Observation et mesure de cartes à pointes et de sondes à contact
Le déploiement du système de communication mobile cinquième génération (5G) et de ses appareils compatibles exige le développement de dispositifs à semi-conducteur plus compacts et plus denses que jamais. Cette évolution va de pair avec un contrôle et une analyse toujours plus poussés d’une multitude de composants électroniques, à l'instar des circuits intégrés et des circuits à haut degré d’intégration.
Cette section récapitule toutes les notions essentielles sur les cartes à pointes et sondes à contact, deux instruments utilisés pour le test électrique des dispositifs à semi-conducteur, et vous présente des exemples d’observation et de mesure 3D sans contact à partir d’images 4K, garantes d’une haute précision de contrôle.
- Qu’est-ce qu’une carte à pointes ?
- Qu’est-ce qu’une sonde à contact ?
- Durée de vie des cartes à pointes et sondes à contact et importance de l’observation et de la mesure
- Derniers exemples d’observation de l’usure et de mesure de la forme et des dimensions de cartes à pointes et de sondes à contact
- Un microscope numérique 4K qui contribue à maintenir la précision du test électrique et rationalise toute une série d’opérations
Qu’est-ce qu’une carte à pointes ?
Une carte à pointes est un instrument de contrôle utilisé pour tester les wafers de silicium lors de la fabrication de circuits à haut degré d’intégration frontaux. La carte à pointes est composée d’un circuit imprimé circulaire doté de pointes ou d’aiguilles de sonde fixées avec précision.
Toutes les microplaquettes de circuit à haut degré d’intégration, fabriquées sur un même wafer, subissent un test électrique par contact simultané avec les multiples pointes de sonde disposées sur le circuit imprimé. Les cartes à pointes détectent les ruptures et courts-circuits et mesurent le courant électrique et les hautes fréquences. Une carte à pointes est généralement reliée au sondeur d’un testeur de wafer. Lors du test, ses pointes sont directement mises en contact, depuis le dessus, avec les microplaquettes du wafer installé sur une platine.
Principaux types de carte à pointes
Les cartes à pointes peuvent être catégorisées selon leur structure et notamment l’alignement et la méthode de fixation des pointes. Retrouvez ci-dessous la description et les caractéristiques de deux cartes à pointes classiques.
Carte à pointes verticales (avancée)
Une carte à pointes verticales (avancée) se compose d’un circuit imprimé muni d’un bloc, auquel sont fixées perpendiculairement les pointes. Sur ce type de carte, les pointes peuvent être disposées librement, par exemple en quadrillage ou alignées afin de tester plusieurs microplaquettes. Sa maintenance est relativement aisée car chaque pointe peut être remplacée individuellement. De plus, les renfoncements générés par le contact sont réduits au minimum, évitant tout endommagement des brasures. En revanche, son coût de fabrication relativement élevé la rend peu rentable pour le test d’électrodes d’aluminium sur wafer.
Carte à pointes cantilever
Une carte à pointes cantilever est dotée d’aiguilles en tungstène ou autre matériau similaire. Ces aiguilles sont directement fixées sur le circuit imprimé.
La carte à pointes cantilever est moins onéreuse à fabriquer que la carte à pointes verticales. Ses pointes peuvent également être disposées suivant un pas plus restreint, mieux adapté aux électrodes d’aluminium. Comparées à leurs homologues à pointes verticales, les cartes à pointes cantilever sont plus limitées dans la disposition des pointes et génèrent des renfoncements plus importants. Ce type de carte exige également une maintenance périodique assez fastidieuse, notamment pour réparer et ajuster (hauteur, etc.) les pointes.
Qu’est-ce qu’une sonde à contact ?
Une sonde à contact est un instrument de contrôle utilisé pour tester la continuité d’une grande variété de composants électroniques par mise en contact avec leurs électrodes. La sonde à contact est extrêmement répandue dans l’industrie des composants électroniques. Semi-conducteurs, écrans à cristaux liquides, cartes nues, circuits imprimés, connecteurs, condensateurs, capteurs, batteries... Les sondes à contact conviennent à une multitude de composants.
Les sondes à contact servent non seulement au test de continuité mais également à la collecte de données pour contrôler le comportement des composants lors de tests en circuit et de tests fonctionnels. Plus précisément, les sondes à contact sont employées pour détecter les ruptures et courts-circuits, mesurer les hautes fréquences, vérifier l’impédance (résistance) et contrôler les paramètres des composants du circuit.
Structure d’une sonde à contact
La sonde à contact se compose d’un fût, renfermant un ressort et un piston destiné au contact avec la cible. La résistance de contact à l’intérieur du fût peut être stabilisée en optimisant la pression du ressort. Les sondes à contact classiques sont constituées de pièces plaquées or afin d’éviter la corrosion et de réduire la pression de contact des parties coulissantes.
Les sondes à contact sont insérées en nombre adéquat dans un gabarit en résine spécialement conçu pour la cible à contrôler, puis les pointes de piston sont mises en contact avec ladite cible. La maintenance est extrêmement aisée : il suffit de remplacer les sondes usées dans le gabarit.
