Brevet FR2064181A1 — publié le 19710716

La présente invention concerne la fabrication de dispositifs à circuit intégré à micropoutres et, en particulier la manipu-lation de ces dispositifs en Tue de procéder à des tefcts et à des liaisons. 5 Après leur fabrication et leur séparation par attaque chimique, les dispositifs à micrqpoutres sont habituellement reçus dans un poste d'essai disposé dans de la cire sur un disque en saphir, les micrqpoutres étant agencées en un réseau X-Z et les dispositifs ayant un écartement fixe de centre-à-centre « Chaque dispo-10 sitif est vérifié électriquement, puis il est acheminé vers un endroit où il est stocké ou bien où on le garde en attendant de procéder à des liaisons, ou bien il est éliminé s'il est jugé non satisfaisant. Il a déjà été proposé, de nombreux systèmes pour facili-15 ter la maiipulation des dispositifs à ce stade» Le temps de manipula-tion et la ritesse de production des dispositifs sont cependant restés non satisfaisants à ce stade. Un problème réside dans le fait que les systèmes connus nécessitent généralement que le dispositif soit transporté de sa cire de montage Yers un porteur avant d'être 20 vérifié, puis vers un poste d'essai. L'alignement des dispositifs est souvent dérangé, et pour éviter d'obtenir des résultats d'essai incorrects, il est nécessaire de réaligner chaque dispositif avant de procéder à son essai. Dans d'autres cas, on tente d'effectuer un contre-essai électrique des dispositifs au moyen de sondes 25 à aiguilles pendant qu'ils sont encore disposés dans la cire. Trop fréquemment, toutefois, les aiguilles amènent les micropoutres à fléchir latéralement et détruisent les tolérances étroites nécessaires pour effectuer les liaisons ultérieures. Un autre problème dans de nombreux systèmes réside dans le 30 fait que les outils de préhension ne sont pas suffisamment universels pour procéder aux essais et aux liaisons en une seule phase avec un positionnement sûr et précis du dispositif à chaque stade. Certains outils, de préhension commodes actuels, par exemple, ne peuvent assurer la liaison d'un dispositif sur un support et ne peu-35 vent lier les pointes que si le support est porté à température élevée. Aussi l'invention a-t-elle pour objectif de réduire le temps et le coût requis pour vérifier les dispositifs à micropoutres, accroître le rendement de fabrication des dispositifs à micropoutres au stade de la vérification et de la liaison9 éliminer 70 36093 2 2064181 la nécessité d'aligner les dispositifs individuels avant de les amener en contact avec un organe d'essai et même avant de les lier dans un support de circuit, protéger mieux les micro-poutres pendant les stades de vérification et de liaison, et éliminer les 5 opérations de préhension séparées pour procéder aux vérifications et aux liaisons. Confoimément à l'invention, chaque dispositif est pris de sa position correcte sur un disque de saphir ciré par un outil de manipulation qui utilise une combinaison de forces de dépression 10 et de liaison pour fixer le dispositif. L'outil est alors aiguillé par des mécanianes ds positicnnonent de précision vers un organe d'essai approprié, puis vers un support sur lequel il est lié, ou vers un poste de rejet où un jet d'air évacue le dispositif. Dans une forme d e réalisation partieulière, l'butiL de préhension est 15 une clavette à quatre faces, chauffée par impulsions thermiques et constituée de carbure de titane. La clavette vient en contact avec tous les conducteurs à micropoutres et délimite une chambre intérieure propre à recevoir le corps de silicium du dispositif. L'aspiration d'air s'exerce dans cette chambre. Lorsqu'un dispositif 20 doit être rejeté, une impulsion d'air sous pression est appliquée à la chambre afin de libérer le dispositif. On utilise une cire de montage qui est liquide dans la gamme de températures allant de 100 à 300 degrés centigrades. L'impulsion de chauffage est un courant alternatif de- l'ordre de 100 25 ampères appliqué pendant une seconde environ, ce qui porte la tête