Brevet FR2093948A1 — publié le 19720204

la présente invention concerne des procédés et des appareils pour découvrir des défauts d'ensembles électroniques et réparer ces derniers. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à l'examen et à la réparation d'ensembles électroni-5 ques comportant plusieurs dispositifs à semi-conducteurs à montage en parallèle. Le domaine de l'électronique à semi-conducteurs intégrés s'est développé jusqu'à atteindre une position de compromis entre des dispositifs à intégration sur une échelle extrê-1C mement grande et l'emploi de dispositifs actifs discrets. Cette position de compromis se manifeste dans les ensembles électroniques consistant en substrats portant des dessins d'interconnexion imprimés avec un certain nombre de petites plaquettes de circuits intégrés ,liées au trajet d'interconnexion. De tels 15 ensembles ont été décrits par E.D. Reed dans un article intitulé "Integrated Electronics", page 258 de ï?he Bell Laboratories Record , vol. 47, No. 8, septembre 1969. Ces ensembles électroniques ont des avantages par rapport à des unités intégrées à très grande échelle du fait que des 20 plaquettes de circuits intégrés séparées peuvent être remplacées si l'on a trouvé qu'elles sont défectueuses, sans qu'il soit nécessaire de rejeter tout l'ensemble. Il était cependant difficile de tirer profit de cette caractéristique désirable de cette forme d'ensemble électronique parce que dans bien des 25 cas, les plaquettes de circuits intégrés sont connectées tout au long de trajets d'interconnexion parallèles. Dans de tels agencements en parallèle , une plaquette de circuit intégré défectueuse entraînera le mauvais fonctionnement d'un ensemble tout entier. Ainsi, bien qu'il soit facile de déterminer qu'une 30 au moins des plaquettes d'un arrangement en parallèle est défectueuse, il n'est pas facile de déterminer celle qui l'est. Pour être en mesure de tirer profit de la capacité de réparation de ces ensembles électroniques, on doit pouvoir identifier les plaquettes défectueuses parmi celles qui composent le cir-35 cuit intégré individuel,dans le cas d'un tel incident. Dans des systèmes électriques plus habituels, il est possible d'identifier un élément défectueux d'un certain nombre 71 19477 2 2093948 d'éléments électriques reliés en parallèle, en branchant directement des appareils de mesure ou d'autres instruments de diagnostic aux ensembles séparés. Cependant, les systèmes qui N interviennent dans des montages électroniques intégrés sont 5 très petits, les dimensions de plaquettes de circuits intégrés étant de l'ordre de 0,15 cm de côté, et les trajets de circuit d'interconnexion étant des lignes imprimées d'une largeur de l'ordre de 0,001 cm .L'emploi de techniques de connexion d'appareils de mesure classiques dans de si petites construc-1C tions est impraticable. Même si l'on utilise de petites sondes pour la connexion des appareils de mesure, il est possible de causer un dommage irréparable aux délicates lignes imprimées. L'invention a donc.pour but de procurer un système d'examen ou de diagnostic pour identifier des semi-conducteurs 15 défectueux parmi un certain nombre de ces dispositifs reliés en parallèle. L'invention a pour but encore de procurer un système dans lequel des dispositifs à semi-conducteurs défectueux, qui sont montés en parallèle avec d'autres dispositifs à semi-20 conducteurs, peuvent être amenés à révéler une caractéristique qui leur est particulière, en sorte qu'on puisse les identifier facilement. Un autre but encore de l'invention est de provoquer une réaction particulière de ce genre d'une manière non destruc-25 trice. Ces buts de l'invention et d'autres sont atteints en utilisant une technique de diagnostic dans laquelle on impose un signal de caractéristique prédéterminée à un trajet d'interconnexion en parallèle sur lequel une défectuosité s'est 30 présentée et où. l'on dirige ensuite une source d'énergie perturbatrice sur chacun des dispositifs à semi-conducteurs qui sont reliés suivant le"schéma d'interconnexion en parallèle. Comme chacun des dispositifs est soumis successivement à l'énergie perturbatrice, on observe un changement de la caracté-35 ristique du signal sur le trajet d'interconnexion. Un dispositif à semi-conducteurs qui produit un changement qui ne ressemble pas à ceux qui sont associés à la majorité des dispositifs 2093948 à semi-conducteurs reliés entre eux, peut être identifié comme défectueux. On comprendra plus facilement d'autres buts et particularités de la présente invention à la lecture de la descrip-5 tion détaillée qui va suivre de formes de réalisation spécifiques de l:invention, en association avec la considération des dessins joints au présent mémoire, sur lesquels? - La figure 1 est une vue en plan d'un ensemble électronique auquel on peut appliquer l'invention s. pour effectuer 1C des réparations ; et - la figure 2 est