potencias muy débiles puestas en acción, lo que permite observar un
funcionamiento que no daría al conductor. No se produce al nivel de
los aislantes, aunque pueda aparecer ionizaciones bajo la acción de
fotones altamente energéticos.
Los electrones proyectados pueden ser recogidos
por un electrodo polarizado positivamente, y la corriente así creada
puede ser estimada.
Esto necesita un vacío parcial, de tal modo que
la mayor parte de los electrones puedan llegar al electrodo, sin
chocar con demasiadas moléculas de aire.
La potencia de la fuente ultravioleta,
normalmente un láser, depende de la corriente y del tiempo de carga
de los conductores. Por ejemplo si un conductor presenta una
capacidad de 100 pF, y si se desea cambiar positivamente este
conductor a 100V en una Ms, entonces la corriente correspondiente
será :
I = QV/t = 100 \cdot
10^-10/0,001=10^-5A
La potencia necesaria del láser deberá ser:
P-I \cdot
Eph/Eficacia-10^-5 \cdot
4,8/0,05-1mV
suponiendo que el 5% de los fotones emitidos
producen efectivamente el efecto
fotoeléctrico.
Si se desea proceder ahora a la verificación de
la interconexión de substratos, tales como los semiconductores de
microchip o de los circuitos impresos, se trata de verificar que
ningún conductor presente cortes abiertos o parciales entre dos
campos sensorizados con componentes, en relación con el modelo
teórico, y de verificar que cada conductor no esté en cortocircuito
total o parcial con uno o con varios conductores.
En la técnica anterior (patente US.4967.152, por
ejemplo), los cortes se detectan siguiendo el siguiente
principio:
Una malla fina metálica se dispone en la vertical
del substrato a probar. Se le induce un potencial positivo en
relación al substrato a verificar, por ejemplo del orden de
100V.
La fuente ultravioleta pasa de manera casi
transparente a través de la malla metálica, se dirige al extremo de
un conductor y origina la liberación de electrones del conductor
correspondiente. Estos electrones son capturados entonces por la
malla que los atrae. Se capta una corriente. Esta operación se
continúa hasta que la corriente acumulada alcance un determinado
umbral, lo que significa que el conductor está ahora cargado
eléctricamente con un valor de aproximadamente 100V.El tiempo de
carga depende entre otras cosas de la capacidad del conductor y de
la potencia del láser.
Un conductor previamente cargado de ésta manera
no conduce a la liberación de otros electrones en las mismas
condiciones de excitación, y cualquiera que sea el lugar donde se
acaba de proceder a su excitación. Al contrario, si se corta por
alguna parte, y si se quiere proceder a la excitación al otro lado
del corte, entonces esta parte que no está cargada con anterioridad
será objeto de una emisión de electrones en forma de una varga de
capacidad.
A continuación, se reitera el método para
comprobar la continuidad de otros conductores.
Sin embargo en el vacío parcial utilizado, los
conductores no se descargan pues al fin de este test, el substrato
estará completamente cargado. En la medida en que la fuente no sea
afectada por la carga de los conductores vecinos, eso no perturba
por otra parte el efecto fotoeléctrico, pero los electrones
proyectados tienen tendencia a agregarse a los conductores vecinos
previamente cargados a 100V, y no solamente la parrilla, y falsea
las conclusiones sacadas del valor de las corrientes medidas,
pudiendo conducir a un diagnóstico erróneo.
Una alternativa posible es aumentar
progresivamente la tensión de la parrilla de colecta a la medida
que requiera el test, pero observamos sin embargo una pérdida de
electrones, estos últimos son colectados por conductores de
potencial vecinos (los últimos en haber sido probados).
Por otra parte, el número de conductores, pueden
ser del orden de varios miles, la idea de aumento de potencial por
saltos progresivos a medida que los conductores alcancen
rápidamente sus límites.
Además, la medición de resistencia, criterio
importante en la validación del principio de test de una
tecnología, no es aquí verdaderamente posible, incluso rastros
débiles de conductores uniendo de manera defectuosa las dos
posiciones de un solo y mismo conductor presentarán una constante
de tiempo RC suficientemente corta para no ser detectada, mientras
que la resistencia correspondiente (alta en este caso) de la unión
deberá ser analizada como un fallo real.
Los cortocircuitos se detectan en la técnica
anterior cargando un conductor dado en un primer tiempo, y buscando
otros conductores que tengan un potencial similar en el substrato,
poniendo en evidencia una conexión física con el conductor de
referencia, y por tanto la existencia de un cortocircuito. Aquí
todavía se presenta el problema de la descarga de los
conductores.
La utilización del efecto fotoeléctrico en la
medición de cortocircuitos y cortes en los substratos que poseen un
gran número de conductores supone por ello un problema.
En una técnica anterior más reciente, una sola
fuente luminosa es generalmente utilizada para efectuar test de
circuitos, con lo que se reduce fuertemente la productividad
y se aumenta por tanto el coste.
Los sistemas de test sin contacto están
utilizándose desde hace poco tiempo. De todos modos, estos sistemas
no pueden medir las resistencias débiles de interconexión de
ciertos substratos, tales como los circuitos impresos que entran en
la composición de las nuevas generaciones de cajetines para
microchips de semiconductores, mientras que las frecuencias cada
vez más altas de éste tipo de aplicación requieren resistencias de
interconexión inferiores a un umbral (generalmente 10 ohms o
menos).Tales resistencias no pueden ser medidas por las tecnologías
de test sin contacto del modo anterior (test de haz de electrones
tal como se describe en el documento US4573008, por utilización de
un camino de conducción eléctrica, por la creación de un plasma o
por la utilización del efecto fotoeléctrico simple).
En efecto, ninguna de las tecnologías descritas
anteriormente aquí permite hacer circular una corriente de una
punta a otra de un conductor, sin acceder mecánicamente (tocándolo)
en una u otra de sus extremidades y ninguna permite medir de manera
exacta la resistencia de estos conductores.
