EP1332375A1 - Procede de realisation d'un sabot de test de composants - Google Patents

Procede de realisation d'un sabot de test de composants

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Publication number
EP1332375A1
EP1332375A1 EP01980634A EP01980634A EP1332375A1 EP 1332375 A1 EP1332375 A1 EP 1332375A1 EP 01980634 A EP01980634 A EP 01980634A EP 01980634 A EP01980634 A EP 01980634A EP 1332375 A1 EP1332375 A1 EP 1332375A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
test
support layer
layer
substrate
cavities
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01980634A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François BALERAS
Catherine Brunet-Manquat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1332375A1 publication Critical patent/EP1332375A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of measuring instruments, e.g. of probe tips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/04—Housings; Supporting members; Arrangements of terminals
    • G01R1/0408—Test fixtures or contact fields; Connectors or connecting adaptors; Test clips; Test sockets
    • G01R1/0433—Sockets for IC's or transistors
    • G01R1/0483—Sockets for unleaded IC's having matrix type contact fields, e.g. BGA or PGA devices; Sockets for unpackaged, naked chips

Definitions

  • the present invention relates to a test shoe for electronic components and to a method for producing such a shoe.
  • the electronic circuits must be subjected during their manufacture, and especially after their completion, to a series of controls intended to check their correct operation. These controls are operated by connecting the input and output terminals to test equipment designed to operate, automatically, a certain number of measurements.
  • test shoes are used which allow the circuits to be tested to be received and which facilitate the temporary electrical connection of the input and output terminals of the electronic circuits with test equipment.
  • the invention finds applications for the control of all types of circuits, either in the form of raw circuits on semiconductor wafer, either in the form of a package.
  • the invention can be implemented for the control of circuits of the flip-chip (ball of fusible material), CSP (Chip Scale Package, case adapted to the chip) or BGA (Bail Grid Array, ball case type) circuits. ).
  • Document (1) the reference of which is specified at the end of the description, describes a test shoe produced from a rigid silicon plate.
  • the plate has etched cavities, the walls of which are respectively lined with a metallic layer.
  • the metal layer is used as a test pad and is connected to external test equipment.
  • Such a shoe is particularly suitable for controlling circuits in which the input and output terminals are lined with balls of fusible material. These balls then respectively come into contact with the test areas of the shoe cavities.
  • the face of the component on which the input and output terminals are flush has a flatness defect.
  • the balls of fusible material which line the terminals may have diameters which are not perfectly uniforms.
  • the contact between certain balls and certain test ranges risks being imperfect or random. It is therefore not possible to use a single test shoe for an entire section of integrated circuits, or for a large package.
  • Document (2) the reference of which is also given at the end of the description, provides improved possibilities for producing contact pads for test shoes. These embodiments aim to offer a possibility of adaptation of the contact pads to different diameters and heights of balls of fusible material.
  • Some contact pads also have limitations related to their large size compared to the pitch of the input and output terminals of the circuits to be checked, or further limitations related to the relatively low conductivity of certain materials used for their production.
  • An object of the present invention is to provide a test shoe for components which does not have the limitations of the shoes known from the state of the art presented above.
  • One aim is in particular to propose a test shoe usable for components which are provided, on a contact face, with a plurality of input-output terminals, but of which this face is liable to have a flatness defect.
  • Another object is to provide such a shoe which guarantees excellent quality of contact with the input-output terminals of the circuits, despite a disparity in the diameter values of any contact balls which equip the input terminals. -exit.
  • Another object of the invention is to propose a shoe suitable for controlling highly integrated electronic circuits and having a high density of input-output terminals.
  • the invention also aims to provide a simple and economical method of manufacturing such a test shoe.
  • a test shoe for an electronic component comprising a bumpy support layer, having a plurality of protruding relief bumps, the bumps being respectively equipped at their top with at least one conductive test pad, capable of being brought into electrical contact with a terminal of the component.
  • the dents can advantageously be designed so that they can deform independently of each other.
  • the embossed structure of the support layer makes it possible to have a very large number of test areas on a reduced surface. It also makes it possible to separate an upper "level” where the test areas are located and a lower "level", reserved, for example, for a set of interconnection tracks connecting the test areas to a test circuit.
  • Each dent preferably has a single test range and is associated with a single input or output terminal of a type of circuit to be checked.
  • the distribution of the dents and their spacing are dictated by the distribution of the input and output terminals of the type of circuit for which the test shoe is intended.
  • the bumps are distributed, for example, according to a regular network, in rows and columns.
  • the support layer can be made essentially of a flexible material.
  • flexible material is meant a sufficiently flexible and elastic material to be able to be deformed to the extent necessary to compensate for any flatness defects, or inequalities, of an electronic circuit, of an electronic circuit box to be tested, or of terminals connection of such a box or circuit.
  • a very slight pressure exerted on the component to be tested allows, by locally deforming the support layer, to guarantee good contact between all the terminals and the corresponding test areas.