une vue en perspective d'un appareil de diagnostic suivant l'invention. A titre d'exemple, on décrira la technique de diagnostic suivant l'invention, à propos de plaquettes de circuits 15 intégrés au silicium, montées en parallèle sur un substrat plat. On doit comprendre cependant que cette technique de diagnostic pourrait être utilisée aussi pour d'autres dispositifs à semi-conducteurs. De même, la technique sera utilisable dans des agencements de circuits à montage en parallèle» de configu-2C rations non planes. La figure 1 montre un ensemble électronique typique indiqué de façon générale par le numéro de référence 20, où la technique de diagnostic suivant l'invention se montre utilisable. Une compréhension détaillée de la nature d'un tel ensem-25 ble peut être acquise en se référant à un article intitulé "Assembling Beam-Lead Sealed-Junction Integrated-Circuit Packages" de M.P. Eleftherion dans le Western Electric Engineer, décembre 1967, pages 16-23. L'ensemble 20 comprend un substrat 22 et un certain nombre de dispositifs à semi-conducteurs ou 30 de plaquettes de circuits intégrés à conducteurs de connexion dits conducteurs-poutres, ces plaquettes 24 étant reliées suivant un schéma d'interconnexion métallique. Typiquement, il existe un certain nombre de trajets d'interconnexion, pour réaliser des fonctions telles que fournir de l'énergie, four-35 nir des impulsions de réglage dans le temps et de l'information aux entrées des plaquettes 24. A titre d'illustration, l'un de ces trajets en parallèle, celui qui sert à l'alimentation, 7'i 71 19477 4 2093948 est mis en évidence à la figure 1 et identifié par le numéro de référence 26. On peut concentrer son attention sur le trajet d'alimentation 26 en se rappelant que les problèmes relatifs au 5 circuit d'alimentation peuvent exister de même dans l'un quelconque d'autres trajets multiples en parallèle. Si, après essai final de l'ensemble électronique 20, il s'écoule une quantité anormale de courant dans le circuit d'alimentation 26, on peut supposer que l'une des plaquettes 24 du circuit intégré 10 ne fonctionne pas convenablement en ce qui concerne l'alimentation. La figure 2 montre un outil de diagnostic au moyen duquel on peut identifier celles des plaquettes 24 du circuit intégré qui sont défectueuses. Un ensemble positionneur classi-15 que 28 commandé par vis micrométrique est utilisé, pour porter l'ensemble électronique 20 sous une source 30 d'énergie ^radiante fortement directive. Cette source 30 peut avantageusement être constituée d'une lampe classique pour microscopes avec un filament de tungstène. Il est important, naturellement, de 20 n'admettre l'énergie radiante qu'à l'une des plaquettes 24 seulement.Ainsi, il est nécessaire de faire usage d'un système de lentilles qui concentreront l'énergie avec une précision suffisante pour réaliser l'isolement voulu. On a utilisé avec avantage, à cette fin, une lampe pour microscope pro-25 duite par l'American Optical Co., Rochester, N.Y. .Etats-Unis d'Amérique, du modèle 653. Un ensemble d'épreuves indiqué de façon générale par 32 est relié au trajet d'alimentation 26. L'ensemble d'épreuves comprend avantageusement un oscilloscope 34, un ensemble lec-30 teur digital 35 et des moyens pour produire, un signal de caractéristique prédéterminée que l'on peut observer sur l'oscilloscope et dont l'ensemble 35 donnera une lecture quantitative. Pour mettre en oeuvre le procédé de diagnostic suivant l'invention, l'opérateur établit le signal prédéterminé dans 35 le circuit 26. On utilise le positionneur 28 pour manipuler l'ensemble 20 de façon que l'une des plaquettes 24 se trouve directement dans le trajet de la source 30. L'énergie radiante 71 19477 5 2093948 venant de la source 30 "agite" alors la plaquette de silicium 24 en libérant les porteurs de charge libres dans la matière du semi-conducteur. Par conséquent, le signal qui émane du dispositif d'épreuve 32 est modifié. Un opérateur peut obser-5 ver le changement associé à l'application d'énergie radiante v à la plaquette 24 en regardant l'oscilloscope 34 et l'ensemble 35. Après que le changement ait été observé, on déplace le positionneur 28 de façon qu'une autre des plaquettes 24 soit amenée sous la source 30. Cette dernière plaquette 24 est éga-10 lement "agitée" par l'énergie radiante et le changement dans le signal, associé à l'introduction d'énergie radiante dans t/ cette plaquette, est également observé par l'opérateur. On procède ainsi pour chacune des plaquettes 24 jusqu'à ce qu'une des plaquettes produise un changement de signal qui 15 soit particulier ou qui ne ressemble pas aux changements produits par la majorité des plaquettes. On considère alors comme plaquette défectueuse la plaquette 24 qui produit le changement particulier. Comme variante de la lampe pour microscope, on peut uti-20 User un faisceau de fibres optiques (non montrées) dont lsextrémité libre