La presente invención propone remedios a estos
problemas. Apunta igualmente a la carga de conductores (eyección de
electrones) y también a permitir a éstos conductores recuperar
electrones (inyección o absorción), y de éste modo, las cargas
(evolución negativa de su potencial por absorción de electrones),
de manera que se pueden utilizar éstos dos modos para controlar
individualmente el potencial de cada conductor a probar, y de
verificar por la utilización de algoritmos, la conformidad de su
interconexión. Éstos objetivos se alcanzan por la previsión de un
proceso para el establecimiento de una corriente eléctrica en un
conductor, consistente en:
- disponer de cara y próximo al conductor una
placa provista de zonas conductoras y susceptible de ser llevadas
individualmente a cualquier potencial eléctrico ajustable,
- en aplicar un haz de partículas sobre un primer
punto del conductor para arrancarle los electrones, y
- en inyectar en paralelo electrones en un
segundo punto del conductor, produciendo una circulación de
corriente eléctrica en el conductor entre el primero y el segundo
punto.
Según un primer modo de realización del invento
dicho haz de partículas es un haz luminoso emitido por una fuente
de luz ultravioleta teniendo energía suficiente para arrancar
electrones al conductor.
En este caso el procedimiento según el invento
puede comprender las etapas consistiendo en:
- -
- llevar previamente al conductor a un primer potencial,
- -
- en llevar una primera zona conductora de la placa, situada cerca del primer punto del conductor, a un segundo potencial (V+) predefinido superior al primer potencial, y
- -
- en llevar a un tercer potencial inferior al segundo potencial de zonas conductoras próximas de la primera zona de manera que los electrones arrancados al conductor por el haz luminoso sean canalizados hacia la primera zona conductora por las zonas conductoras vecinas.
Conforme a una peculiaridad del invento, la
inyección de electrones en el segundo punto del conductor consiste
en llevar a un potencial vecino del primer potencial una tercera
zona conductora de la placa, situada cerca del mencionado punto
segundo, así como de las zonas vecinas a éstas, aplicando luego
un haz de luz ultravioleta sobre la tercera zona conductora. Con
este objeto, la placa puede comprender una pluralidad de zonas
conductoras, teniendo en cada una de estas zonas un espesor tal que
aplicándoles un haz de luz ultravioleta por un lado de la placa,
emiten electrones en dirección de un conductor del substrato
situado próximo al otro lado de la placa.
Según un segundo modo de ejecución del invento,
la inyección de electrones en el segundo punto del conductor se
efectúa con la ayuda de un conjunto con una pluralidad de
micropuntas, dispuestas de cara al dicho segundo punto sobre la
placa, comprendiendo una parrilla conductora que se lleva a un
potencial superior al potencial aplicado a las micropuntas para
emitir electrones.
En este caso, la placa puede ventajosamente
comprender una pluralidad de conjuntos de micropuntas repartidas en
red matricial sobre la placa, siendo comandado cada conjunto
individualmente para emitir electrones en la dirección de un
conductor del substrato.
El invento concierne igualmente un procedimiento
de test eléctrico de conductores dispuesto sobre un substrato
aislante, este proceso comprende una fase inicial de disposición
frente al menos, de una cara de un substrato de una placa provista
al menos en toda la región vecina de un conductor de substrato de
zonas conductoras susceptibles de ser llevadas individualmente a
potenciales eléctricos ajustables, este proceso comprende una fase
de continuidad de los conductores del substrato consistiendo para
cada conductor del substrato, en el establecimiento de una
corriente en el conductor conforme al proceso definido
anteriormente.
En principio, este proceso consiste en controlar
de manera individual el potencial de los conductores del substrato
a probar, por eyección/inyección de electrodos, y para medir los
flujos de las corrientes correspondientes.
Este proceso de prueba puede consistir por otra
parte en determinar la resistencia del conductor entre el primer y
el segundo punto de éste, y en comparar la resistencia así
determinada en un umbral predefinido, siendo detectado un fallo si
la resistencia es superior a dicho umbral.
Éste proceso de test comprende ventajosamente una
fase de aislamiento de los conductores del substrato, consistiendo
en:
- llevar a un potencial predefinido todos los
conductores del substrato, y
- para cada conductor, establecer un flujo de
electrones de un punto del conductor hacia una primera zona
conductora de la placa, situada cerca del punto del conductor, para
llevar el conductor un primer potencial predeterminado, este flujo
estableciéndose por aplicación del primer potencial a la primera
zona conductora, y de un segundo potencial predefinido inferior al
primer potencial al de las zonas conductoras de la placa, vecinas de
la primera zona, y por aplicación de un haz luminoso a dicho punto
del conductor; y en medir la corriente de carga del conductor que
debe tender a cero al cabo de un tiempo predeterminado si el
conductor está aislado.
Según una particularidad de la invención, si se
detecta un defecto de aislamiento en un conductor durante el curso
de la fase del test de aislamiento, éste comprende una fase del
test de aislamiento secundario consistente en medir la resistencia
entre el conductor defectuoso y todos los otros conductores del
substrato.
El invento concierne igualmente a un dispositivo
de test eléctrico de conductores dispuestos sobre un substrato
aislante. Éste dispositivo comprende:
- -
- al menos una fuente de partículas asociadas a medios de comando, para emitir un haz de partículas en dirección de un punto cualquiera determinado de un conductor de substrato aislante, de manera que arranque electrones de dicho conductor para así aumentar su potencial eléctrico,
- -
- al menos una placa, dispuesta frontalmente a la cara respectiva del substrato aislante, y comprendiendo zonas conductoras en toda la región vecina de la vertical de un conductor del substrato a probar,
- -
- medios para inyectar electrones en un punto determinado cualquiera de un conductor sobre el substrato aislante, y
- -
- una central de comando y medición para llevar individualmente a cualquier potencial eléctrico ajustable las zonas conductoras para medir corrientes y tensiones de zonas conductoras previamente seleccionadas.