  • the deformation makes it possible to compensate for inequalities in height and / or in diameter of contact balls which possibly equip the input and / or output terminals of the components.
  • the shoe can include peripheral contact pads connected to the test pads by means of conductive tracks extending essentially between the dents.
  • the conductive tracks are therefore essentially situated outside the plane of the test pads, and release the latter a view of a stronger integration of the test pads.
  • the test areas can be flat, have a depression, or even be provided with bosses in the form of contact balls, for example, made of a fusible material.
  • the shape of the test pads is adapted to the shape or type of lining of the input and output terminals of the circuits to be checked.
  • the test areas can be flat or have a depression of a shape complementary to that of the balls.
  • the flexible support layer can either be self-supporting or be attached to a rigid support.
  • This support may incidentally include a test circuit, intended for checking the components.
  • the face of the support layer opposite to that equipped with the test pads, has a re-entrant relief, complementary to the protruding dents.
  • the hollows in this relief can optionally be filled with an elastic material such as 1 elastomer.
  • the invention relates to a method of manufacturing the shoe.
  • This method comprises the following steps: a) the function in a substrate of cavities forming a relief of corresponding or complementary shape to a boss of a support layer to be formed, b) the production of a support layer of a layer of flexible material on the substrate, so as to give the layer of embossments corresponding to the relief of the substrate, and the separation of the support layer from the substrate, c) the formation of test areas at the top of the embossments, by forming a layer of metal.
  • Step a) of forming cavities can be carried out either by etching or micro-machining of a monolayer or multilayer substrate, silk by electroforming of suitable patterns.
  • Step b) of producing the support layer can be obtained either by molding or by layer spreading.
  • step c) comprises depositing a metal layer on the support layer, then etching this layer by means of a mask fixing the size and the location of the test areas.
  • Step c) can also be carried out before the separation of the support layer from the substrate.
  • step c) can also be carried out before step b).
  • a metal is deposited on the substrate serving as a mold, then etched before the formation of the support layer.
  • the metal layer can be of the monolayer or multilayer type.
  • step b To obtain depressions at the top of the embossments, it is possible to form on the substrate constituting the mold, a protruding relief of small dimension, corresponding to these depressions. For example, before step b), small bosses can be formed at the bottom of the cavities of the substrate. These then define depressions at the top of the embossments of the support layer during its molding.
  • FIG. 1 is a simplified schematic section of a test shoe according to the invention, on which is applied an electronic circuit to be checked.
  • FIG. 2 is a perspective view of another test shoe according to the invention.
  • - Figures 3 to 8 are schematic sections of elements illustrating a method of producing a test shoe according to the invention.
  • FIGS. 9 to 12 are schematic sections of elements illustrating a variant of the method for producing a test shoe according to one invention.
  • FIG. 1 shows a test shoe 10 comprising a support layer 12 equipped with test pads 1.
  • a support layer 12 equipped with test pads 1.
  • test pads 1 may have a multilayer structure or at least be composed of several sublayers.
  • the support layer has a plurality of bosses 16 at the top of which are respectively the test pads 14. These pads, made of an electrically conductive material, preferably a metal, are respectively extended by a conduction track 18. That -this extends between the protruding bumps away from their so mital part.
  • the spatial distribution of the dents, as well as their spacings, are dictated by the distribution and spacing of input-output terminals of a type of circuit for which the shoe is intended. Again, it should be noted that only a very small number of dents are shown in the figures for obvious reasons of clarity.
  • the shoes of the invention may have a large number of dents in relation to the number of input and output terminals of the components to be checked.
  • an electronic circuit to be checked is identified with the reference numeral 20. It has input-output terminals 22 furnished with contact balls 24 made of a fusible material. When the circuit is placed on the shoe 10, each contact ball 24 is respectively positioned on a test area 14 with a corresponding dent.
  • This situation is shown for the contact ball placed furthest to the right in FIG. 1.
  • the material or materials used for the manufacture of the support layer have a certain flexibility or elasticity.
  • the size and in particular the height of the embossing relief determines the maximum value of the inequalities which it is possible to compensate.
  • the relief height of the boss is preferably chosen equal to at least 10% of the total height of the balls.
  • Reference 30 designates a test circuit intended to send pulses or stimulation signals to the component to be checked and to capture the response of the component to these signals so as to compare them with a setpoint, for example.
  • the test circuit 30 can be connected to the conduction tracks 18 via wire connections 32 (wire bonding). According to another possibility, a test circuit (not shown) can be temporarily connected to the conduction tracks 18, by means of test tips 3.
  • Figure 2 shows another perspective test shoe.
  • bosses 16 have the shape of a truncated pyramid and bear the test areas 14 at their top.
  • the conductive tracks 18, connected to the test pads extend over the bottom of the support layer 12, between the bosses, to join contact pads 19. These are provided at the periphery on the support layer. contact areas 19 are designed to facilitate the application of test probes or to facilitate connection to a test circuit as described above.
