FR2741953A1

FR2741953A1 - Contacting method for testing printed circuit tracks

Info

Publication number: FR2741953A1
Application number: FR9514619A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1997-06-06

Abstract

The contacting method includes the steps of using test probes in which the part of the probe making contact with the substrate is a flexible rounded conductor(6). With this type of probe, contact can be made with a plane connection track(15) of the circuit via a window(13) formed in the insulating layer(14) which covers the whole or part of the substrate. The material of the conductor(6) is a composite type which includes an insulating and flexible base(9) in which are inserted flexible metallic wires which provide to the whole assembly a conduction path on a given axis.

Description

PROCEDE DE PRISE DE CONTACT ELECTRIQUE SUR CIRCUITS
IMPRIMES
La présente invention concerne un procédé de prise de contact électrique sur circuits imprimés, équipés ou non de composants électroniques, en vue de leur test (in situ ou fonctionnel), associant un palpeur spécial et un nouveau type de plage de test
Les cartes électroniques actuelles, et particulièrement les cartes d'ordinateurs, ou de téléphonie, sont de plus en plus denses en terme de composants. La surface de ce type de cartes joue un rôle stratégique important, comme dans le cas des téléphones portables.ELECTRICAL CONTACT MEANS ON CIRCUITS
PRINTS
The present invention relates to a method of making electrical contact on printed circuits, whether or not equipped with electronic components, for their test (in situ or functional), combining a special probe and a new type of test range.
Current electronic cards, and particularly computer or telephone cards, are increasingly dense in terms of components. The surface of this type of card plays an important strategic role, as in the case of mobile phones.

Or la validation finale du produit, doit se faire en parallèle avec un série de tests, à chaque étape de la production. Le niveau de test auquel nous nous intéressons correspond à la vérification individuelle des composants, déjà montés sur la carte qui n'est pas sous tension (test "in situ", ou "in circuit"), ou à la vérification de la fonctionnalité de tout ou une partie de la carte, mise sous tension ("test fonctionnel").However, the final validation of the product must be done in parallel with a series of tests, at each stage of production. The level of test we are interested in corresponds to the individual verification of the components, already mounted on the card which is not live ("in situ" or "in circuit" test), or to the verification of the functionality of all or part of the card, power up ("functional test").

Les méthodes traditionnelles d'accès électrique à un substrat de type circuit imprimé équipé ou non de composants utilisent ce qu'on appelle un "lit de clous". ll s'agit en fait d'un outillage comprenant des pointes métalliques à ressort, composées d'un palpeur (5) et d'un réceptacle, ce dernier étant inséré dans une plaque de type verreepoxy, permettant ainsi le positionnement et le maintien du palpeur. Ces palpeurs sont eux-mêmes composés d'un tube accueillant un ressort relié à un piston, conférant au piston des propriétés élastiques, mais conduisant à un contact de type ponctuel au niveau des plages de test. On trouve autant de pointes métalliques à ressort qu'ont été définis de points de test sur le substrat. Cet outillage, spécifique à chaque type de cartes, s'interpose entre le substrat à tester (1), et le testeur. Les réceptacles sont insérés dans une plaque, à une position donnée, qui permet au palpeur (qui est inséré dans le réceptacle) d'établir le contact électrique avec la "plage" de test (4) qu'il est sensé atteindre, dessinée à cet effet sur la carte imprimée (1), comme le montre la figure 4. Le réceptacle dans lequel est inséré le palpeur (4) est relié par un câble électrique à une ressource du testeur, qui permet d'envoyer ou de réceptionner un stimuli électrique. The traditional methods of electrical access to a substrate of the printed circuit type equipped or not with components use what is called a "bed of nails". This is in fact a tool comprising metal spring tips, composed of a feeler (5) and a receptacle, the latter being inserted in a glass-epoxy plate, thus allowing the positioning and the maintenance of the feeler. These feelers are themselves composed of a tube receiving a spring connected to a piston, giving the piston elastic properties, but leading to a point-like contact at the level of the test pads. There are as many metal spring tips as there have been defined test points on the substrate. This tool, specific to each type of card, is inserted between the substrate to be tested (1) and the tester. The receptacles are inserted in a plate, at a given position, which allows the probe (which is inserted in the receptacle) to establish electrical contact with the test "range" (4) which it is supposed to reach, drawn at this effect on the printed card (1), as shown in Figure 4. The receptacle in which the probe is inserted (4) is connected by an electric cable to a resource of the tester, which allows to send or receive a stimulus electric.