à une température de crête de 950 degrés centigrades environ. La température de crête du dispositif n'est cependant que de 300 degrés centigrades environ. En fonctionnement, le disque de saphir portant le disposi-30 tif est placé en alignement, par procédé optique par exemple, par rapport à un déplacement présélectionné particulier de la tête. Le disque est plus particulièrement aligné en sorte d'amener les mi-cropautres dans les mènes directions que les bords de préhension de la tète. Celle-ci est alors dirigée vers une position au-dessus d'un 35 des dispositifs, et abaisséeafin d'amener ses bords en contact avec les micropautres sous une force prédéterminée dirigée vers le bas. Une impulsion de courant est appliquée à la tête, celle-ci s'échauffe et fond la cire située en dessous et autour du dispositif en question, et les conducteurs se trouvent liés aux bords de la tête Un vide jusqu'à une pression de 254 x 133",3 Fa environ est également 70 36093 3 2064181 créé dans la chambre intérieure de la tête. Ainsi pris, le dispositif est soulevé, sans que de la cire ne colle au corps du dispositif ou aux conducteurs'- et sans que soit modifiée la position des dispositifs voisins. La tête est di-5 rigée vers un organe d9essai possédant des connexions qui correspondent géométriquement aux positions des conducteurs micropoutres du dispositif. L'organe d'essai s'adapte dans la direction verticale afin de correspondre à des différences d'élévation possibles entre les .nicropoutres. Une gamme'complète d'essais dynamiques sont 10 ensuite effectués automatiquement afin d'évaluer les caractéristiques en courant alternatif du dispositif. Les essais étant achevés, la tête est dirigée vers l'un quelconque des autres postes subséquents possibles. Le dispositif peut, par exemple, être lié directement en amenant la tête dans une 15 position par rapport à un support de circuit dans laquelle une nouvelle impulsion électrique appropriée rechauffe l'outil afin d'effectuer une liaison totale. L'outil peut aussi être chauffé afin d'effectuer une liaison de pointe, laquelle liaison est complétée ultérieurement par un procédé de liaison convenable quelconque dans 20 un organe de fixation séparé. Si on le désire, les dispositifs peuvent également être placés successivement par la tête dans de la cire recouvrant un organe porteur en vue d'être acheminé vers un endroit de stockage. Il est possible de réinsérer un dispositif dans ia cire 25 et de le libérer de l'outil en rechauffant celui-ci, puis en lais-sant la cire se solidifier autour du dispositif avant de déplacer la tête vers le haut.^Les dispositifs peuvent être placés en dispositions régulières soit sur des porteurs durs, soit sur des-porteurs revêtus d'une couche de matière collante molle par pression 30 contre la surface et en supprimant le vide à l'intérieur de la tête. Ce dépôt est facilité en introduisant dans la chambre de la tête une faible pression de gaz. Les dispositifs peuvent être rejetés en appliquant dans ladite chambre un jet de gaz sous pression. L'invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la 3 5 description qui va suivre, faite en regard des dessins joints sur lesquels: - la figure 1 est une vue isométrique illustrant une forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective de la tête de l'outil de préhension; 70 36093 4 2064181 - les figures 3 » 4 et 5 sont des dessins en perspective illustrant les phases du procédé selon l'invention; - la figure 6 est une vue en perspective d'un organe de fixation pour essai; 5 - la figure 7 est un dessin en perspective d'une autre forme de réalisation de l'invention. La figure 1 montre à un poste de préhension 10 un grand nombre de dispositifs à micropoutres 11 disposés en un réseau dans de la cire pendant la phase de fabrication antérieure. La cire re-10 pose sur un disque de saphir 12. Un outil de préhension 13 est monté en sorte de pouvoir se déplacer avec précision vers des points fixes prédéterminés du plan X-Y du système de coordonnées repéré en 9, et en