  • the shape of the dents can be variable and adapted to the distribution of the input and output terminals of the electronic circuits to be checked.
  • the pyramid dents can be replaced by frustoconical dents.
  • the sides of the dents are designed to have a slope which does not form an acute angle.
  • Figure 3 shows a step of preparing a "mold”. This step includes the etching of a substrate 40, for example of crystalline silicon. Micro-machining of silicon is in fact suitable for obtaining reliefs with very great finesse.
  • Etching dry or wet, is a conventional etching known from photolithography techniques and uses an etching mask (not shown).
  • the mask defines the shape and location of the elements of relief that we want to obtain.
  • a solution of KOH (potassium hydroxide) or TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide) can be used as an etchant.
  • KOH potassium hydroxide
  • TMAH Tetramethyl Ammonium Hydroxide
  • Such a solution makes it possible to take advantage of the crystalline planes of silicon to form in the substrate 40 depressions 42 with inclined lateral flanks.
  • the depressions 42 present, for example, a pitch of the order of 50 ⁇ m and a depth of the order of 20 ⁇ m.
  • the substrate 40 is covered with a titanium layer 44 intended to facilitate the subsequent separation of the support layer which is formed there.
  • Figure 4 shows the deposition of a metal layer 46, which completely covers the face of the substrate having the depressions 42. It is for example a copper layer with a thickness of the order of l ⁇ m.
  • the metal layer is then etched according to an etching pattern also fixed by a mask (not shown). The etching makes it possible to form, as shown in FIG. 5, the future test pads 14 and the future connection tracks 18, or even even the contact pads.
  • the copper layer can be replaced by a multilayer structure including both organic polymeric dielectric layers and metal layers.
  • FIG. 6 shows the formation of the flexible support layer 12.
  • this step comprises the conformal deposition of a layer of polymerizable material and then the polymerization of this layer, for example by baking.
  • the deposition of the layer of polymerizable material can take place by spraying or by centrifugation to obtain a layer which perfectly matches the shape of the cavities 42 and of the test pads 14.
  • the layer 12 is, by example, a polymer material of the polyimide type and has a thickness of the order of 10 ⁇ m.
  • FIG. 7 shows a step consisting in detaching from the substrate the support layer 12 equipped with the test pads 14, conductive tracks 18 and contact pads.
  • One possibility of implementing this step consists of immersing the substrate in a hydrofluoric acid solution to remove the titanium layer while preserving the copper of the test areas of the tracks and of the contact areas as well as the silicon mold.
  • FIG. 8 shows an optional additional step consisting in lining the test pads with contact balls 17 with fusible material.
  • the formation of such balls essentially consists in depositing blocks of fusible material on the test pads and in shaping them by heating the material. fuse. Surface tension forces generated in the molten material make it possible to give it a substantially spherical shape which is frozen when the material cools and solidifies.
  • fusible material means any material capable of being thus shaped and which has a sufficiently low melting point so as not to alter the other parts of the structure. It is, for example, a solder or a tin-lead alloy.
  • the balls of fusible material 17 which line the test areas can also be replaced by domes of conductive polymer.
  • the Test shoe thus provided with conductive eminences on the test pads is intended more particularly for the control of component whose input and output terminals are devoid of contact balls.
  • Figures 9 to 12, examined below, illustrate a variant of the process in which the order of the steps is changed.
  • FIG. 9 shows a preliminary step consisting in forming at the bottom of the cavities 42 small bosses 48 of substantially spherical shape. These bosses are formed according to a technique which is similar to that of the formation of contact balls. Small metal bosses 48 of fusible material are deposited at the bottom of the cavities 42. It is for example a tin-lead alloy deposited, for example, by screen printing. The bosses 48 are then subjected to a recasting heat treatment as described above to give them a substantially spherical free surface. Finally, a sacrificial layer of titanium 44, provided for subsequent detachment, is formed on the substrate 40.
  • FIG. 10 shows the molding of the support layer 12 and its polymerization.
  • the support layer 12 follows the shape of the cavities but also that of the small metal bosses 48. These will allow in the rest of the process to provide small depressions at the top of the bosses 16.
  • FIG. 11 shows the formation of the test pads 14 and conductive tracks 18 on the layer of support, after the latter has been detached from the substrate 40.
  • the test areas and the conductive tracks are formed by metallization of the face of the support layer which was in contact with the substrate 40, then by etching of the metal according to a photolithography technique. (The contact pads are advantageously produced at the same time). It is observed that the test areas 14 have depressions 15 at their top.
  • These depressions can be adapted to the diameter of contact balls which line the input and output terminals of the electronic circuits to be checked.
  • contact balls with a diameter of 200 ⁇ m, it is possible to produce cavities (half-sphere depression) whose diameter is of the order of 110%, or 220 ⁇ m.