Pour des raisons purement mécaniques, qu'on explicitera plus loin, les plages de test (qui sont en fait d'une manière générale des pastilles rondes) ne peuvent guère avoir des diamètres inférieurs à 0.8 mm, tout au plus 0.6 mm. Si l'on tient compte de l'espace d'isolement nécessaire, une pastille de test occupe en moyenne environ 1 mm2 de surface de carte, sans apporter de réelle fonctionnalité à la carte. Or le nombre de points de test qu'on trouve sur une carte peut aller de quelques centaines à un ou deux milliers, ce qui conduit à des surfaces mobilisées pour le test de quelques cm2 à 10 ou 20 cm2. For purely mechanical reasons, which will be explained below, the test ranges (which are in general generally round pellets) can hardly have diameters less than 0.8 mm, at most 0.6 mm. If the necessary isolation space is taken into account, a test patch occupies on average about 1 mm2 of card surface, without bringing any real functionality to the card. However, the number of test points found on a card can range from a few hundred to one or two thousand, which leads to areas mobilized for the test from a few cm2 to 10 or 20 cm2.

Sachant qu'une carte de téléphone mobile fait entre 50 et 150 cm2, on voit que l'espace "perdu" au niveau du test dans la méthode traditionnelle n'est absolument pas négligeable. De fait, il limite les potentialités d'intégration plus poussées, ce qui touche à la stratégie même du produit.Knowing that a mobile phone card is between 50 and 150 cm2, we see that the space "lost" at the level of the test in the traditional method is absolutely not negligible. In fact, it limits the potential for further integration, which affects the very strategy of the product.

Pour ces raisons, il est apparu ces dernières années de nouvelles méthodes d'accès au test des cartes équipées, en particulier au niveau du test fonctionnel, comme la méthode dite du "Boundary Scan" ou "scrutation aux limites" qui consiste à implémenter des fonctionnalités de test aux composants eux-mêmes (sur la puce) et à implanter un chemin électrique sur la carte reliant les différents composants entre eux, permettant une "surveillance aux frontières" des puces. Dans ce cas de figure, il n'est plus nécessaire de faire appel à un lit de clous. Mais si ce type d'accès est particulièrement intéressant pour les cartes numériques, il n'est pas au point pour les cartes en technologie analogique ou mixte analogique/numérique. En outre, il impose le test au niveau fonctionnel, le test des composants de manière individuel avant la mise sous tension de la carte n'étant plus possible. Un autre inconvénient est que cette méthode augmente le prix de revient de la carte, en faisant appel à des composants plus chers. Enfin, la surface de la carte est légèrement supérieure en raison du nombre de broches supplémentaires des composants et de l'implantation de pistes supplémentaires reliant les fonctionnalités de test. For these reasons, new methods of accessing the test of equipped cards have appeared in recent years, in particular at the functional test level, such as the so-called "Boundary Scan" or "limit scanning" method which consists in implementing test functionality to the components themselves (on the chip) and to implant an electrical path on the card connecting the various components together, allowing "border surveillance" of the chips. In this case, it is no longer necessary to use a bed of nails. But if this type of access is particularly interesting for digital cards, it is not developed for cards in analog or mixed analog / digital technology. In addition, it imposes the test at the functional level, the testing of the components individually before powering up the card is no longer possible. Another disadvantage is that this method increases the cost price of the card, by using more expensive components. Finally, the surface of the card is slightly larger due to the number of additional pins of the components and the layout of additional tracks connecting the test functionalities.