Ventajosamente, la fuente de partículas es una
fuente de luz ultravioleta.
Según un primer modo de realización, este
dispositivo comprende una pluralidad de microfuentes láser
distribuidas sobre la superficie de la placa.
Ventajosamente, cada fuente de luz ultravioleta
se dispone a una distancia de la placa y emite un haz cuya
radiación se ajusta alrededor de un ángulo de 90' en relación al
plano de la placa.
Según un segundo modo de realización, este
dispositivo comprende una red matricial de conjuntos de micropuntas
dispuestas sobre la placa y comandadas individualmente para emitir
electrones en dirección de uno cualquiera de los conductores del
substrato.
Según un tercer modo de realización, éste
dispositivo comprende una red de playas conductoras distribuidas en
pixel al contacto de una hoja de elastómero de conducción
anisótropo en una dirección perpendicular a la dicha superficie,
esta hoja de elastómero siendo aplicada contra el conductor hará
que cada placa conductora sea susceptible de ser llevada
individualmente a cualquier potencial ajustable.
Según una particularidad del invento, los medios
para inyectar electrones comprenden una pluralidad de fuentes de
electrones repartidas según una red matricial y comandadas
individualmente por una alineación en
línea-columna.
La central de comando y medición comprende
preferentemente medios de aplicación para seleccionar las zonas
conductoras de las placas, para llegar a un potencial determinado,
y a partir de los cuales la corriente y la tensión son medidas.
Según una particularidad del invento, éste
dispositivo comprende una cámara de vacío parcial (en la cual están
dispuestos el substrato aislante y cada placa).
Estos objetos, características y ventajas así
como otros del presente invento serán expuestos con más detalle en
la descripción siguiente de modos de ejecución preferidos del
invento, hecha a título no limitado en relación con las figuras
adjuntas entre las cuales:
- La figura 1 representa un substrato portador de
pistas conductoras insertado en un dispositivo de test según un
primer modo de realización preferido del invento.
- La figura 2 ilustra en corte transversal un
dispositivo de test según un segundo modo de realización preferido
del invento.
- La figura 3 muestra vista por arriba el
dispositivo de test representado por la figura 2.
- La figura 4 muestra un corte transversal un
dispositivo de test según un tercer modo de realización preferido
del invento.
- La figura 5 ilustra un principio utilizado en
un dispositivo de test según un cuarto modo de realización
preferido del invento.
- La figura 6 muestra en corte transversal un
dispositivo de test según el cuarto modo de realización preferido
del invento.
- La figura 7 muestra una curva de una corriente
de test obtenida en el dispositivo representado en la figura.
- La figura 8 muestra en corte transversal un
dispositivo de test según un quinto modo de realización preferido
del invento.
Las figuras 1 a 3 muestran un substrato poseyendo
sobre una cara conductores 4, para los cuales el acceso eléctrico
necesario según el presente invento se hace al nivel de playas de
contactos 5. El substrato puede igualmente comprender sobre su otra
cara conductores 4' y playas de contacto 5'; los conductores 4 y 4'
de las dos caras pueden estar unidos por agujeros metalizados
3.
El presente invento utiliza al menos un fuente de
luz ultravioleta 7, 9. Esta se apoya sobre un dispositivo llamado
por ello de "placa de descarga y colecta" 2, 2', utilizando el
efecto fotoeléctrico por estimulación a través de una fuente de
rayos luminosos ultravioletas 7 ó 9.
El dispositivo de test según el invento
comprende pues cuatro elementos principales.
- A.
- Al menos una placa de descarga y colecta 2, 2' constituida por un substrato comprendiendo zonas conductoras 8, 10, recubriendo total o parcialmente el substrato a descargar, estas zonas conductoras pueden ser llevadas individualmente a cualquier potencial eléctrico positivo, nulo o negativo y no necesariamente idénticos.
- B.
- Una o varias fuentes de luz ultravioleta 7 ó 9.
- C.
- Una cámara de vacío parcial 12 (generalmente de un militorr) acogiendo las placas de descarga y colecta descritas anteriormente de forma que el sustrato 1 y un chasis sostienen el todo.
- D.
- Una central de comando y medición 11 permitiendo el recuento de electrones (medición de corriente) la imposición y medición de diversas tensiones sobres las placas 2 y 2'. Esta central de medición permite igualmente por una ordenación específica programas de estados deseados de diversos conductores 4 sobre las placas 2 y 2'. y de medir las señales deseadas.
La placa de descarga y colecta 2 se dispone
paralelamente al substrato 1 y frente a la cara del substrato a
testar, donde se encuentran los conductores 4 y las playas de
contacto 5. En el caso de que los conductores 4 estén igualmente
presentes sobre la otra cara del substrato 1, una segunda placa de
descarga y colecta puede ser dispuesta paralelamente y frente a
ésta cara.
Según el invento una luz ultravioleta 9 proyecta
electrones 6 de una zona conductora 8. A este efecto el espesor de
cada zona conductora 8 es ligeramente superior al espesor de piel
(50 a 100A) de la capa metálica que forma la zona conductora de
manera que por una parte, el haz de láser 9 no alcanza los
conductores 4 del substrato1 y por otra parte, un número
significativo de electrones arrancados son entonces captados por el
conductor 4 vecino de la vertical de emisión. Esta zona de
captación puede ella misma ser limitada por la creación de un
corredor de circulación de electrones 13 en los alrededores del
impacto del haz, poniendo el conductor 4 en dirección a un
potencial positivo en relación a la zona conductora 8, y los otros
conductores 4 del substrato así como las zonas conductoras vecinas
8, 10 de la placa 2, hacia un potencial negativo.