  • FIG. 12 shows a last step during which the flexible support layer 12, equipped with the test pads 14 and the conductive tracks 18 is transferred onto a rigid support 30.
  • This support can be passive or possibly include a test circuit such as described with reference to FIG. 1.
  • the relief returning from the support layer 12 on its face opposite to the test pads is filled with a layer of elastomer 50.
  • the layer of elastomer which also serves to fix the flexible support layer on the rigid support can be replaced by a silicone adhesive or any other material having sufficient flexibility so as not to hinder the compensation of differences in height of the input-output terminals of the components and of the balls which garnish them.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un sabot de test (10) pour un composant électronique, comprenant une couche de support (12) bosselée présentant une pluralité de bosselures (16) en relief saillant, les bosselures étant respectivement équipées en leur partie sommitale d'au moins une plage de test (14), conductrice, susceptible d'être mise en contact électrique avec une borne du composant. Application au contrôle de composants électroniques nus ou sous boîtier.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UN SABOT DE TEST DE COMPOSANTS
Domaine technique La présente invention concerne un sabot de test de composants électroniques et un procédé de réalisation d'un tel sabot.
L'évolution de la densité d'intégration des composants électroniques s'est accompagnée d'une multiplication du nombre de leurs bornes d'entrée et de sortie. Par ailleurs, des valeurs toujours plus élevées de la fréquence de fonctionnement des circuits, ont conduit à une diminution de la taille des interconnexions et des boîtiers de conditionnement des composants .
Les circuits électroniques doivent être soumis lors de leur fabrication, et surtout après leur achèvement, à une série de contrôles destinés à vérifier leur bon fonctionnement. Ces contrôles sont opérés en reliant les bornes d'entrée et de sortie à un équipement de test prévu pour opérer, de façon automatique, un certain nombre de mesures.
Comme les circuits électroniques doivent être déconnectés de l'équipement de test après leur contrôle, on utilise des sabots de test qui permettent de recevoir les circuits à contrôler et qui facilitent le raccord électrique provisoire des bornes d'entrée et de sortie des circuits électroniques avec l'équipement de test. L'invention trouve des applications pour le contrôle de tout types de circuits, soit sous la forme de circuits bruts sur tranche de semi -conducteur, soit sous forme conditionnée en boîtier. En particulier l'invention peut-être mise œuvre pour le contrôle de circuits de type flip-chip (à billes de matériau fusible) , CSP (Chip Scale Package, boîtier adapté à la puce) ou BGA (Bail Grid Array, boîtier à billes).
Etat de la technique antérieure
Le document (1) , dont la référence est précisée à la fin de la description, décrit un sabot de test réalisé à partir d'une plaque rigide de silicium. La plaque présente des cavités gravées, dont les parois sont respectivement garnies d'une couche métallique. La couche métallique est utilisée comme plage de test et est reliée à un équipement de test extérieur.
Un tel sabot est adapté en particulier au contrôle de circuits dont les bornes d'entrée et de sortie sont garnies de billes de matériau fusible. Ces billes viennent alors respectivement en contact avec les plages de test des cavités du sabot.
L'utilisation d'un sabot dont le pas des cavités est adapté à celui des billes de matériau fusible sur une face d'un composant, permet d'effectuer un contrôle de façon simultané sur un grand nombre d'entrées et de sorties. Un tel sabot souffre cependant d'un certain nombre de limitations.
En effet il arrive que la face du composant à laquelle affleurent les bornes d'entrée et de sortie présente un défaut de planéité. De plus, les billes de matériau fusible qui garnissent les bornes, peuvent présenter des diamètres qui ne sont pas parfaitement uniformes. Or, comme il n'existe pas de moyen de compensation de ces inégalités, le contact entre certaines billes et certaines plages de test risque d'être imparfait ou aléatoire. 11 n'est donc pas possible d'utiliser un seul sabot de test pour une tranche entière de circuits intégrés, ou pour un boîtier de grande taille.
Un autre désavantage est lié à l'utilisation complexe et coûteuse du silicium pour la réalisation des sabots .
Enfin, comme les billes, de forme générale sphérique, viennent en appui sur les parois sensiblement planes des cavités, le contact électrique se limite à une faible surface et n'est pas toujours garanti dans les meilleures conditions.
Le document (2) dont la référence est également précisée à la fin de la description, propose des possibilités perfectionnées de réalisation de plots de contact pour des sabots de test. Ces réalisations visent à offrir une possibilité d'adaptation des plots de contact à différents diamètres et hauteurs de billes de matériau fusible.
Sans entrer dans le détail des différentes réalisations exposées, il s'avère que les sabots ne sont pas totalement affranchis des contraintes de planéité des tranches de circuit à contrôler, ou, tout au moins, présentent un coût de fabrication relativement élevé. Certains plots de contact présentent aussi des limitations liées à leur encombrement important par rapport au pas des bornes d'entrée et de sortie des circuits à contrôler, ou encore des limitations liées à la conductivité relativement faible de certains matériaux mis en œuvre pour leur réalisation.