I1 est maintenant intéressant de revenir aux limites mécaniques de l'accès traditionnel aux cartes en vue de leur test:
La précision d'impact d'un palpeur ne peut pas être meilleure que +1-0.2 mm par rapport au centre de la plage (Figure 2), ce qui implique un diamètre minimum de 0.6 mm, voire plus. Cette précision d'impact est liée à la géométrie de la pointe du palpeur, à son guidage dans le tube qui le structure, à son guidage dans le réceptacle, et enfin à la précision de perçage de la plaque qui l'accueille. D'autres types de palpeurs ont été envisagés par le passé, avec des structures multi-pointes, ou "striées", sans que les résultats soient changés : à partir du moment ou les pointes sont métalliques, elles ne sont pas élastiques. Par conséquent, seule une pointe parmi les multiples mini-pointes striées en bout de palpeur va effectivement impacter, et cela pourra tout aussi bien se faire à l'extérieur de la plage de test, si les pointes striées ne sont pas toutes exactement à la même hauteur, ce qui est systématiquement le cas compte tenu de la précision de fabrication de ce type de pointes. It is now interesting to return to the mechanical limits of traditional access to cards for their test:
The impact accuracy of a probe cannot be better than + 1-0.2 mm from the center of the range (Figure 2), which implies a minimum diameter of 0.6 mm or more. This impact precision is linked to the geometry of the probe tip, to its guiding in the tube which structures it, to its guiding in the receptacle, and finally to the drilling precision of the plate which receives it. Other types of feelers have been considered in the past, with multi-point structures, or "striated", without the results being changed: from the moment when the points are metallic, they are not elastic. Consequently, only one point among the multiple striated mini-tips at the end of the probe will effectively impact, and this could just as easily be done outside the test range, if the striated tips are not all exactly at the same height, which is systematically the case taking into account the manufacturing precision of this type of points.

Dans le domaine de la connexion électrique et en particulier au niveau du test, on recherche en fait une certaine élasticité des éléments qui doivent coopérer pour réaliser des contacts, ceci pour que les contacts soient toujours établis de manière fiable quelles que soient les variations dimensionnelles normales des éléments ou quel que soit le nombre d'opérations de connexion et de déconnexion. Plus précisément, on recherche une élasticité conduisant à un contact surfacique, et non sur un ensemble de points. In the field of electrical connection and in particular at the test level, we are in fact looking for a certain elasticity of the elements which must cooperate in order to make contacts, this so that the contacts are always established in a reliable manner whatever the normal dimensional variations. elements or whatever the number of connection and disconnection operations. More precisely, one seeks an elasticity leading to a surface contact, and not on a set of points.

Dans cet ordre d'idée, le brevet FR 94/08593 expose un nouveau principe de connexion utilisant des polymères conducteurs. En particulier, il définit un nouveau type de palpeur, équipé à au moins une de ses extrémités d'un matériau polymérique conducteur élastique. In this connection, patent FR 94/08593 describes a new connection principle using conductive polymers. In particular, it defines a new type of probe, equipped at at least one of its ends with an elastic conductive polymeric material.

L'objet de la présente invention consiste en la définition d'un procédé utilisant un nouveau type de plages de test, compatible avec le type de palpeurs objet du brevet cité ci-dessus, ou des palpeurs de fonctionnalité équivalente, dont il sera proposé au moins un mode de réalisation original dans la présente invention. The object of the present invention consists in the definition of a method using a new type of test pads, compatible with the type of probes object of the patent cited above, or probes of equivalent functionality, which will be proposed to minus an original embodiment in the present invention.

Comme il l'a été dit précédemment, les points de test dans la méthode traditionnelle occupent un surplus de surface, dans la mesure ou ils nécessitent l'ajout d'au moins un motif conducteur sur l'image du circuit imprimé. Ces motifs conducteurs se présentent en général sous la forme d'une pastille circulaire, de diamètre de l'ordre de 0.6 mm à 1 mm, elle-même souvent reliée à l'équipotentielle (ou réseau de pistes ou pastilles reliées entre elles) à laquelle elle est censé donné accès, par une ou plusieurs pistes (voir figure 1). As said previously, the test points in the traditional method occupy a surplus of surface, insofar as they require the addition of at least one conductive pattern on the image of the printed circuit. These conductive patterns are generally in the form of a circular patch, with a diameter of the order of 0.6 mm to 1 mm, itself often connected to the equipotential (or network of tracks or pads connected to each other) to which it is supposed to give access, by one or more tracks (see figure 1).

Par ailleurs, il est également important d'exposer que la très grande majorité sinon la totalité des cartes électroniques sont revêtues d'un vernis protecteur, appelé "vernisépargne".In addition, it is also important to show that the vast majority if not all of the electronic cards are coated with a protective varnish, called "savings varnish".