La placa de descarga y colecta 2 según del
presente invento se utiliza contrariamente a la aplicación anterior
como una fuente y una conducción local de electrones generados por
efecto fotoeléctricos.
A este efecto ésta comprende:
1. En toda región vecina de la vertical de un
conductor 4 del substrato 1 a testar y del lado de éste, de las
zonas conductoras 8 programadas individualmente con un potencial
por la central de comando y medición 11 susceptibles de ser
bombardeadas por al menos una de las fuentes luminosas destinadas a
emitir electrones, los cuales son absorbidos por el conductor 4
deseado, a través de un corredor de circulación de electrones 13
siempre que el potencial del conductor 4 elegido sea superior al de
la zona conductora 8 emisora.
2. En toda región vecina de la vertical de un
conductor 4 del substrato 1 a testar, de las zonas conductoras 10,
10' cuyo potencial es independientemente ajustable a un valor dado,
de manera que pueda generar corredores de colecta de electrones 13 y
para colectar electrones emitidos localmente por los conductores 4
del substrato 1 a través de estos corredores sin pérdida notoria de
electrones que pudieran haberse agregado a otros conductores
vecinos.
En otros términos, la placa de descarga y colecta
está concebida para asegurar las tres funciones siguientes:
- I.
- Emitir localmente electrones hacia un conductor 4 dado por el substrato a testar y medir la corriente correspondiente.
- II.
- Recibir electrones procedentes de un conductor 4 dados por el substrato 1 a testar y medir la corriente correspondiente.
- III.
- Realizar corredores de circulación de electrones imponiéndoles a los electrones emitidos por la placa 2 o por el substrato 1 seguir un camino dado de manera que se pueda controlar su absorción por un conductor 4, dado por el substrato 1, o su colecta por un punto dado de la placa 2. Estos corredores son realizados por programación con potenciales repulsivos, un número elegido de zonas conductoras 10, 10' cuya geometría va a definir la base del corredor de circulación 13 alrededor del punto de emisión 8 o de colecta 10, este corredor se establece de manera que esté entre el substrato y la placa, sensible y perpendicularmente a éstos últimos.
Las fuentes de luz ultravioleta 7, 9 pueden ser
integradas en la placa de descarga y colecta.
Conviene hacer notar que la dirección de los
haces surgidos de las fuentes luminosas 7, 9 es sensiblemente
perpendicular al plano de la placa 2.
No obstante en ciertos modos de realización se
pueden prever dispositivos permitiendo inclinar ligeramente estos
haces en un cono teniendo por eje la perpendicular a la placa 2 en
el punto de emisión.
La medición por carga y descarga del conductor,
según el invento, puede ser efectuada de la manera siguiente:
En una fase inicial, el conjunto de conductores
4, presente en el substrato 1 se descarga con un potencial negativo
V-. Un medio simple para lograrlo es programar el conjunto de zonas
conductoras 10 y 8 de las placas 2 y 2' con este potencial 5 y
bombardeando el conjunto de las zonas conductoras 8 por una o
varias fuentes luminosas ultravioletas, de manera que los
electrones correspondientes de la zona metálica 8 sean proyectados
hacia los conductores 4 del substrato 1 hasta que todos los
conductores 4 alcancen este potencial V-.
En una segunda fase cuando se desea proceder a un
test de continuidad de los equipos potenciales del substrato 1 a
testar, cada conductor 4 es objeto del proceso siguiente:
- I.
- El conductor 4 es cargado mediante bombardeo por la fuente luminosa ultravioleta 7, ciertas zonas conductoras 10c (sombreadas en la figura 3) de la placa 2, en la periferia de la vertical de la playa conductora c en una extremidad del conductor 4, siendo previamente programado en el valor V+, creando así un corredor de circulación de conductores 13, esto da como resultado una migración de los electrones del conductor 4 hacia estas zonas conductoras 10c y por tanto a un comienzo de carga del conductor 4 que ve crecer su potencial.
- II.
- En paralelo el conductor 4 se descarga cerca de la playa 8 en el otro extremo del conductor 4, por inyección de electrones aplicando la fuente luminosa ultravioleta 9 sobre una zona conductora 8b de la placa 2, vecina de conductora 8b de la placa 2, vecina de la vertical de la playa 8, el conductor 4 es en paralelo objeto de una carga en otro punto, su potencial debe ser superior a V-, si no presenta corte.
De ello resulta un flujo de electrones de B hacia
C en el conductor 4, y por tanto la circulación de una corriente I
de C hacia B en este conductor. Esta corriente es en particular una
función f (R) de la resistencia del conductor entre B y C. La
continuidad del conductor se determina si esta resistencia es
inferior a un umbral predefinido.
La corriente así obtenida es del orden de algunas
decenas de pA (hasta una centena de pA) para una tensión de
aceleración de electrones comprendida entre 10 y 50 V.
Así en la figura 3 que muestra una vista por
encima de la placa de descarga y colecta 2 con conductores 4 y 4'
en transparencia, el bombardeo de la zona conductora 8 b por la
microfuente 9b arrastra la aparición de electrones al punto b del
conductor 4 cargado positivamente por el bombardeo del conductor 4
al punto C por la fuente 7, lo que provoca la circulación de una
corriente I en el conductor 4 del substrato 1, y permite pues medir
la conformidad de la resistencia de un punto a otro punto del
conductor 4 (test de continuidad). Las cuatro zonas conductoras 10c
para esta medición son programadas con un potencial V+ positivo,
permitiendo la colecta de electrones hacia la central de comando y
medición 11, la otra zonas conductoras vecinas 10 son programadas
con un potencial negativo V de igual modo que las zonas conductoras
B, lo que permite repeler los electrones hacia las únicas salidas
posibles que son las fuentes 10c.