Exposé de l'invention
Un but de la présente invention est de proposer un sabot de test pour composants qui ne présente pas les limitations des sabots connus de l'état de la technique présenté ci-dessus. Un but est en particulier de proposer un sabot de test utilisable pour des composants qui sont munis, sur une face de contact, d'une pluralité de bornes d' entrée-sortie, mais dont cette face est susceptible de présenter un défaut de planéité . Un autre but est de proposer un tel sabot qui garantisse une excellente qualité de contact avec les bornes d'entrée-sortie des circuits, en dépit d'une disparité des valeurs de diamètre d'éventuelles billes de contact qui équipent les bornes d'entrée-sortie. Un but de l'invention est encore de proposer un sabot adapté au contrôle de circuits électroniques fortement intégrés et présentant une densité élevée de bornes d'entrée-sortie.
L'invention a également pour but de proposer un procédé simple et économique de fabrication d'un tel sabot de test.
Pour atteindre ces buts, on propose plus précisément un sabot de test pour un composant électronique, comprenant une couche de support bosselée, présentant une pluralité de bosselures en relief saillant, les bosselures étant respectivement équipées en leur partie sommitale d'au moins une plage de test conductrice, susceptible d'être mise en contact électrique avec une borne du composant .
Les bosselures peuvent avantageusement être conçues de façon à pouvoir se déformer indépendamment les unes des autres .
La structure bosselée de la couche de support, et le fait que les plages de test soient agencées au sommet des bosselures, permet de disposer sur une surface réduite d'un très grand nombre de plages de test. Il permet par ailleurs de séparer un "niveau" supérieur où se situent les plages de test et un "niveau" inférieur, réservé, par exemple, à un jeu de pistes d'interconnexion reliant les plages de test à un circuit de test.
Chaque bosselure comporte de préférence une seule plage de test et est associée à une unique borne d'entrée ou de sortie d'un type de circuit à contrôler. La répartition des bosselures et leur espacement sont dictés par la répartition des bornes d'entrée et de sortie du type de circuits auquel est destiné le sabot de test. Les bosselures sont réparties, par exemple, selon un réseau régulier, en lignes et en colonnes.
Selon un aspect particulier de l'invention, la couche de support peut être réalisée pour l'essentiel en un matériau souple. On entend par matériau souple un matériau suffisamment souple et élastique pour pouvoir être déformé dans la mesure nécessaire à la compensation d'éventuels défauts de planéité, ou inégalités, d'un circuit électronique, d'un boîtier de circuit électronique à tester, ou de terminaux de connexion d'un tel boîtier ou circuit. Une très légère pression exercée sur le composant à tester permet, en déformant localement la couche de support, de garantir un bon contact entre toutes les bornes et les plages de test correspondantes. En particulier, la déformation permet de compenser des inégalités de hauteur et/ou de diamètre de billes de contact qui équipent éventuellement les bornes d'entrée et/ou de sortie des composants . Selon un autre aspect particulier de l'invention, le sabot peut comporter des plages de contact périphériques reliées aux plages de test par l'intermédiaire de pistes conductrices s' étendant essentiellement entre les bosselures. Les pistes conductrices sont donc essentiellement situées hors du plan des plages de test, et libèrent ce dernier un vue d'une plus forte intégration des plages de test.
Au sommet des bosselures, les plages de test peuvent être planes, présenter une dépression, ou encore être garnies de bossages sous la forme de billes de contact, par exemple, en un matériau fusible. La forme des plages de test est adaptée à la forme ou au type de garniture des bornes d'entrée et de sortie des circuits à contrôler. Lorsque ces bornes sont déjà équipées de billes de matériau fusible, les plages de test peuvent être planes ou présenter une dépression de forme complémentaire à celle des billes.
La couche de support souple peut être soit autoportante soit être rapportée sur un support rigide. Ce support peut accessoirement comporter un circuit de test, destiné au contrôle des composants. La face de la couche de support opposée à celle équipée des plages de test, présente un relief rentrant, complémentaire des bosselures saillantes. Les creux de ce relief peuvent éventuellement être comblés d'un matériau élastique tel que de 1 ' élastomère .
L'invention concerne un procédé de fabrication du sabot . Ce procédé comprend les étapes suivantes : a) la fonction dans un substrat de cavités formant un relief de forme correspondante ou complémentaire à un bossellement d'une couche de support devant être formée, b) la réalisation d'une couche de support d'une couche de matériau souple sur le substrat, de façon à conférer à la couche des bosselures correspondant au relief du substrat, et la séparation de la couche de support du substrat, c) la formation de plages de test en une partie sommitale des bosselures, par mise en forme d'une couche de métal . L'étape a) de formation de cavités peut être réalisée soit par gravure ou micro-usinage d'un substrat mono ou multicouches , soie par électroformage de motifs appropriés .