- A
- Sonde à contact
- B
- Fût
- C
- Ressort
- D
- Piston
- E
- Gabarit
- F
- Cible contrôlée
Formes de pointe de piston des sondes à contact
La forme de la pointe de contact diffère selon la forme de la cible à tester, par exemple borne ou électrode. L’utilisation de la forme de pointe optimale évite tout endommagement des cibles les plus fragiles lors du test. Retrouvez ci-dessous les principales formes de pointe et leurs applications.
Ronde
Cette pointe est utilisée sur les électrodes fragiles, telles que celles des circuits imprimés souples, où tout dommage doit absolument être évité.
Conique
Cette pointe est employée pour le test des plots et pastilles des circuits imprimés nus.
Plate/concave
Une pointe plate est utilisée pour éviter tout endommagement des électrodes ou pour entrer en contact avec une surface plus étendue.
La pointe concave facilite le contact avec les bornes de forme convexe.
Cône triangulaire
Une pointe en cône triangulaire est utilisée pour tester les éléments de forme concave, tels que les trous traversants de circuits imprimés nus.
Couronne
Cette forme permet de tester les broches des composants montés et les éléments de forme convexe par contact avec plusieurs sondes.
Durée de vie des cartes à pointes et sondes à contact et importance de l’observation et de la mesure
Durée de vie des cartes à pointes
Lors de l’utilisation d’une carte à pointes pour tester des microplaquettes de circuit à haut degré d’intégration, plusieurs pointes à l’extrémité effilée et microscopique sont mises en contact avec les bornes des microplaquettes sur le wafer. Une carte à pointes de quelques cm² peut posséder des milliers de pointes alignées suivant un pas extrêmement fin de l’ordre à de 20 à 30 μm. Les cartes à pointes sont des instruments de test très élaborés dont la durée de vie dépend non pas du nombre d’années d’utilisation mais du nombre de mises en contact des pointes avec des microplaquettes de wafer. Les cartes à pointes classiques sont réputées pour supporter plusieurs centaines de milliers à plusieurs millions de contacts.
En cas de fabrication d’une énorme quantité de microplaquettes sur un grand nombre de wafers, il est essentiel de vérifier l’état des pointes de la carte afin de maintenir la qualité des produits. Toute pointe usée ou défectueuse risque de fausser les résultats du test, entraînant la mise au rebut de microplaquettes pourtant conformes et une baisse du rendement.
Durée de vie des sondes à contact
La durée de vie électrique des sondes à contact, assemblage de plusieurs éléments qui se termine par une pointe microscopique de haute précision, dépend du degré de résistance, de l’environnement et des conditions de test. La chaleur appliquée aux broches est également à prendre en considération. Les sondes à contact classiques sont capables de supporter mécaniquement environ un million de contacts.
Cette durée de vie varie toutefois selon les conditions de test. Pour déterminer si une sonde à contact arrive en fin de vie, il est essentiel de contrôler la forme de la pointe du piston entrant en contact avec la cible. Lors du test, une pointe usée peut générer des variations de résistance et fausser les résultats, affectant le contrôle qualité et le rendement.
Importance et problèmes de l’observation et de la mesure des cartes à pointes et sondes à contact
Les cartes à pointes et sondes à contact possèdent des pointes à l’extrémité microscopique. Afin d’éviter toute erreur de résultat pouvant entraîner la mise sur le marché de produits défectueux ou une baisse du rendement, une observation sous grossissement et une mesure régulière des pointes sont nécessaires pour déterminer si l’instrument arrive en fin de vie à partir de son usure ou de toute autre caractéristique.
Cependant, l’extrémité tridimensionnelle et microscopique de ces instruments de test est particulièrement difficile à observer en totalité avec un microscope optique, qui n’effectue la mise au point que sur une zone à la fois lors de l’observation sous grossissement.
La mesure précise de la forme 3D et des dimensions microscopiques (forme et hauteur de l'extrémité, etc.) de ces pointes avec un instrument de mesure à contact est fastidieuse car la sonde trop large de l’instrument touche simultanément plusieurs pointes alignées suivant un pas très fin ou exerce une pression trop importante. La mesure dimensionnelle demeure compliquée même lorsqu’un traitement d’image est utilisé, en raison de la difficulté à obtenir une image entièrement nette de la totalité de la forme microscopique de l’extrémité.
Parcourez à présent nos derniers exemples d’observation et de mesure et découvrez comment résoudre tous ces problèmes grâce au microscope numérique 4K.
Derniers exemples d’observation de l’usure et de mesure de la forme et des dimensions de cartes à pointes et de sondes à contact
La précision du test électrique dépend largement de l’état de l’extrémité microscopique des pointes de cartes à pointes et du piston des sondes à contact, c’est pourquoi l’observation et la mesure de l’usure et de toute autre forme d’endommagement est absolument essentielle. Toutefois, l’observation et la mesure s’avèrent bien souvent fastidieuses.