revenir. Ce déplacement est symbolisé^ par les trajets 13a. Le poste 10 est monté sur une table à positions multiples 8 15 dont les positions sont réglables dans le plan X-Z. En orientant convenablement la table 8 on amène donc successivement chacun des dispositifs 11 en coïncidence avec le point fixe déterminé pour l'outil 13. Un dispositif de fixation pour essai 15 dont la position 20 peut également être réglée dans le plan X-Z par des moyens (non représentés) similaires à la table 8, par exemple, est normalement disposé de façon fixe en sorte que son organe d'essai coïncide avec le point d'essai fixe déterminé pour l'outil 13. De plus i le poste 16 représente un poste de liaison sur support, ou bien un organe 25 porteur. La position de ce poste peut également être réglée dans le plan X-Z afin de permettre à l'outil 13 de coïncider avec des points de liaison ou de disposer les dispositifs'sur un organe porteur en un réseau X-Z voulu. Les dispositifs rejetés par l'organe 15 sont séparés des autres, par exemple en les plaçant dans le bac 30 de rejet 7. Le positionnement des dispositifs 11 dans la cire sur le disque 12 se fait habituellement avec un écartement de centre-à-centre de 1,75 mm environ, l'écartement exact dépendant des dimensions du dispositif et de l'écartement entre ceux-ci. Une orienta-35tion initiale du disque 12 dans le plan X-Z suivie par un réglage de la table 8 permet à l'outil de prendre successivement tous les dispositifs. Dans tous les cas, Une faut qu'une seule prise'd'un dis-positif au moyen de la tête^ et un positionnement correct sur le disque 12 étant donnée au départ, aucun alignement individuel des dispositifs n'est plus nécessaire par la suite. 70 36093 5 2064181 Comme le montre la figure ?, l'outil 13 comprend une tête 14 ayant la forme d'un bloc et présentant une chambre intérieure 14a délimitée par des bords extérieurs 14b« Une largeur typique des bords 14b est 0,125 mm et chaque bord a typiquement 1y7 mm de 5 côté, ces dimensions étant imposées par la taille des dispositifs à micropoutres. Un orifice 17 débouchant dans la chambre 14a met celle-ci en communication avec une conduite pneumatique 27a. La tête 14 est supportée par soudure par des barres de platine 18 et 19. Celles-ci sont à leur tour soudées à des oreil-10 les de montage 20, 21 qui sont avantageusement constituées de nickel et sont en contact ohmique avec lesdites barres-.' Un trou de fixation 22 prévu dans chaque oreille 20, 21 sert à fixer l'outil 13 à un système de déplacement de précision représentés par les blocs 25 sur la figure 1. Les blocs 24 qui flanquent les barres 18 15 et 19 sont des blocs d'isolation thermique par l'intermédiaire desquels une pression mécanique est appliquée aux barres 18 et 19 afin de presser celles-ci contre la tête 14» Un courant électrique est amené vers la tête 14 par l'intermédiaire des barres de platine 18 et 19, des fils 23a et du générateur d'impulsion 26. 20 Selon un aspect de l'invention, la tête 14 doit avoir des surfaces extérieures, telles que les bords 146, isolantes électriquement afin de ne pas interférer avec les essais électriques des dispositifs supportés par l'outil. En même temps, la tête 14 doit avoir une masse conductrice de l'électricité afin de pouvoir ^échauf-25 fer rapidement sous l'effet d'impulsions de courant. Dans une forme de réalisation préférée, la tête 14 est constituée de carbure de titane, la surface extérieure étant oxydée jusqu'à une profondeur de l'ordre de l'angstrôm. La pellicule d'oxyde de titane constitue la couche isolante voulue, présentant 30 une tension de percement de 100 volts. De plus, la résistance en courant continu entre l'outil et les conducteurs micropoutres est d'au moins 30 mégohms, et la capacitance entre l'outil et un conducteur micropoutre de 0,05 mm de large est d'environ 0,17 pF à 100 MHz. 35 La masse de carbure de titane est mise directement en contact avec les barres 18 et 19 qui laissent passer les impulsions de courant de chauffage. La couche d'oxyde aux bords 14b efïee-tue aisément