L'étape b) de réalisation de la couche de support peut être obtenue soit par moulage, soit par étalement de couche.
Les étapes du procédé peuvent être mises en œuvre dans l'ordre indiqué ci-dessus. Dans ce cas l'étape c) comprend le dépôt d'une couche métallique sur la couche de support, puis la gravure de cette couche par l'intermédiaire d'un masque fixant la taille et l'emplacement des plages de test.
L'étape c) peut également être réalisée avant la séparation de la couche de support du substrat. Selon une variante, l'étape c) peut également être exécutée avant l'étape b) . Dans ce cas, un métal est déposé sur le substrat servant de moule, puis gravé avant la formation de la couche de support.
La couche métallique peut être du type monocouche ou multicouche.
Pour obtenir des dépressions au sommet des bosselures on peut former sur le substrat constituant le moule, un relief saillant de petite dimension, correspondant à ces dépressions. Par exemple, avant l'étape b) on peut former au fond des cavités du substrat, de petits bossages. Ceux-ci définissent alors des dépressions au sommet des bosselures de la couche de support lors de son moulage .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés.
Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures
- La figure 1, est une coupe schématique simplifiée d'un sabot de test conforme à l'invention, sur lequel est appliqué un circuit électronique à contrôler . - La figure 2, est une vue en perspective d'un autre sabot de test conforme à l'invention. - Les figures 3 à 8 sont des coupes schématiques d'éléments illustrant un procédé de réalisation d'un sabot de test conforme à l'invention.
- Les figures 9 à 12 sont des coupes schématiques d'éléments illustrant une variante du procédé de réalisation d'un sabot de test conforme à 1' invention.
Description détaillée de modes de mise en œuyre de 1 ' invention
Dans la description qui suit des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont repérées avec les mêmes références. Cependant, pour des raisons de clarté des figures, les différentes parties ne sont pas représentées selon une échelle uniforme.
La figure 1 montre un sabot de test 10 comprenant une couche de support 12 équipée de plages de test 1 . Bien que l'on se réfère à une seule couche de support, il convient de préciser que celle-ci peut présenter une structure ulticouche ou tout au moins être composée de plusieurs sous-couches.
La couche de support présente une pluralité de bosselures 16 au sommet desquelles se trouvent respectivement les plages de test 14. Ces plages, en un matériau conducteur de l'électricité, de préférence un métal, se prolongent respectivement par une piste de conduction 18. Celle-ci s'étend entre les bosselures saillantes en s' éloignant de leur partie so mitale . La répartition spatiale des bosselures, de même que leurs espacements, sont dictés par la répartition et l'espacement de bornes d'entrée-sortie d'un type de circuit auquel est destiné le sabot. Il convient, là encore, de préciser que seul un très faible nombre de bosselures sont représentées sur les figures pour des raisons évidentes de clarté. Les sabots de l'invention peuvent présenter un grand nombre de bosselures en rapport avec le nombre de bornes d'entrée et de sortie des composants à contrôler.
Sur la figure 1, un circuit électronique à contrôler est repéré avec la référence numérique 20. Il présente des bornes d'entrée-sortie 22 garnies de billes de contact 24 en un matériau fusible. Lorsque le circuit est disposé sur le sabot 10, chaque bille de contact 24 vient respectivement se positionner sur une plage de test 14 d'une bosselure correspondante.
Un éventuel défaut de planéité du composant 20 ou une inhomogénéité de diamètre des billes de contact 24, peuvent faire qu'une ou plusieurs des billes de contact ne touchent pas la plage de test 14 qui leurs sont associées. Cette situation est représentée pour la bille de contact placée la plus à droite sur la figure 1. Le ou les matériaux utilisés pour la fabrication de la couche de support présentent une certaine souplesse ou élasticité. Ainsi, en exerçant une légère pression tendant à rapprocher le composant à contrôler du sabot, les billes déjà en contact avec les plages de test viennent écraser quelque peu les bosselures pour permettre aux billes de plus faible hauteur de venir également en contact avec les plages de test qui leur sont associées. On peut noter à ce sujet que la taille et en particulier la hauteur du relief de bossellement détermine la valeur maximale des inégalités qu'il est possible de compenser. A titre d'exemple, pour compenser une différence de hauteur des billes de +/- 5% par rapport à une hauteur moyenne, la hauteur de relief du bossellement est de préférence choisie égale à au moins 10% de la hauteur totale des billes.
La référence 30 désigne un circuit de test destiné à envoyer des impulsions ou des signaux de stimulation au composant à contrôler et à saisir la réponse du composant à ces signaux de façon à les comparer à une consigne, par exemple. Le circuit de test 30 peut être relié aux pistes de conduction 18 par l'intermédiaire de connexions par fil 32 (wire bonding) . Selon une autre possibilité, un circuit de test (non représenté) peut être relié temporairement aux pistes de conduction 18, par l'intermédiaire de pointes de test 3 .
La figure 2 montre un autre sabot de test en perspective .