En una tercera fase cuando se desea efectuar un
test de aislamiento, cada conductor es objeto del proceso
siguiente:
- I.
- El conductor se carga con un potencial V+ por bombardeo a cargo de la fuente luminosa ultravioleta 7, las zonas conductoras 10 de la placa 2, en la periferia de la vertical del punto c, habiendo sido previamente llevadas al potencial V- a lo que le sigue una migración de los electrones del conductor 4 hacia las zonas conductoras 10 a través de un corredor de circulación 13:
- II.
- si la corriente de carga no se aproxima a cero, al cabo de un tiempo dado, el potencial del conductor 4, si está aislado, debe aproximarse a V+) eso significa que hay una huida de electrones hacia otros conductores. Esta huida puede medirse (corriente residual), lo que permite determinar el valor de la resistencia de fuga R=(v+-v'v).
Las segundas y terceras fases se repiten así,
para cada conductor 4, 4' del substrato 1 a testar.
La distancia entre el substrato 1 y la placa 2 no
es crítica, ya que la energía de aceleración de los electrones por
la diferencia de potencial es independiente de la distancia entre
los dos electrodos. Al contrario ella está en parte definida por el
modo de realización elegido.
Si un fallo de aislamiento es detectado durante
el curso de la fase de test de aislamiento, se puede proceder a una
fase de test de aislamiento secundaria consistiendo en medir la
resistencia entre el conductor con fallo y todos los otros
conductores 4 del substrato de manera que se puede localizar con
precisión entre cuales conductores 4 se sitúa el fallo de
aislamiento.
Según un primer modo de realización del presente
invento, ilustrado por la figura 3, la placa de descarga y colecta
2 está constituida por la yuxtaposición de microfuentes de luz
ultravioleta 7, 9 y de zonas conductoras 10 cuyo potencial puede ser
ajustado de forma independiente, algunas de estas microfuentes 9
están recubiertas de una fina capa de depósito metálico 8, la
emisión de la microfuente sobre este depósito provoca la emisión de
electrones. Esta fina capa de poso metálico presenta un espesor del
orden de 150 Angströms, sabiendo que los electrones, en el cuadro
del efecto fotoeléctrico penetran en el metal en una profundidad
aproximadamente de 50 a 100 Angströms.
Estas microfuentes se pueden organizar en matriz
según un paso fino, por ejemplo del orden de 0,1 mm. que pueden ser
varios millones de microfuentes láser si se consideran superficies
útiles de test de 300 x 200 mm aproximadamente.
Se entiende que las zonas conductoras 10 y las
zonas de depósito metálico 8 pueden ser idénticas.
Se pueden utilizar dos placas 2, 2', por una y
otra parte del substrato 1 (figura 2).
Las emisiones por las fuentes luminosas
ultravioletas se pueden hacer siguiendo un ángulo en relación con
relación a la placa 2 que se diferencia en 90 grados, el valor de
este ángulo se puede programar. Se puede así reducir el número
necesario de fuentes, o aumentar la resolución del test. Llegado al
límite este número puede ser reducido a una o dos fuentes 17 por un
lado o de cada lado del substrato (figura 4) según la configuración
de pistas conductoras 4, 4' a testar. En este caso las fuentes
luminosas se sitúan a distancia de la placa 2, bajo un ángulo
incidente de preferencia inferior a 20'.
Las fuentes de luz ultravioletas son por ejemplo
de tipo láser, utilizando la cuarta armónica a 266 nm, emitiendo
con una potencia del orden de 27 mW de extracción.
Las placas 2, 2' son ventajosamente realizadas
con un material transparente a los ultravioletas por ejemplo de
sílice.
Bien entendido, las playas conductoras 8, 10 de
las placas de descarga y colecta pueden ser idénticas y
utilizables, al mismo tiempo para colectar y emitir electrones según
el valor del potencial que les sea aplicado.
Alternativamente, mediante algunos arreglos, se
pueden utilizar como fuentes de electrones uno o varios conjuntos
de micropuntas, que permiten emitir un haz de electrones, en el
sitio y en lugar de las fuentes láser utilizando el efecto
fotoeléctrico.
En la figura 5 tales conjuntos de micropuntas
comprenden de forma conocida, puntas finas 24 en sílice realizada
en soporte 23, y una parrilla metálica de 22 agujeros en la
vecindad de las cumbres de las micropuntas.
Si se aplica una tensión sobre esta parrilla
superior a la de las puntas, esto provoca por efecto de túnel o de
punta, la emisión de electrones a los que se les provee una energía
cinética. Estos electrones una vez franqueada la barrera de
potencial de las puntas, están entonces libres para desplazarse por
el espacio. Estos electrones son recogidos después por ánodo 21,
que habitualmente es un conductor. En el invento, este conductor
corresponde a las pistas metálicas 4, 4' del circuito impreso a
testar, que puede así alimentarse sin contacto con los
electrones.
En comparación con el efecto termoiónico (lámpara
incandescente) se puede calificar este dispositivo de "cátodo
frío".
Tales conjuntos han sido concebidos para realizar
pantallas planas en las cuales una pantalla fluorescente es
bombardeada por los electrones emitidos por las micropuntas.
Contrariamente a las micropuntas utilizadas en
las pantallas planas, el invento propone utilizar estas
micropuntas en un modo de polarización normal.
Tales conjuntos pueden ser fabricados en
dimensiones compatibles con las de los circuitos a testar.
Conviene destacar que como en el caso de las
matrices con microfuentes láser, es necesario disponer de un
sistema de multiplexado espacial muy denso, bien sea por un
multiplexado línea /columna para comandar individualmente cada
microfuente o cada conjunto de micropuntas.
Las micropuntas tienen una dimensión cercana a la
micra y se fabrican según técnicas de semiconductores. Se pueden
así realizar varios miles de estas micropuntas con un motivo de 100
x 100 \mum. Estos motivos pueden ser diseñados sobre superficies
tan grandes como de 500 x 500 mm. El soporte 23 puede ser de
sílice, material transparente a los UV.
