FR2904727A1

FR2904727A1 - Procede de decoupe d'elements electroniques appartenant a une plaque semi-conductrice

Info

Publication number: FR2904727A1
Application number: FR0653278A
Authority: FR
Inventors: Dominique Bocquene; Pierre Tauzinat
Original assignee: Microcomposants de Haute Securite SAS MHS
Current assignee: Microcomposants de Haute Securite SAS MHS
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-08
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: WO2008015368A3; FR2904727B1; WO2008015368A2

Abstract

L'invention concerne un procédé de découpe d'éléments électroniques dans lequel on réalise une plaque (1) semi-conductrice comportant plusieurs éléments électroniques (1.1-1.N). On sélectionne ensuite un sous-ensemble d'éléments (1.7, 1.8) de la plaque (1), chaque élément (1.7, 7.8) de ce sous-ensemble comportant les caractéristiques les plus proches de caractéristiques recherchées pour une application donnée. On découpe ensuite les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble sans endommager l'environnement de ces éléments, et on récupère les éléments découpés (1.7, 1.8) du sous-ensemble.

Description

Procédé de découpe d'éléments électroniques appartenant à une plaque semi-conductrice.

L'invention concerne un procédé de découpe d'éléments électroniques appartenant à une plaque semi-conductrice. L'invention a notamment pour but de réaliser une découpe sélective de ces éléments électroniques. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la fabrication de ces éléments électroniques qui peuvent être notamment des circuits intégrés, des diodes ou des portes logiques.

Actuellement, plusieurs éléments électroniques sont réalisés simultanément sur une même plaque semi-conductrice. Cette plaque peut être notamment en silicium, en Arséniure de Gallium (AsGa), en Phosphure d'Indium (InP), en Carbure de Silicium (SiC), en Phosphure de Gallium (GaP) éventuellement présent sur une couche de saphir, ou en Nitrure de Gallium (GaN) éventuellement présent sur une couche de saphir.

Pour récupérer ces éléments électroniques, on procède normalement à une découpe à l'aide d'une scie qui suit les lignes de découpe s'étendant sur toute la longueur de la plaque. Tous les éléments de la plaque sont ainsi individualisés simultanément, et on récupère un ensemble d'éléments électroniques, en vrac. Cette découpe à la scie peut éventuellement être complétée par une découpe au laser, dans le cas où la découpe à la scie n'est que partielle.

Toutefois, les éléments électroniques de la plaque peuvent être de type divers et posséder des fonctions différentes. En outre, des éléments d'un même type réalisés sur une même plaque n'ont pas tous les mêmes caractéristiques, en raison notamment de leur positionnement sur la plaque, les éléments positionnés au centre ou sur les cotés de la plaque ayant par exemple des consommations différentes.

Or dans certaines applications, seuls des éléments électroniques comportant des caractéristiques particulières peuvent vouloir être utilisés. Or, seuls certains éléments de la plaque comportent ces caractéristiques attendues. En outre, pour répondre à une commande, il peut être utile de ne découper qu'un nombre très limité d'éléments de la plaque. L'invention se propose de résoudre le problème original de la récupération d'un ou plusieurs éléments électroniques particuliers, préalablement sélectionnés, à partir d'une plaque comportant une pluralité d'éléments électroniques, éventuellement de types divers. L'invention se propose de réaliser cette récupération sans dégrader l'environnement des éléments électroniques à récupérer, c'est-à-dire sans dégrader les autres éléments qui se trouvent autour.

A cette fin, on sélectionne un sous-ensemble d'éléments de la plaque. Ce sous-ensemble comporte le ou les éléments d'intérêt pour une application donnée, c'est-à-dire le ou les éléments possédant les caractéristiques les plus proches de celles recherchées pour l'application envisagée.

La sélection des éléments du sous-ensemble peut être réalisée en mesurant les caractéristiques des éléments de la plaque et en les comparant avec les caractéristiques recherchées. La sélection des éléments du sousensemble peut également être réalisée en fonction d'une cartographie connue des éléments dans la plaque, la position des éléments remplissant une fonction donnée ou possédant des caractéristiques spécifiques étant connue a priori.

Ensuite, on découpe les éléments du sous-ensemble sélectionné. A cet effet, dans une réalisation, on utilise un laser de type femtoseconde dont le rayon suit le contour de l'élément à récupérer. Le laser femtoseconde génère peu de contrainte et peu de pollution par la matière ablatée. En conséquence, les poussières générées par la découpe peuvent être éliminées par nettoyage simple. Toutefois, le laser femtoseconde n'est pas fait pour enlever de grands volumes de matière. En conséquence, pour découper la plaque dans son épaisseur qui est en général de l'ordre de 300 micromètres, on réalise des passages multiples du laser autour du ou des éléments sélectionnés.