Selon un mode de réalisation de la présente invention, il n'est plus nécessaire d'ajouter ces motifs conducteurs supplémentaires : en remplaçant la pointe métallique du palpeur traditionnel par un assemblage comprenant un matériau élastique conducteur, représenté par la figure 3, il est maintenant possible, en définissant un nouveau type de plages de test, de s'affranchir de la perte de place occasionnée par les plages traditionnelles. En effet, le fait que le plot de contact électrique (6) est maintenant déformable permet de s'affranchir de la précision de positionnement nécessaire avec la méthode traditionnelle: à partir du moment ou la tête du palpeur a un rayon supérieur à l'erreur maximale de positionnement, le contact est obtenu, quelque soit la dimension de la plage de test, ce qui permet de réduire considérablement l'encombrement de celle-ci, voire de l'éliminer, en définissant l'accès à la piste au niveau même de celle-ci, sans passer par l'adjonction d'un motif spécial.According to an embodiment of the present invention, it is no longer necessary to add these additional conductive patterns: by replacing the metal tip of the traditional probe with an assembly comprising an elastic conductive material, represented by FIG. 3, it is now possible, by defining a new type of test ranges, to overcome the loss of space caused by traditional ranges. Indeed, the fact that the electrical contact pad (6) is now deformable makes it possible to dispense with the positioning precision necessary with the traditional method: from the moment when the probe head has a radius greater than the error maximum positioning, contact is obtained, whatever the size of the test range, which considerably reduces its size, or even eliminates it, by defining access to the track at the same level of it, without going through the addition of a special reason.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les plages de test (4) sont définies le long d'une piste traditionnelle (figure 5), existant au préalable sur le circuit, pour laquelle on a épargné localement le vernis protecteur isolant (14). Dans ce cas de figure, la place utilisée pour les fonctionnalités de test devient quasi nulle. According to one embodiment of the invention, the test ranges (4) are defined along a traditional track (FIG. 5), existing beforehand on the circuit, for which the protective insulating varnish (14 ). In this case, the space used for the test functionalities becomes almost zero.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres aspects de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
La figure 1 illustre un circuit imprimé (1) sur lequel ont été définies des plages de test traditionnelles (4). Les plages d'accueil des composants (2) sont les plages sur lesquelles viennent être soudés les composants (10).These objects, characteristics and advantages, as well as other aspects of the present invention will be explained in detail in the following description given without limitation in relation to the attached figures, among which
FIG. 1 illustrates a printed circuit (1) on which traditional test areas (4) have been defined. The reception areas of the components (2) are the areas on which the components (10) are welded.

La figure 2 illustre un palpeur traditionnel (5) accédant à une plage de test traditionnelle (4), avec un certaine erreur de positionnement. FIG. 2 illustrates a traditional probe (5) accessing a traditional test range (4), with a certain positioning error.

Les figures 3A et 3B illustrent la définition d'un palpeur spécial, intégrant au niveau de sa tête (7) un plot conducteur élastique (6). La figure 3A montre le palpeur au repos, tandis que la figure 3B montre le palpeur en compression. Figures 3A and 3B illustrate the definition of a special probe, incorporating at its head (7) an elastic conductive pad (6). Figure 3A shows the probe at rest, while Figure 3B shows the probe in compression.

La figure 4 illustre de manière simplifiée la définition d'un "lit de clous", ou outillage de test, avec la plaque principale d'outillage (8) sur laquelle sont insérés les réceptacles, ces derniers acceptant les palpeurs (5). FIG. 4 illustrates in a simplified manner the definition of a "bed of nails", or test tool, with the main tool plate (8) on which the receptacles are inserted, the latter accepting the probes (5).

Les figures SA, 5B et 5C illustrent la définition des plages d'accès qu'autorisent des palpeurs dont la tête comprend des plots conducteurs élastiques (9). Sur la figure A, on distingue des composants (10) équipant le circuit imprimé (1). La figure 5B explicite les plages de test (13) définies, selon un mode de réalisation de la présente invention, par une épargne du vernis protecteur (14) de la carte. Cette épargne peut se situer au niveau d'une piste (11) ou d'un trou métallisé (12), ces derniers faisant la jonction entre les diverses couches de conducteurs du circuit imprimé. La figure 5C représente un agrandissement local de la figure B. Elle permet la distinction entre l'épargne du vernis (13) et l'accès au motif conducteur (13), ou plage de test, à l'intérieur de la fenêtre d'accès ainsi définie. Figures SA, 5B and 5C illustrate the definition of the access areas authorized by feelers whose head comprises elastic conductive pads (9). In FIG. A, there are components (10) equipping the printed circuit (1). FIG. 5B explains the test ranges (13) defined, according to an embodiment of the present invention, by saving the protective varnish (14) of the card. This saving can be located at a track (11) or a metallized hole (12), the latter forming the junction between the various layers of conductors of the printed circuit. Figure 5C shows a local enlargement of Figure B. It allows the distinction between the saving of varnish (13) and access to the conductive pattern (13), or test area, inside the window access thus defined.