est positionnée au-dessus de l'ensemble électronique . Il est souhaitable d'utiliser un faisceau de fibres optiques dont l'aire en section transversale ne soit pas supé-25 rieure aux dimensions dans le plan de la plaquette 24. Comme autre variante, on peut arranger un réseau compact de faisceaux de fibres optiques (non montré ), de telle façon que l'un des ensembles électroniques puisse être placé sous le réseau. Chacun des faisceaux peut être muni d'une 30 source indépendante d'énergie radiante. En programmant la commutation des sources, il est possible d'appliquer de l'énergie radiante à chacune des plaquettes successivement sans devoir déplacer l'ensemble électronique. La programmation de la commutation devra naturellement être en rapport avec l'emplacement 35 des plaquettes dans l'ensemble électronique. Une plaquette 24 défectueuse parmi les plaquettes, identifiée par l'un des procédés indiqués ci-dessus, peut être en 71 19477 6 2093948 levée en la grattant de la surface du substrat 22 et on peut la remplacer par une autre plaquette. Une telle technique de remplacement est décrite dans un article de J.E. Clark, R.C. Reinert et W.J. Valentine, intitulé "Method and Apparatus for 5 Removing Beam-Lead Devices from a Substrate ", Technical Digest of Western Electric Co., Inc., No.15, juillet1969» et dans un article de J.E. Clark intitulé "More about Beam-Lead Bonding" présentéau NEPCON West le 11 février 1970 à Anaheim, Californie, lors du Specialized Discussion Seminar 10 No.7. Il est intéressant d'observer que bien qu'une seule des plaquettes 24 puisse comprendre des centaines de dispositifs à semi-conducteurs actifs et puisse être arrangée de manières presqu'infiniment variées, la technique de diagnostic a de 15 grandes chances de réussir. Il n'est pas réellement nécessaire de savoir exactement quelle est la fonction de la plaquette de circuit intégré qui a été affectée par l'énergie radiante. Cette énergie radiante peut affacter certaines caractéristiques de capacité et produire aussi un changement de la forme 20 d'onde du signal d'épreuve ; l'énergie peut provoquer certains changements de la conductivité et de la résistivJLté et elle peut changer la quantité de courant qui s'écoule à travers la plaquette, ou bien cette énergie peut provoquer certains changements combinés des caractéristiques du signal. 25 Un opérateur qui procède au diagnostic ne doit pas ce pendant s'occuper de la nature exacte du changement ou des relations de cause à effet entre l'énergie radiante et le changement. Il doit voir simplement que l'une des plaquettes a produit un changement différent de celui que produisent la plu-30 part des autres plaquettes. Ce petit élément d'information suffit à identifier la plaquette différente comme défectueuse. Donc, en enlevant cette plaquette ainsi identifiée, on a de grandes chances de supprimer le défaut qui existe dans l'ensemble . 35 Dans l'ensemble montré à la figure 1, les plaquettes du circuit intégré sont placées avec leurs faces actives dirigées contre le substrat 22. En fait, les plaquettes pour circuits 71 15kll 7 2093948 intégrés sont planes et possèdent des dispositifs actifs tels que des transistors et des diodes, formés par diffusion dans l'une des surfaces, dite ordinairement face active de la plaquette. le silicium des plaquettes de circuits intégrés est 5 habituellement d'une épaisseur notablement supérieure à celle qui est nécessaire pour recevoir les dispositifs actifs, et la face de la plaquette opposée à la face active est écartée de celle-ci de l'épaisseur du silicium. La face active s'étend dans le silicium jusqu'à environ 0,0025 cm ,tandis que l'épais-10 seur totale de la plaquette est d'environ 0,012 cm. Lorsque les plaquettes 24 sont liées avec leurs faces actives vers le substrat, il est nécessaire d'utiliser de l'énergie radiante venant de la source 30, qui pénétrera le silicium de la plaquette et atteindra les parties actives de 15 la plaquette 20, en sorte que ces parties actives puissent être "agitées" comme on le désire. Il sera donc désirable d'utiliser une source d'énergie infrarouge parce que l'infrarouge pénétrera le silicium sur une épaisseur sensible. Une source de lumière à filament de tungstène produira de l'énergie de longueur d'on-20 de convenable pour être transmise à travers la masse de silicium de la plaquette pour être absorbée dans les régions actives de celle-ci en sorte d'y créer la perturbation voulue. Bien que l'on ait montré aux dessins, et décrit, certaines formes particulières, des changements sont possibles 25 sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, alors que l'appareil de la figure 2 utilise de l'énergie radiante pour provoquer une perturbation intentionnelle dans chacun des dispositifs à semi-conducteurs qui se succèdent, il est important de remarquer que l'invention ne se limite pas à l'utili-30 sation d'énergie radiante. Une qualité plus fondamentale de l'invention réside dans le fait que les dispositifs à semiconducteurs sont perturbés successivement par transfert d'énergie à partir d'une source, par un phénomène qui n'exige pas d'agent de transmission substantiel. Par exemple, il est possi-35 ble d'introduire de l'énergie par couplage dynamique, capacitif ou inductif , d'une source d'énergie aux dispositifs à semiconducteurs successifs. En d'autres termes, bien des formes de 71 19477 8 2093948 phénomène de transport d'énergie ondulatoire réaliseraient la perturbation voulue. Un couplage dynamique capacitif utiliserait un champ électrique ; un couplage dynamique inductif utiliserait un champ magnétique. 