Pour déplacer le laser autour du ou des éléments à découper, on utilise un laser immobile en combinaison avec une table XY, la plaque étant déplacée à l'aide de la table par rapport au faisceau laser immobile. En variante, on peut bien sûr utiliser un laser mobile et une table immobile.

Comme la plaque est positionnée sur un support comportant un film collant en PVC, une dernière étape du procédé consiste à décoller le ou les éléments électroniques découpés par étirement local du film. L'invention concerne donc un procédé de découpe d'éléments électroniques appartenant à une plaque semi-conductrice caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison, les étapes suivantes :

- réaliser une plaque semi-conductrice d'éléments électroniques comportant plusieurs éléments électroniques, chaque élément électronique possédant des caractéristiques propres, ces éléments électroniques étant réalisés simultanément sur la plaque et positionnés de manière adjacente les uns à côté des autres à l'intérieur de la plaque,

- les éléments électroniques étant séparés entre eux par des lignes de découpe, ces lignes de découpe décrivant le chemin à suivre pour découper les éléments électroniques sans endommager l'environnement de ces éléments,

- sélectionner un sous-ensemble d'éléments électroniques de la plaque, chaque élément de ce sous-ensemble comportant les caractéristiques les plus proches de caractéristiques recherchées pour une application donnée,

- découper les éléments du sous-ensemble en suivant un chemin de découpe de ces éléments à l'aide d'un instrument de découpe, le chemin de découpe étant formé par les lignes de découpe qui suivent le contour de chaque élément du sous-ensemble, et

- récupérer les éléments découpés du sous-ensemble.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif et nullement limitatif de l'invention. Ces figures montrent : - figure 1 : une représentation schématique d'une étape du procédé selon l'invention dans laquelle on mesure les différentes caractéristiques de circuits intégrés d'une plaque ;

- figure 2 : une représentation schématique d'une étape du procédé selon l'invention dans laquelle on découpe des circuits intégrés préalablement sélectionnés ;

- figure 3 : une représentation schématique d'une étape du procédé selon l'invention dans laquelle on décolle les circuits découpés du film sur lequel ils ont été positionnés.

La figure 1 montre une plaque 1 semi-conductrice qui comporte plusieurs circuits intégrés 1.1 -1.N reliés entre eux. Les circuits 1.1 -1.N ont été réalisés simultanément sur la plaque 1 par des opérations classiques de photo-litographie. Les circuits 1.1 -1.N sont positionnés de manière adjacente les uns à côté des autres à l'intérieur de la plaque et sont séparés entre eux par l'intermédiaire de lignes 2 de découpe.

Ces lignes 2 de découpe ont été réalisées dans la plaque 1 au moment de la fabrication des circuits intégrés 1.1 -1.N. Ces lignes 2 forment un véritable tableau, chaque case de ce tableau étant un circuit intégré. Ces lignes 2 de découpe décrivent le chemin à suivre pour découper les circuits intégrés sans endommager l'environnement (les autres circuits) entourant chaque circuit à découper. La plaque 1 est positionnée sur un film 6 PVC collant qui est coincé et étiré à l'aide d'anneaux 7 de maintien de film. La plaque 1 est centrée au milieu des anneaux 7 et posée contre le film 6, afin de maintenir immobile les circuits 1.1 -1.N lors des opérations de découpe.

Le film 6 possède une force de collage inférieure à celle des films classiquement utilisés pour la découpe simultanée de l'ensemble des circuits d'une plaque. Ainsi, dans un exemple, la force de collage du film de l'invention est comprise entre 20 et 150 g/25mm (sur silicium, 24hrs après application) alors que la force de collage des films classiquement utilisés est comprise entre 20 et 700 g/25 mm. Cette force de collage est variable et adaptée à la taille des circuits. En effet, la force de collage est plus importante pour les circuits de petite taille que pour ceux de grande taille.