On peut observer sur cette figure que les bosselures 16 présentent une forme de pyramide tronquée et portent en leur sommet les plages de test 14.
Les pistes conductrices 18, reliées aux plages de test s'étendent sur le fond de la couche de support 12, entre les bosselures, pour rejoindre des plages de contact 19. Celles-ci sont ménagées en périphérie sur la couche de support 12. Les plages de contact 19 sont prévues pour faciliter l'application de pointes de test ou pour faciliter une connexion vers un circuit de test tel que décrit précédemment .
La forme des bosselures peut être variable et adaptée à la distribution des bornes d'entrée et de sortie des circuits électroniques à contrôler. Par exemple, les bosselures en pyramide peuvent être remplacées par des bosselures de forme tronconique. De préférence cependant, les flancs des bosselures sont conçus pour présenter une pente ne formant pas d'angle aigu. L'avantage de cette caractéristique ressortira de la suite de la description qui indique un procédé de fabrication du sabot, et en particulier un procédé de fabrication par "moulage". La figure 3, montre une étape de préparation d'un "moule". Cette étape comprend la gravure d'un substrat 40, par exemple de silicium cristallin. Le micro-usinage du silicium s'avère en effet adapté à l'obtention de reliefs avec une très grande finesse. La gravure, par voie sèche ou humide, est une gravure classique connue des techniques de photolithographie et met en œuvre un masque de gravure (non représenté) . Le masque définit la forme et l'emplacement des éléments de relief que l'on veut obtenir. De façon avantageuse, on peut utiliser une solution de KOH (Hydroxyde de potassium) ou de TMAH (Tétraméthyl Ammonium Hydroxyde) comme agent de gravure. Une telle solution permet de mettre à profit les plans cristallins du silicium pour former dans le substrat 40 des dépressions 42 avec des flancs latéraux inclinés. Les dépressions 42 présentent, par exemple, un pas de l'ordre de 50 μm et une profondeur de l'ordre de 20 μm.
Après la gravure, le substrat 40 est recouvert d'une couche de titane 44 destinée à faciliter le décollement ultérieur de la couche de support qui y est mise en forme .
La figure 4 montre le dépôt d'une couche de métal 46, qui recouvre entièrement la face du substrat présentant les dépressions 42. Il s'agit par exemple d'une couche de cuivre d'une épaisseur de l'ordre de lμm. La couche de métal est ensuite gravée selon un motif de gravure également fixé par un masque (non représenté) . La gravure permet de former, comme le montre la figure 5, les futures plages de test 14 et les futures pistes de connexion 18, voire même les plages de contact .
Lorsque la densité de plages de test doit être très élevée, on peut remplacer la couche de cuivre par une structure multicouche incluant à la fois des couches diélectriques organiques polymères et des couches de métal .
La figure 6 montre la formation de la couche de support souple 12. Dans l'exemple décrit, cette étape comprend le dépôt conforme d'une couche de matériau polymérisable puis la polymérisation de cette couche, par exemple par cuisson. Le dépôt de la couche de matériau polymérisable peut avoir lieu par pulvérisation ou par centrifugation pour obtenir une couche qui épouse parfaitement la forme des cavités 42 et des plages de test 14. La couche 12 est, par exemple, en un matériau polymère du type polyimide et présente une épaisseur de l'ordre de 10 μm.
La figure 7 montre une étape consistant à détacher du substrat la couche de support 12 équipée des plages de test 14, des pistes conductrices 18 et des plages de contact. Une possibilité de mise en œuvre de cette étape consiste à plonger le substrat dans une solution d'acide fluorhydrique pour éliminer la couche de titane tout en préservant le cuivre des plages de test des pistes et des plages de contact ainsi que le moule en silicium.
La figure 8 montre une étape supplémentaire facultative consistant à garnir les plages de test de billes de contact 17 de matériau fusible. La formation de telles billes, bien connue en soi dans les techniques de flip-chip évoquées en début de texte, consiste pour l'essentiel à déposer des pavés de matériau fusible sur les plages de test et à les mettre en forme en chauffant le matériau fusible. Des forces de tension superficielles engendrées dans le matériau fondu permettent de lui conférer une forme sensiblement sphérique qui est figée lorsque le matériau se refroidit et se solidifie.
On entend par matériau fusible tout matériau susceptible d'être ainsi mis en forme et qui présente un point de fusion suffisamment bas pour ne pas altérer les autres parties de la structure. Il s'agit, par exemple, d'une soudure ou d'un alliage étain-plomb.
Les billes de matériau fusible 17 qui garnissent les plages de test peuvent aussi être remplacées par des dômes de polymère conducteur. Le sabot de test ainsi pourvu d'éminences conductrices sur les plages de test est destiné plus particulièrement au contrôle de composant dont les bornes d'entrée et de sortie seraient dépourvues de billes de contact . Les figures 9 à 12, examinées ci-après, illustrent une variante du procédé dans laquelle l'ordre des étapes est modifié.