une liaison par pointe avec les conducteurs micropoutres du dispositif. Le choix du carbure de titane est donc avantageux en raison de sa résistance aux températures élevées, de son 70 36093 6 2064181 aptitude à recevoir une couche superficielle d'oxyde tenace qui se lie à l'or, et de sa conductivité de masse qui lui permet de s'échauffer rapidement. Comme on le voit sur la figure 1, le système comprend 5 avantageusement, en plus du dispositif indicateur 25a, un indicateur 25b, un générateur d'impulsion 26, une source pneumatique 27, un circuit d'essai 28 et une commande centrale 29» Sur instruction reçue de la commande centrale 29, l'indicateur 25a déplace l'outil 13 vers plusieurs points de coordonnées X-Y au cours d'un cycle 10 d'esai. L'indicateur 25b positionne la table 8 comme décrit précé-cemment. Le générateur d'impulsion 26, la source pneumatique 27 et le circuit d'essai 28 sont également connectés à lac commande centrale 29 et se trouvent sous la dépendance de celle-ci. Les figures 34 et 5 illustrent les phases- de la pré-15 hension d'un dispositif par la tète 14. Sur la figure 3 la table 8 est orientée dans la position de prise de la tête 14, puis celle-ci est abaissée jusqu'à ce que ses bords 14b viennent en contact avec les conducteurs micropoutrés 30 d'un dispositif 11a particulier. La force qu'exerce l'outil contre les conducteurs est de 20 500 grammes environ, par exemple. La cire 31 dans laquelle est placé le dispositif 11a est à ce moment à l'état solide. Lorsque les bords 14b de la tête sont en contact avec les conducteurs micropoutres comme le montre la figure k, une impulsion électrique d'environ 100 ampères est appliquée par le générateur 26 à la tête 14 25 pendant une seconde environ, afin de chauffer la tête. La cire située sous et autour de la tête fond, tandis qu'une liaison par pointe se trouve effectuée entre les bords 14b et certains voire tous les conducteurs micropoutres 30. Pendant ce temps, la source 27 crée dans la chambre 14a un vide jusqu'à une pression de 30 254 x 133 s3 Pa environ. Après que les liaisons aient été effectuées et tandis que la cire est encore fondue, la tête est déplacée verticalement comme le montre la figure 5„ entraînant avec elle le dispositif 11a. L'impulsion de courant de chauffage peut être supprimée avant que 35 la cire ne soit fondue puisque l'outil chaud fournit la chaleur nécessaire pour faire fondre la cire. Dans le dispositif selon l'invention la tête n'est chauffée que par intermittence de sorte que l'énergie thermique engendrée est plus faible que dans les dispositifs utilisant des têtes à chauffage continu. En conséquence, les températures des disposi 70 36093 7 2064181 tifs restent bien en. deçà du point eutectique du système or-sili-cium (380°C), par exemple, pour lequel des dégradations peuvent se s •produire. On a par exemple mesuré sur la tête des températures de crête de l'ordre de 1000°C, mais les températures mesurées sur 5 les dispositifs ne dépassaient pas 300°C environ. L'organe de fixation 15 est montré en détails à la figure 6. Il comprend une plaque de pression 35 sur laquelle est disposé tin organe élastique 36. Au dessus de celui-ci se trouve line couche 37 qui sert à supporter les conducteurs 39 (en cuivre pla-10 qué or) en alignement exact avec les conducteurs micropoutres du dispositif 11 lorsqu'elle est abaissée par l'outil 14« Un support en alumine 38,situé au-dessus de la couche 37, incorpore des conducteurs en or 42 qui s'étendent vers l'orifice 40 dans le support 38 et sont enfin connectés au circuit d'essai 28. Les conducteurs 15 42 établissent un contact ohmique avec les conducteurs 39 par la pression exercée par l'organe élastique 36. Un dispositif qui doit être testé est abaissé à travers l'orifice 40 et amené en contact avec les conducteurs 39 après quoi les essais sont exécutés et les résultats envoyés à la commande 20 centrale 29. La préhension et l'essai d'un dispositif peuvent, selon l'invention, être effectués en cinq secondes environ et en moins de temps même dans de