Le microscope numérique 4K Série VHX de KEYENCE est équipé d’objectifs HR haute résolution et d’un capteur d’image CMOS 4K, qui capturent avec précision la forme microscopique des extrémités de contact sur des images haute résolution 4K. Ce microscope exécute également des mesures 2D et 3D haute précision à partir des images d’observation. Découvrez des exemples d’applications de la Série VHX, qui résout les problèmes d’observation et de mesure que posent les instruments de test tout en optimisant et rationalisant le processus.
Observation de pointes de cartes à pointes avec et sans inclinaison
Le microscope numérique 4K Série VHX allie grande profondeur de champ et haute résolution. Il est capable de capturer des images haute résolution 4K de la cible sous n’importe quel angle.
Le système d’observation orientable selon un angle libre doté d’une platine motorisée XYZ haute précision garantit un ajustement automatique de l’alignement, de la rotation et du mouvement oblique du champ de vision, pour une observation parfaitement fluide sous tous les angles.
L’objectif peut également être utilisé en mode portatif pour capturer des images haute résolution même lorsque la cible est difficilement positionnable sur la platine.
Mesure du diamètre extérieur et de la hauteur de pointes de cartes à pointes
Le microscope numérique 4K Série VHX exécute des mesures 2D et 3D haute précision sur des images d’observation entièrement nettes et sans aucun contact avec la cible.
Le diamètre extérieur, caractéristique essentielle pour évaluer l’usure de l’extrémité, est mesuré en temps réel en quelques clics de souris tout en observant l’écran. D’autres caractéristiques, telles que la distance entre deux points, le parallélisme entre deux lignes ou encore l’aire, peuvent être mesurées en suivant la même procédure.
L'acquisition des données de hauteur de l’extrémité permet également une mesure 3D. Le profil est mesuré par simple sélection de la position visée, facilitant l’acquisition des données de hauteur en coupe.
L’opérateur passe aisément de l’observation sous fort grossissement à la mesure dimensionnelle sans contact, pour une efficacité sans précédent. Les valeurs mesurées et les images peuvent être enregistrées et leur historique consulté pour mieux comprendre la progression de l’usure et autres tendances de déformation.
Observation sous fort grossissement de pointes de sondes à contact
La pointe du piston d’une sonde à contact, qui possède une forme tridimensionnelle microscopique, s’use très facilement lors des contacts répétés avec la cible. L’observation de la pointe sous fort grossissement souffre souvent d’un décalage entre exigences et conditions réelles, obligeant par exemple l’opérateur à travailler à partir d’une image partiellement floue ou à réduire la résolution.
Le microscope numérique 4K Série VHX allie grande profondeur de champ et haute résolution. Cette combinaison garantit une observation détaillée de l’usure et de l’effritement microscopiques de la pointe du piston sur des images entièrement nettes de la totalité du champ de vision même sous fort grossissement.
Les instruments de test sont composés de métal, générant une réflexion diffuse qui complique la détermination des conditions d’éclairage optimales. La Série VHX possède une fonction d’éclairage multiple, qui capture automatiquement plusieurs images sous différents éclairages d’une simple pression sur un bouton. Il suffit à l’opérateur de sélectionner l’image qui convient le mieux à l’application pour démarrer immédiatement l’observation, accélérant sensiblement le réglage des conditions d’éclairage optimales.
De plus, les conditions d’éclairage appliquées lors de la capture d’une image précédente peuvent être reproduites par simple sélection de cette image. L’observation de l’usure de plusieurs pointes de sonde dans les mêmes conditions n’a jamais été aussi simple.
Affichage 3D et mesure de profil de pointes de sondes à contact
Le microscope numérique 4K Série VHX capture plusieurs images en différentes positions de mise au point et les assemble rapidement en une seule image parfaitement nette, idéale pour l’affichage et la mesure 3D haute précision. L’affichage 3D met en évidence la forme de la surface et sa rugosité et permet une observation sous tous les angles.
Le profil peut également être mesuré en spécifiant simplement la position visée à l’aide de la souris. Il est ainsi possible d’obtenir le profil et les dimensions en coupe de la zone souhaitée, sans contact et de manière non destructive.
Ces fonctions permettent de mesurer les irrégularités de surface à l’échelle submicronique, pour évaluer le degré d’usure à partir de valeurs précises même sur une pointe de piston à la forme microscopique et complexe.
Un microscope numérique 4K qui contribue à maintenir la précision du test électrique et rationalise toute une série d’opérations
Les multiples fonctions avancées du microscope numérique 4K Série VHX facilitent non seulement l’observation et la mesure de la forme microscopique des pointes d’instruments de test mais également toute une série d’opérations essentielles pour la recherche, le développement et l’assurance qualité dans l’industrie électronique, telles que le contrôle de circuits imprimés nus, l’application de crème à braser et le suivi de fabrication et de montage de composants électroniques.
Une seule Série VHX et vous voilà parfaitement équipé(e) pour observer toute cible sur une image haute résolution 4K, exécuter des mesures 2D et 3D et même créer automatiquement des rapports détaillés, pour une efficacité sans précédent. Pour en savoir plus sur le produit ou pour toute demande, cliquez sur les boutons ci-dessous.