El dispositivo de test que combina según un modo
de realización del invento el efecto fotoeléctrico a las
micropuntas está particularmente adaptado al test de los circuitos
soportes de microchips en semiconductores, corrientemente llamados
"chip carrier". Se trata de un circuito impreso en pequeña
dimensión (generalmente 35 mm x 35 mm) presentando una geometría
particular muy densa realizada con las tecnologías de punta en el
campo de la fabricación de substratos. En un circuito representado
en la figura 6, los equipotenciales presentan dos puntas de test 4,
4' interconectadas por un conductor 29, uno formado en la cara
inferior con un paso muy fino, y el otro en la cara superior con un
paso más amplio, entre 0,25 mm y más de 0,5 mm.
Los chip-carriers se presentan
bajo la forma de dos bandas con longitud general de 150 mm. Se
puede así proyectar una superficie de test de 200 x 200 mm
máximo.
Estas observaciones apuntan a la descripción de
un dispositivo de test sin contacto con arquitectura simplificada
para el test de los chip-carriers.
En la figura 6 el dispositivo de test se dispone
sobre una superficie por ejemplo del orden de 200 mm x 200 mm una
red de conjuntos 28 de micropuntas, repartidos sobre la placa 2
siguiendo una configuración matricial por ejemplo al paso de 100
\mum, los puntos de test se disponen siguiendo un paso de 200
\mum.
Los conjuntos de micropuntas pueden ser
preparados de tal modo que su corriente de alimentación sea común a
todos, y que el comando de parrilla multiplexo según un principio
línea/columna según la tecnología estándar (utilizada para las
micropuntas) baste para hacerlas activas.
No es necesario entonces multiplexar ni los
colectores (uno solo por cara es suficiente) ni las micropuntas; el
circuito de medición es pues elemental y fácil de poner en
marcha.
La medición de continuidad se efectúa por ejemplo
estudiando el transito de la carga de una gran capacidad C: la
curva de la carga da la resistencia buscada el test de aislamiento
se puede realizar siguiendo el método siguiente:
En una fase previa se, bombardean todos los
equipotenciales de una cara, por las micropuntas, que se ponen
todas al mismo potencial para que se puedan medir por el otro lado,
en los puntos 4' por efecto fotoeléctrico con la ayuda de un haz de
láser ultravioleta 27. A este efecto se aplica el colector 2' una
tensión dada, y se verifica regularmente con la ayuda de impulsos
cortos de luz, ya que el electrodo no colecta más electrones. En
este momento el potencial de la playa testada está en el potencial
conocido del colector 2. Se puede luego verificar rápidamente que
todas las pistas estén en este potencial, bombardeándolos a su vez
hasta que la placa 2 no colecte más electrones. Se crea así una
referencia de potencial para todas las playas.
Conviene subrayar que esta fase puede ser
efectuada en paralelo en un segundo circuito, después de haber
descargado su predecesor, mientras que se hace el test del primer
circuito.
Luego, se descarga localmente una playa 4' por
efecto fotoeléctrico (se eleva el potencial del colector 2' de 40
V por ejemplo) una vez descargada la playa, se observa la evolución
de su potencial durante algunos \mus, luego se bombardea de nuevo
para ver si se recuperan electrones. Si su potencial evoluciona sin
que se bombardee la playa, eso revela una fuga de electrones y por
tanto un problema de aislamiento.
En una fase secundaria, se puede a continuación
medir la resistencia en fallo, barriendo todas las playas, según el
método de medición real de resistencia expuesto anteriormente para
la continuidad.
Después se recarga la playa 4 comandando el
conjunto de micropuntas situado de cara a la playa 4' a la cual
está conectada y se repiten las operaciones descritas anteriormente
para otro conductor 29.
La figura 7 muestra un ejemplo de curva de
corriente dando el valor medio de la corriente medida en función
de la tensión de la aceleración de los electrones (tensión de
parrilla 22), cuando se establece un circuito combinando una
conexión por efecto fotoeléctrico y una conexión por efecto de
micropuntas, la tensión V de las micropuntas se mantiene constante
a 48 V.
Esta curva muestra que existe un óptimo de
tensión próximo a 54 Volts, para el cual el valor medio de la
corriente puede alcanzar 200 pico-amperios (pA),
mientras que la corriente en valor creciente puede alcanzar valores
netamente superiores.
Esta curva demuestra que es posible hacer
circular una corriente en un conductor sin contacto con éste.
También se puede proyectar ampliar la corriente por todos los
medios apropiados.
Bien entendido, este proceso puede ser aplicado a
cualesquiera circuitos cuyos equipotenciales puedan tener
terminaciones sin importar sobre cual cara del circuito. Basta para
ello con prever una red de conjuntos de micropuntas y al menos una
fuente láser ultravioleta, frente a cada cara del circuito, lo que
resulta posible por el hecho de que las matrices de micropuntas
pueden estar formadas sobre un substrato de sílice que es
transparente a los ultravioletas.
En una variante preferida del invento,
representada en la figura 8, la red de conjuntos de micropuntas
está sustituida por una red de playas conductoras 33 repartidas en
pixeles siguiendo un paso del orden de 100 \mum. La conexión de
esta red con los conductores 4, 4' del substrato, se realiza por
una lámina 34 de elastómero de conducción anisótropa, tales como el
fabricado por la sociedad japonesa Japan Synthetic Rubber. Esta
lámina 34 comprende partículas conductoras 35 que son sumergidas en
elastómero, de manera que al comprimirse la lámina las partículas
se tocan y se dirigen en una dirección perpendicular al plano de
redes de conductores 33. Los pixeles de la red de playas conductoras
son individualmente programados en tensión por multiplexado en
línea/columna.