Un substrat 40 tel que décrit en référence à la figure 3, est également utilisé pour la mise en forme du sabot de test. La figure 9 montre une étape préliminaire consistant à former au fond des cavités 42 de petits bossages 48 de forme sensiblement sphérique . Ces bossages sont formés selon une technique qui s'apparente à celle de la formation des billes de contact. On dépose au fond des cavités 42 de petits bossages métalliques 48 de matériau fusible. Il s'agit par exemple d'un alliage étain-plomb déposé, par exemple, par sérigraphie. Les bossages 48 sont ensuite soumis à un traitement thermique de refonte tel que décrit précédemment pour leur conférer une surface libre sensiblement sphérique. Enfin, une couche sacrificielle de titane 44, prévue pour le décollement ultérieur, est formée sur le substrat 40.
La figure 10 montre le moulage de la couche de support 12 et sa polymérisation. La couche de support 12 épouse la forme des cavités mais aussi celle des petits bossages métalliques 48. Ceux-ci permettront dans la suite du procédé de ménager de petites dépressions au sommet des bosselures 16. La figure 11 montre la formation des plages de test 14 et des pistes conductrices 18 sur la couche de support, après que celle-ci ait été décollée du substrat 40. Les plages de test et les pistes conductrices sont formées par métallisation de la face de la couche de support qui était en contact avec le substrat 40, puis par gravure du métal selon une technique de photolithographie. (Les plages de contact sont réalisées avantageusement en même temps) . On observe que les plages de test 14 présentent des dépressions 15 en leur sommet. Ces dépressions, dont le diamètre est dicté par le diamètre des bossages formés dans les cavités du substrat 40, peuvent être adaptées au diamètre de billes de contact qui garnissent les bornes d'entrée et de sortie des circuits électroniques à contrôler. Par exemple pour des billes de contact d'un diamètre de 200 μm, on peut réaliser des cavités (dépression en demi-sphère) dont le diamètre est de l'ordre de 110%, soit 220 μm.
La figure 12 montre une dernière étape lors de laquelle la couche de support souple 12, équipée des plages de test 14 et des pistes conductrices 18 est reportée sur un support rigide 30. Ce support peut être passif ou comporter éventuellement un circuit de test tel que décrit en référence à la figure 1. Le relief rentrant de la couche de support 12 sur sa face opposée aux plages de test est comblé par une couche d'élastomère 50. La couche d'élastomère qui sert également à fixer la couche de support souple sur le support rigide, peut être remplacée par une colle silicone ou tout autre matériau possédant une souplesse suffisante pour ne pas entraver la compensation des différences de hauteur des bornes d'entrée-sortie des composants et des billes qui les garnissent .
DOCUMENTS CITES ( 1 )
"Silicon Contact Technology for Flip Chip" de Salman Akram, Electronic Components and Technology Conférence, 1999 IEEE, pages 511 à 514.
( 2 )
"Socket Developments for CSP and FBGA Package" de Robert Crowley, Revue Chip Scale, May 1998, eMail Editor ,

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un sabot de test avec une couche de support (12) bosselée présentant une pluralité de bosselures (16) en relief saillant, les bosselures étant respectivement équipées en leur partie sommitale d'au moins une plage de test (14), conductrice, susceptible d'être mise en contact électrique avec une borne du composant, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) la formation dans un substrat (40) de cavités (42) formant un relief de forme correspondante ou complémentaire à un bossellement de la couche de support , b) la mise en forme de la couche de support sur le substrat, de façon à conférer à la couche des bosselures (16) correspondant aux cavités, et la séparation de la couche de support (12) du substrat, c) la formation des plages de test (14) par mise en forme d'une couche de métal.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes a) , b) et c) sont mises en œuvre dans l'ordre indiqué, l'étape c) comprenant le dépôt d'une couche métallique sur la couche de support (12), puis la gravure de cette couche par l'intermédiaire d'un masque fixant la taille et l'emplacement des plages de test (14) .
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape c) est réalisée avant l'étape b) , les plages de test (14) étant formées par dépôt de métal sur le substrat, et par gravure du métal par l'intermédiaire d'un masque de gravure fixant la taille et l'emplacement desdites plages.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape b) comporte le dépôt sur le substrat d'une couche de matériau polymérisable puis la polymérisation dudit matériau pour former la couche de support (12) .
5. Procédé selon la revendication 1, comprenant, avant l'étape b) , la formation de petits bossages (48) au fond des cavités (42) du substrat (40), les bossages (48) définissant des dépressions (15) au sommet des bosselures (16) de la couche de support (12) lors de son moulage.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation des petits bossages (48) au fond des cavités (42) comprend le dépôt au fond des cavités d'un matériau fusible puis un traitement thermique à une température suffisante pour permettre une mise en forme du matériau par refonte.
7. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la mise en place de la couche de support (12) sur un support rigide (30) .
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