Tous les circuits 1.1 -1.N sont testés individuellement à l'aide d'un appareil 9 de mesure. A cet effet, des électrodes 10.1 , 10.2 de cet appareil 9 sont connectées sur les plots (non représentés) des circuits intégrés. Ces électrodes 10.1 , 10.2 mesurent notamment des tensions de sortie des circuits en fonction de tensions d'entrée appliquées en entrée de ces circuits. Ces mesures permettent de déterminer les caractéristiques de chacun des circuits, c'est-à-dire leur consommation, leur temps de réponse, leur stabilité, les valeurs des tensions d'entrée à partir desquelles les sorties commutent... Une fois que les caractéristiques de tous les circuits 1.1-1.N ont été mesurées, on les compare avec celles recherchés pour une application donnée. On compare ainsi par exemple des caractéristiques de temps de réponse des circuits 1.1-1.N de la plaque avec les valeurs de temps de réponse recherchées pour l'application envisagée. Puis on sélectionne un sous-ensemble de circuits comportant les circuits 1.7, 1.8 possédant les caractéristiques les plus proches de celles recherchées. Dans certaines mises en œuvre, ce sous-ensemble ne comporte qu'un seul circuit intégré.

En variante, la sélection du sous-ensemble est réalisée par rapport à une cartographie des circuits intégrés 1.1-1.N. Cette cartographie indique les caractéristiques particulières de chacun des circuits et/ou leur fonction spécifique en fonction de leur position à l'intérieur de la plaque.

Ainsi, on peut connaître par avance les circuits d'intérêt en fonction de leur position sur la plaque. Par exemple, on connaît d'avance la différence de consommation entre un circuit positionné vers le centre de la plaque et un circuit positionné sur les côtés de la plaque. Dans ce cas, on mesure la position des circuits sur la plaque 1 et la sélection des circuits 1.7, 1.8 à récupérer est réalisée en fonction de leur position sur cette plaque 1. Dans ce cas, les caractéristiques des circuits 1.1-1.N sont connues a priori en fonction de leur position dans la plaque 1. En variante, on réalise plusieurs circuits 1.1 -1.N remplissant des fonctions logiques différentes dans une même plaque 1. Comme on connaît par avance la répartition des différents circuits 1.1-1.N sur la plaque 1 , on sélectionne le sous-ensemble de circuits 1.7, 1.8 possédant les fonctions désirées pour l'application envisagée. Autrement dit, dans ce cas, on mesure les positions de tous les circuits 1.1 -1.N de la plaque 1 et on sélectionne les circuits 1.7, 1.8 du sous-ensemble remplissant une fonction particulière en fonction de la position sur la plaque 1 des circuits. Dans ce cas, la répartition des circuits est connue a priori en fonction de leur position dans la plaque 1.

Les critères de choix des circuits 1.7, 1.8 du sous-ensemble (caractéristiques mesurées ou déterminées en fonction de la position du circuit sur la plaque, sélection de circuits remplissant une fonction déterminée) peuvent bien sûr être combinés entre eux.

Une fois le sous-ensemble de circuits 1.7, 1.8 sélectionné, on positionne la plaque 1 , le film 6 et les anneaux 7 sur une table 13 mobile dite table XY, comme montré à la figure 2.

Cette table 13 comporte deux moteurs 14 et 15 aptes à déplacer la table respectivement selon une direction X et une direction Y perpendiculaires l'une par rapport à l'autre. A cette fin, chaque moteur 14, 15 est relié à une tige 16, 17 hélicoïdale elle-même reliée à la table 13. Suivant le sens de rotation du moteur, la tige 16, 17 tire ou pousse 18, 19 la table dans une direction X ou Y. Les moteurs 14 et 15 utilisés sont de préférence des moteurs pas à pas assurant un positionnement de la table 13 avec une précision de l'ordre de plus ou moins 3 micromètres.

Par ailleurs, un laser 23 de type femtoseconde est positionné au dessus de cette table. Ce laser 23 est mobile 24 selon une direction Z perpendiculaire au plan de la table 13. En variante, le laser 23 est immobile. Ce laser 23 émet un rayon dont la longueur d'onde est comprise entre 0.1 et 1.1 micromètres. La source de ce laser est de préférence de type Yb:KGW ou encore titane/saphir, sa durée de pulsation de l'ordre de 200fs, sa fréquence de pulsation de l'ordre de quelques kHz, son énergie par pulsation de l'ordre du watt.

Les moteurs 14 et 15 et le laser 23 sont pilotés par un ordinateur 25 auquel ils sont reliés électriquement par des liaisons filaires 28-30. L'ordinateur 25 joue un rôle d'interface avec l'utilisateur. L'ordinateur 25 comporte un microprocesseur 31 , une mémoire de données 32 et une mémoire 33 de programmes reliés entre eux par un bus 34.