Una red de conductores está particularmente
adaptada por el test de "chip carrier". En efecto, el paso de
los pixeles permite acceder individualmente a los puntos de test que
son distribuidos siguiendo un paso de 150 a 200 \mum.
En la otra cara del "chip carrier", la playa
de contacto se descarga por efecto fotoeléctrico, por medio de una
fuente láser ultravioleta que emite un haz 27 sobre una playa de
contacto 4' seleccionada, los electrones así arrancados son
recogidos por una placa de colecta 2' provista a este efecto de
playas conductoras 32.
Para efectuar un test de continuidad del
conductor 29 del "chip carrier", la lámina conductora 33 de la
red de conductoras se lleva a un potencial negativo que se
transmite a los conductores 4' del "chip carrier" por el
elastómero 34. Posteriormente basta con probar una después de otra
las playas de contacto 4' se conecta por un conductor 29 a un
conductor 4', se establece una corriente entre el conductor 4 y la
lámina conductora 33 y entre las playas 4' y 32. La medición de
esta corriente permite determinar la resistencia de continuidad del
conductor 29 entre las playas 4 y 4'.
Para efectuar un test de aislamiento, todos los
pixeles de la red de conductores 33 se llevan a un potencial
negativo próximo a la playa 4 a probar. Se carga la playa 4' frente
por frente sobre la cara inferior con el haz láser 27, hasta que
este potencial alcance un valor positivo dado que es el del
conductor 32. Algunos microsegundos más tarde, se envía de nuevo el
rayo láser sobre esta playa 4'. Si se recogen electrones por el
colector 32 (si una corriente pasa entre la red conductores 33 y
el colector 32), esto significa que se ha producido una migración
de electrones de otras pistas hacia la pista probada, y que por
tanto existe un fallo de aislamiento. Una resistencia de fuga
global puede ser determinada a partir del tiempo de carga del
conductor y de la superficie de éste.
De igual modo una resistencia de fuga local puede
ser determinada midiendo la resistencia entre la pista probada y
cada una de las otras pistas del substrato a probar.
La posibilidad de control de la carga y descarga
de un conductor dado figurando entre otros sobre un substrato,
semejante a un circuito impreso, conlleva la posibilidad de
verificación de la calidad de la interconexión, o en otros términos
su test, y esto para los substratos más complejos, sin contacto
mecánico, sin herramientas específicas, con velocidades de
tratamientos compatibles con las necesidades de producción por los
costes netamente inferiores a los que se registran hoy, lo que hace
esta aplicación muy interesante desde el punto de vista industrial,
para el test de circuitos desnudos, tales como los circuitos
impresos para teléfonos celulares, los circuitos equipados con
componentes, así como ciertas aplicaciones en el campo del
semiconductor para los cuales la posibilidad de medir ya sea el
potencial, ya sea la frecuencia, ya sea la medición o inyección de
corrientes eléctricas, presenta un interés. Es posible en efecto,
con el método descrito en el marco de este invento, ya que él
permite seguir con precisión la evolución del potencial de un
conductor, de determinar la forma de la señal correspondiente, y
por tanto su frecuencia si se trata de una señal alternativa. Esta
propiedad podrá ser pues utilizada para el test funcional de
tarjetas equipadas con componentes, consistiendo por ejemplo en el
examen de la respuesta de ciertas señales en relación con estímulo
dado.
Claims (21)
1. Proceso para establecer una corriente
eléctrica en un conductor (4) sin contacto físico con éste último
caracterizado porque consiste;
- -
- en disponer de frente y próximo al conductor (4) una placa (2) provista de una pluralidad de zonas conductoras (8, 10) que pueden ser llevadas individualmente a cualesquiera potenciales eléctricos ajustables,
- -
- en aplicar un haz de partículas (7) sobre un primer punto (C) del conductor (4) para arrancarles electrones, y
- -
- en inyectar en paralelo electrones en un segundo punto (B) del conductor (4) entre el primer punto (C) y el segundo punto (B).
2. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque el mencionado haz de partículas es un
haz luminoso (7) emitido por una fuente de luz ultravioleta que
tiene energía suficiente para arrancar electrones al conductor
(4).
3. Proceso según la reivindicación 2,
caracterizado porque comprende además las siguientes etapas
:
- -
- llevar previamente al conductor (4) a un primer potencial (V-),
- -
- llevar una primera zona conductora (10c) de la placa (2), situada próxima al primer punto (C) del conductor, a un segundo potencial (V+) predefinido superior al primer potencial (V-), y
- -
- llevar a un tercer potencial (V= inferior al segundo potencial (V+) de las zonas conductoras vecinas (10') de la primera zona (10c), de manera que los electrones arrancados al conductor (4) por el haz luminoso (7) sean canalizados hacia la primera zona conductora por las zonas conductoras vecinas.
4. Proceso según la reivindicación 3,
caracterizado porque la inyección de electrones en el
segundo punto (B) del conductor (4) consiste en llevar a un
potencial vecino del primer potencial (V-) una tercera zona
conductora (8b) de la placa (2) situada próxima al dicho segundo
punto, así como de las zonas vecinas (8, 10) de éstas, luego se
aplica un haz de luz ultravioleta (9) sobre la tercera zona
conductora (8b).
5. Proceso según la reivindicación 4,
caracterizado porque la placa (2) comprende una pluralidad
de zonas conductoras (8) cada una de estas zonas teniendo un espesor
tal que aplicándoles un haz de luz ultravioleta (9) en un lado de
la placa (2) éstas emiten electrones en dirección a un conductor
(4) del substrato (1) situado próximo al otro lado de la placa.