5 On remarquera qu'aucun de's systèmes de transfert d'éner gie suivant l'invention n'exige un agent de transmission substantiel, tel qu'un conducteur métallique, ou même une atmosphère gazeuse, les systèmes fonctionneront naturellement en présence de gaz ou de matières analogues, m?is la présence d'un 10 agent de transmission comportant une substance n'est pas essentielle pour le fonctionnement. 71 19477 9 2093948 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour distinguer des dispositifs à semiconducteurs dissemblables parmi un ensemble de dispositifs à semi-conducteurs en apparence semblables, branchés en parallè-5 le sur des conducteurs, suivant lequel on impose un signal de caractéristiques prédéterminées aux dispositifs à semiconducteurs , et dans lequel jn détecte les caractéristiques du signal produit par chacun des dispositifs, caractérisé en ce qu'on impose le signal de caractéristiques prédéterminées aux 10 conducteurs du montage en parallèle, en ce que l'on transfère à partir d'une source l'énergie perturbatrice, successivement à chacun des dispositifs à semi-eondLicteurs par un phénomène qui n'exige pas la présence d'un agent de transmission, substantiel, en ce qu'on détecte les changements des caractéristi-15 ques du signal, associés à l'absorption de l'énergie perturbatrice par chacun des dispositifs à semi-conducteurs, et en ce qu'on détecte des dissemblances des changements des caractéristiques du signal, produites par divers dispositifss pour établir ainsi une distinction entre eux. 20 2.- Procédé suivant la revendication 1s caractérisé en ce que l'énergie perturbatrice est de l'énergie radiante. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie perturbatrice est transférée par un champ électrique. 25 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie perturbatrice est transférée par un champ magnétique. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4, caractérisé en ce qu'on identifie comme défectueux 30 les dispositifs à semi-conducteure qui produisent un changement des caractéristiques du signal, changement qui diffère de celui qui est associé à l'absorption d'énergie radiante par la majorité des dispositifs à semi-conducteurs. 6.- Procédé suivant une quelconque des revendications 35 1 et 5, caractérisé en ce que l'énergie radiante est celle d'un rayonnement infrarouge. 7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en 71 19477 10 2093948 ce que les dispositifs à semi-conducteurs sont des dispositifs plans en silicium ayant une face active et une face inactive» et en ce que l'énergie radiante du spectre infrarouge est introduite par le passage initial de celle-ci à travers la face 5 inactive. 8.- Appareil pour découvrir un ensemble défectueux parmi plusieurs dispositifs à semi-conducteurs montés en parallèle sur des conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour imposer un signal de caractéristique prédéterminée 10 aux conducteurs du montage en parallèle, des moyens pour diriger une source d'énergie radiante sur chacun des dispositifs à semi-conducteurs successivement, et des moyens pour détecter des changements de la caractéristique du signal, associés à l'absorption d^i'énergie radiante par chacun des dispositifs 15 à semi-conducteurs pour aider à identifier comme défectueux les dispositifs à semi-conducteurs qui produisent un changement de la caractéristique du signal, différent du changement associé à l'absorption d'énergie radiante par la majorité des dispositifs à semi-conducteurs 20 9.- Appareil suivant la rave^ulicatioii 8, caractérisé en ce que les moyens pour diriger l'énergie radiante comprennent un positionneur entraîné par un micromètre,les dispositifs à semi-conducteurs étant montés de façon précise par rapport à la s ource. 25 10.- Appareil suivant une quelconque des revendications 8 et 9» caractérisé en ce que l'énergie radiante est celle d'un rayonnement infrarouge. 11.- Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les dispositifs à semi-conducteurs sont des dis-30 positifs plans ayant une face active et une face inactive, et en ce que la source d'énergie radiante infrarouge est montée de façon à introduire de l'énergie initialement à travers la face inactive.