Un programme 33.1 de sélection de circuit permet d'acquérir le sousensemble de circuits 1.7, 1.8 sélectionnés par l'utilisateur. Les données relatives aux circuits sélectionnés 1.7, 1.8 sont stockées dans un emplacement mémoire 32.1 de l'ordinateur. Une fois les circuits 1.7, 1.8 sélectionnés, un programme 33.2 assure le déplacement de la table 13 dans une position initiale, de sorte que le laser 23 se situe à l'aplomb du chemin 39 de découpe des circuits 1.7, 1.8 du sous-ensemble. Ce chemin 39 de découpe représenté en trait épais est formé par les lignes 2 de découpe qui décrivent le contour des circuits intégrés 1.7, 1.8 du sous-ensemble sélectionné.

A cette fin, les chemins de découpe 39 de tous les circuits 1.1 -1.N sont stockés dans un emplacement 32.2 mémoire de l'ordinateur 25. Ainsi, lorsque l'utilisateur sélectionne un sous-ensemble de circuits à découper, une correspondance est réalisée dans une table entre les circuits sélectionnés 1.7, 1.8 et le chemin 39 de découpe à suivre. La position initiale à l'aplomb du chemin de découpe peut alors être calculée dès que l'utilisateur a sélectionné le ou les circuits 1.7, 1.8 à découper.

Un programme 33.3 assure ensuite une activation du laser 23 et un déplacement de la table 13. Plus précisément, le programme 33.3 assure un déplacement de la table 13, de sorte que le laser 23 suive le chemin 39 de découpe des circuits 1.7, 1.8 du sous-ensemble sélectionné. Comme le laser 23 femtoseconde retire peu de matière à chaque passage, le laser 23 passe plusieurs fois dans le chemin 39 de découpe afin de désolidariser les circuits 1.7, 1.8. L'intensité du laser 23 peut être modifiée à chaque passage du laser dans le chemin 39 de découpe, en montant ou en descendant le laser 23 par rapport à la plaque 1 suivant l'axe z.

En variante, la table 13 est immobile tandis que le laser 23 est mobile.

Une fois que les circuits sélectionnés 1.7, 1.8 sont désolidarisés de la plaque 1 , on les décolle du film 6 en PVC.

A cet effet, on expose le film 6 à un rayonnement UV (si il est photosensible) afin de modifier localement ses propriétés de collage et le rendre moins collant dans les zones où se situent les circuits découpés.

En effet, les rayons UV passent dans les ouvertures créées par le laser 23 dans la plaque 1 , autour des circuits découpés. Les rayons UV diminuent ainsi la force de collage du film 6 dans les zones où se situent les circuits intégrés découpés.

On étire ensuite localement le film PVC sous les circuits intégrés 1.7, 1.8 découpés. A cet effet, on positionne les zones du film 6 sur lesquelles sont plaqués les circuits découpés sur une protubérance, tel qu'un pic de petite taille, qui tire sur le film. On récupère ensuite les circuits 1.7, 1.8 découpés à l'aide d'une micro-pipette à vide qui aspire les circuits.

Après avoir été récupérés, les circuits sont placés dans des casiers en attendant l'assemblage final en boîtier. A cet effet, des équipements automatisés assurent leur préhension et les déposent dans les casiers. En variante, la découpe de circuits intégrés est remplacée par la découpe de diodes de type LED par exemple, ou de portes logiques réalisées sur une même plaque semi-conductrice.

En variante, l'instrument de découpe pourrait être un laser d'un autre type ou même une scie. L'invention s'étend également à l'élément électronique obtenu par le procédé décrit ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé de découpe d'éléments électroniques appartenant à une plaque semi-conductrice caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison, les étapes suivantes :

- réaliser une plaque (1 ) semi-conductrice d'éléments électroniques comportant plusieurs éléments électroniques (1.1-1.N), chaque élément électronique possédant des caractéristiques propres, ces éléments électroniques (1.1 -1.N) étant réalisés simultanément sur la plaque (1 ) et positionnés de manière adjacente les uns à côté des autres à l'intérieur de la plaque (1 ),

- les éléments électroniques (1.1 -1.N) étant séparés entre eux par des lignes (2) de découpe, ces lignes (2) de découpe décrivant le chemin à suivre pour découper les éléments électroniques (1.1 -1.N) sans endommager l'environnement de ces éléments,