6. Proceso según la reivindicación 3
caracterizado porque la inyección de electrones en el
segundo punto (B) del conductor, se efectúa con la ayuda de un
conjunto (28) de una pluralidad de micropuntas (24) dispuesta
enfrente de dicho segundo punto sobre la placa (2), y comprendiendo
una parrilla conductora (22) que es llevada a un potencial superior
al potencial aplicado a las micropuntas (24) para emitir
electrones.
7. Proceso según la reivindicación 6,
caracterizado porque la placa (2) comprende una pluralidad
de conjuntos (28) de micropuntas repartidas en red matricial sobre
la placa (2) siendo cada conjunto comandable individualmente para
emitir electrones en dirección de un conductor del substrato
(1).
8. Proceso según la reivindicación 3,
caracterizado porque la inyección de electrones en el
segundo punto del conductor se efectúa con la ayuda de una red de
playas conductoras repartidas en pixeles en contacto con una hoja
de elastómero (35) con conducción anisótropa en una dirección
perpendicular a la dicha superficie, esta lámina de elastómero se
aplica contra el conductor (4), cada playa conductora puede ser
llevada individualmente a cualquier potencial ajustable.
9. Proceso de test eléctrico de conductores
dispuestos sobre un substrato aislante, caracterizado porque
comprende una fase inicial de disposición enfrente de al menos una
cara de substrato de una placa (2) provista en toda la región vecina
de un conductor (4, 4') del substrato (1) de zonas conductoras (8,
10) que pueden ser llevadas individualmente a cualquier potencial
eléctrico ajustable, comprendiendo este proceso una fase de test de
continuidad de los conductores del substrato para establecer una
corriente en el conductor conforme al procedimiento de una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, y para medir la corriente
así establecida.
10. Proceso de test según la reivindicación 9,
caracterizado porque consiste además en determinar la
resistencia del conductor (4) entre el primero (c) y el segundo
punto (B) del conductor, y en comparar la resistencia así
determinada en un solo umbral predefinido, detectándose un fallo si
la resistencia es superior a dicho umbral.
11. Proceso de test según la reivindicación 9 ó
10, caracterizado porque comprende además una fase de test
de aislamiento de conductores del substrato consistiendo en:
- -
- llevar a un potencial (V-) predefinido todos los conductores (4, 4') del substrato y
- -
- para cada conductor (4) del substrato (1), en establecer un flujo de electrones (6) de un punto (C) del conductor hacia una primera zona conductora (10c) de la placa (2) situada próxima al punto del conductor, para llevar al conductor a un primer potencial (V-) predeterminado, estableciéndose este flujo por aplicación del primer potencial (V-) a la primera zona conductora (10c) y de un segundo potencial (V+) predefinido inferior al primer potencial de las zonas conductoras (10') de la placa, próxima de la primera zona (10c) y por aplicación de un haz luminoso 7 en dicho punto del conductor; y en medir la corriente de carga del conductor (4) que debe tender hacia cero al cabo de un tiempo predeterminado si el conductor está aislado.
12. Proceso de test según la reivindicación 11,
caracterizado porque si se detecta un fallo de aislamiento
en un conductor, durante el curso de la fase de test de aislamiento,
éste comprende una fase de test de aislamiento secundario
consistente en medir la resistencia entre el conductor en fallo y
todos los demás conductores del substrato.
13. Dispositivo de test elétrico de
conductores sobre un substrato aislante caracterizado porque
comprende:
- -
- al menos una fuente de partículas (17, 17') asociada a medios de comando (11), para emitir un haz de partículas en dirección a un punto cualquiera determinado de un conductor (4) del substrato aislante (1) de manera que arranque electrones de dicho conductor y así aumente su potencial eléctrico,
- -
- al menos un placa (2, 2') dispuesta en relación con la cara respectiva del substrato aislante, y comprendiendo zonas conductoras (8, 10) en toda la región vecina de la vertical de la vertical de un conductor (4, 4') del substrato a testar,
- -
- medios para inyectar electrones en un punto (C) cualquiera determinado de un conductor (4, 4') sobre el substrato aislante (1), y
- -
- una central de comando y medición (11) para llevar individualmente a cualquier potencial eléctrico ajustable las zonas conductoras (8 y 10) y para medir corrientes y tensiones entre dos zonas conductoras (8, 10) cualesquiera previamente seleccionadas.
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque la fuente es una fuente de luz
ultravioleta (17, 17').
15. Dispositivo según la reivindicación 13 ó 14,
caracterizado porque comprende una pluralidad de
microfuentes láser repartidas sobre la superficie de la placa (2,
2').
16. Dispositivo según la reivindicación 14
caracterizado porque cada fuente de luz ultravioleta (17,
17') se dispone a distancia de la placa y emite un haz cuya
inclinación es ajustable alrededor de un ángulo de 90' en relación
al plano de la placa (2, 2').
17. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque comprende una
red matricial de conjuntos (24) de micropuntas dispuestas en la
placa (2, 2') y comandadas individualmente para emitir electrones en
dirección de cualquiera de los conductores (4) del substrato
(1).
18. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque comprende una red (33) de playas
conductoras repartidas en pixeles al contacto de una lámina (35) de
elastómero de conducción anisótropa en una dirección perpendicular a
dicha superficie, estando aplicada dicha lámina de elastómero
contra el conductor (4), pudiendo cada playa conductora ser llevada
individualmente a un potencial cualquiera ajustable.
19. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque los medios
para inyectar electrones comprenden una pluralidad de fuentes de
electrones, repartidas según una red matricial y comandadas
individualmente para una ordenación en línea/columna.
20. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 19, caracterizado porque la central de
comando y medición (11) comprende medios de aplicación para
seleccionar las zonas conductoras (8, 10) de las placas (2, 2') para
llevarlas a un potencial determinado, y a partir de las cuales se
miden la corriente y la tensión.
21. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 20, caracterizado porque comprende una
cámara de vacío parcial (12) en la cual se disponen el substrato
aislante (1) y cada placa (2, 2').
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