nombreux cas. Un essai à cent pour cent de tous les dispositifs peut ainsi être effectué en lieu et place du contre-25 essai largement utilisé jusqu'à présent. Un dispositif qui ne satisfait pas aux essais électriques est aisément dégagé de l'outil en dirigeant celui-ci vers le bac de rejet 7 et en appliquant à travers l'orifice 17 une impulsion pneumatique de 20 x 6,89 x 10 Jà environ. Les dispositifs qui satisfont aux essais électriques sont 30 fixés dans leur position finale sur un support tel que 50 au poste de montage 16. Ces dispositifs peuvent aussi être placés sur un organe porteur, constitué par exemple de verre revêtu d'une matière molle appropriée telle que la Sylgard, fabriqué par la firme Dow Corning Company. 35 Lorsque le dispositif est amené pour être fixé sur un sup port tel que 50, la tête 14 est chauffée par une impulsion de courant afin d'effectuer une liaison par pointe ou une liaison finale. Dans chaque cas, le support reste avantageusement à la température ambiante. Si l'outil doit effectuer une liaison finale, il faut prévoir une forme appropriée de compensation de force, par exemple 70 36093 8 2064181 en faisant balancer l'outil afin qu'il vienne essentiellement en contact avec un conducteur miçropoutre à la fois. La figure 7 illustre un montage possible pour la production en chaîne selon l'invention. Ce montage comprend quatre pos~ 5 tes A, B, C et 3), chacun d'eux étant relié à un circuit d';-ssai commun 41a. Tous les postes peuvent être essentiellement identiques à celui de la figure 1. Les postes utilisent le circuit d'essai commun 41a suivant un procédé de répartition dans le temps approprié quelconque. 70 36093 9 2064181 REVENDICATIONS■ 1.- Procédé pour manipuler des dispositifs à micropou-très à un poste d'essai, selon lequel les dispositifs" sont disposés dans une cire de montage recouvrant un support, les conduc-5 teurs à micropoutres étant orientés suivant les coordonnées d'un plan X-Z, les dispositifs étant positionnés successivement en un premier point fixe, et déplacés successivement tout en conservant la même orientation, depuis ledit premier point jusqu'au poste d'essai situé en un deuxième point fixe, ce poste d'essai possé-10 dant des conducteurs d'essai orientés suivant les coordonnées d'un plan X-Z, caractérisé en ce que chaque dispositif (11a) est pris audit premier point (10) en chauffant une tête de préhension (14) par impulsions de courant afin d'effectuer une légère liaison de pointe avec les conducteurs micropoutres (30)0 15 2.- Procédé selon la revendication 1> caractérisé en ce que, en outre, le dispositif à micropoutres se trouve dégagé de la tête en un troisième point fixe (7) par application d'un jet de gaz à travers la tête. 3.- Procédé selon la revendication 1S caractérisé en ce 20 que la tête est dirigée en sorte de coïncider avec une région sélectionnée d'un quatrième point fixe (16) et en ce que le dispositif à micropoutres se trouve déposé sur cette région sélectionnée. 4.- Procédé selon la revendication 3» caractérisé en ce que le quatrième point fixe est un poste de liaison destiné à fixer 25 des dispositifs successifs sur des supports de circuit (50) par chauffage de la tête par des impulsions de courant électrique. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4> caractérisé en ce que la préhension d'un dispositif est effectuée avec une tête comportant un bloc muni d'une chambre et de 30 bords de préhension rectilinéaires (146)s la masse de ce bloc étant conductrice de l'électricté tandis que ses bords sont isolants électriques. 6.- Procédé selon la revendication 5S caractérisé en ce que des parties de la tête de préhension sont constituées de carbu- 35 re de titane, les bords portant une couche extérieure d'oxyde de titane. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la pression ambiante dans la chambre du bloc de la tête de préhension est modifiée afin d'y produire soit un vide relatif pour prendre les dispositifs, soit des jets de gaz sous.pression pour libérer les dispositifs à micropoutreso