- sélectionner un sous-ensemble d'éléments électroniques (1.7, 1.8) de la plaque, chaque élément (1.7, 7.8) de ce sous-ensemble comportant les caractéristiques les plus proches de caractéristiques recherchées pour une application donnée, - découper les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble en suivant un chemin de découpe (39) de ces éléments à l'aide d'un instrument de découpe (23), le chemin de découpe (39) étant formé par les lignes (2) de découpe qui suivent le contour de chaque élément (1.7, 1.8) du sousensemble, et - récupérer les éléments découpés (1.7, 1.8) du sous-ensemble.
2 - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, pour découper les éléments électroniques (1.7, 1.8) du sous-ensemble, il comporte les étapes suivantes :

- positionner la plaque (1 ) d'éléments électroniques (1.1-1.N) sur une table (13), l'instrument (23) étant positionné au dessus de cette table (13), l'instrument (23) et la table (13) étant mobiles l'un par rapport à l'autre,

- déplacer l'instrument (23) et la table (13) l'un par rapport à l'autre, de sorte que l'instrument (23) se situe à l'aplomb du chemin de découpe (39) des éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble, et - découper les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble en déplaçant la table (13) et l'instrument (23) l'un par rapport à l'autre, de sorte que l'instrument suive le chemin de découpe des éléments du sous-ensemble.
3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - la table (13) est une table de type XY apte à se déplacer selon deux directions (X et Y) perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, et

- l'instrument (23) positionné au dessus de la table (13) est mobile selon une position (Z) perpendiculaire au plan de la table (13).
4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :

- l'instrument de découpe (23) est un laser de type femtoseconde,

- la découpe des éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble étant réalisée par passage multiple du rayon de ce laser (23) dans le chemin de découpe de ces éléments (1.7, 1.8).
5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que :

- le laser (23) émet un rayon dont la longueur d'onde est comprise entre 0.1 et 1.1 micromètres, la source de ce laser est de préférence de type Yb:KGW ou encore titane/saphir, sa durée de pulsation de l'ordre de 200fs, sa fréquence de pulsation de l'ordre de quelques kHz, et son énergie par pulsation de l'ordre du watt.
6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour sélectionner les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble, il comporte les étapes suivantes :

- mesurer les caractéristiques de tous les éléments (1.1 -1.N) de la plaque, telles que la consommation ou le temps de réponse, et

- sélectionner les éléments (1.7, 1.8) possédant les caractéristiques les plus proches de celles attendues pour l'application envisagée.
7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour sélectionner les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble, il comporte les étapes suivantes :

- sélectionner les éléments (1.7, 1.8) à partir d'une cartographie des éléments connue a priori, cette cartographie indiquant les caractéristiques particulières de chacun des éléments et/ou leur fonction en fonction de leur position à l'intérieur de la plaque (1 ). 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour sélectionner les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble, il comporte les étapes suivantes :

- mesurer les positions de tous les éléments (1.1 -1.N) de la plaque, et - sélectionner les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble en fonction de la position sur la plaque (1 ) des éléments, les caractéristiques des éléments étant connues a priori en fonction de leur position dans la plaque (1 ).

9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour sélectionner les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble, des éléments remplissant des fonctions logiques différentes ayant été réalisés dans la plaque (1 ), il comporte les étapes suivantes :

- mesurer les positions de tous les éléments (1.1 -1.N) de la plaque, et

- sélectionner les éléments (1.7, 1.8) du sous-ensemble remplissant une fonction particulière en fonction de la position sur la plaque (1 ) de ces éléments, la répartition des éléments étant connue a priori en fonction de leur position dans la plaque (1 ).

10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, pour récupérer les éléments (1.7, 1.8) découpés du sous-ensemble,

- la plaque (1 ) ayant été positionnée sur un film (6) collant photosensible pour immobiliser les éléments (1.1 -1.N) de la plaque lors des opérations de découpe, il comporte l'une des étapes suivantes :

- exposer le film (6) à un rayonnement UV pour le rendre moins collant dans les zones où se situent les circuits découpés,

- étirer localement le film PVC sous les circuits intégrés 1.7, 1.8 à décoller en positionnant les zones du film sur lesquelles sont plaquée les circuits découpés sur une protubérance qui tire sur le film, et

- récupérer les circuits découpés à l'aide d'une micro-pipette.

11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que :

- la force de collage du film est comprise entre 20 et 150 g/25mm. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que :

- les éléments électroniques (1.1-1.N) sont des circuits intégrés ou des diodes.

13 - Elément électronique obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 12.