La figure 6 représente le type de matériau (qu'on peut trouver dans le commerce) pouvant être inséré à l'intérieur d'une cavité métallique correspondant à la tête (7) d'un palpeur. Ce matériau composite est constitué d'une base isolante (9), de type silicone, élastique, dans laquelle sont insérés des fils métalliques souples (8), suivant une orientation privilégiée, conférant à l'ensemble une conduction électrique anisotrope, suivant l'axe d'orientation des fils métalliques (8). FIG. 6 represents the type of material (which can be found commercially) which can be inserted inside a metal cavity corresponding to the head (7) of a probe. This composite material consists of an insulating base (9), of silicone type, elastic, into which are inserted flexible metallic wires (8), in a preferred orientation, giving the assembly an anisotropic electrical conduction, according to the orientation axis of the metal wires (8).

Grâce aux plots élastiques (6), il est inutile que les plages de contact (4) aient des tailles importantes. Par ailleurs, le contact que l'on obtient entre chaque plot (6) et une plage de contact (4) est surfacique, ce qui permet de réduire notablement la résistance de contact par rapport à des systèmes de connexion classiques dans lesquels les contacts sont ponctuels ou linéaires. Thanks to the elastic pads (6), it is unnecessary for the contact pads (4) to have large sizes. Furthermore, the contact that is obtained between each stud (6) and a contact pad (4) is surface, which makes it possible to significantly reduce the contact resistance compared to conventional connection systems in which the contacts are point or linear.

Les palpeurs traditionnels sont généralement très pointus pour pouvoir pénétrer dans les plages de contact (4) à travers une couche de salissure afin d'établir un contact convenable. Ces pointes finissaient par s user en cours d'utilisation et par ne plus remplir leur rôle. Les palpeurs objets de la présente invention ne présentent pas cet inconvénient. Traditional probes are generally very pointed in order to be able to penetrate the contact pads (4) through a layer of dirt in order to establish a suitable contact. These spikes eventually wore out during use and no longer fulfilled their role. The probes which are the subject of the present invention do not have this drawback.

Dans divers modes de réalisation de la présente invention, les plots conducteurs élastiques (6) peuvent être indifféremment constitués de polymères conducteurs (selon le brevet FR 94/08593), du matériau composite décrit par la figure 6, ou de tout autre matériau électriquement conducteur et élastique. In various embodiments of the present invention, the elastic conductive pads (6) can be made up either of conductive polymers (according to patent FR 94/08593), of the composite material described in FIG. 6, or of any other electrically conductive material and elastic.

Pour utiliser l'invention de manière industrielle, en comparaison avec la méthode traditionnelle, il suffira de définir les fenêtres d'accès aux portions de pistes conductrices (15) lors de la conception du circuit imprimé correspondant, et d'utiliser des palpeurs munis de plots conducteurs (6) élastiques. To use the invention in an industrial manner, in comparison with the traditional method, it will suffice to define the access windows to the portions of conductive tracks (15) during the design of the corresponding printed circuit, and to use feelers provided with elastic conductive pads (6).

Claims

1. Method for making electrical contact on substrates, using feelers for which the part which is to make contact with the substrate is an elastic conductive pad (6), leading to surface contact, and not reduced to a set of points, characterized in that at least one contact zone with the substrate, or test area (15) does not correspond to a conductive pattern added for the purposes of electrical access to the substrate for its test, and in that at least one of the accesses to the conductive patterns is defined by a local window (13) in an insulating layer (14) partially or completely covering the substrate.

2. A method of making electrical contact on substrates, according to claim 1, characterized in that the conductive material (6) is a composite material comprising an insulating and elastic base (9) in which flexible metallic wires (8) are inserted. giving the whole conduction along a privileged axis.

3. A method of making electrical contact on substrates according to claim 1, characterized in that the conductive material (6) is an elastic conductive polymeric material.

4. A method of making electrical contact on substrates, according to claim 1, characterized in that the conductive pattern (15) spared is a portion of conductive track connecting at least two component pins (10).

5. A method of making electrical contact on substrates, according to claim 1, characterized in that the conductive pattern (15) spared is a metal crossing (12) connecting one or more conductive layers of the substrate between them.

6. A method of making electrical contact on substrates according to claim 1, characterized in that the insulating layer (14) corresponds to the traditional "savings varnish" of a printed circuit.