Brevet FR2633400A1 — publié le 19891229

- 1 - Description Système de contrôle automatique de circuits intégrés* La présente invention concérne un système de con- trôle automatique de circuits intégrés capable d'opérer à des températures très basses et donc applicable, entre autres do- maines techniques, au test de matériaux supraconducteurs. On sait depuis plusieurs décennies comment annuler ou réduire considérablement la résistance électrique d'un conducteur en le refroidissant très fortement. Les qualités des matériaux dits supraconducteurs ainsi obtenus ouvrent des perspectives variées et, notamment, ont permis d'envisager la mise au point de circuits électroniques sans pertes de chaleur et donc très petits et très rapides, et même de circuits intégrés. Ces circuits intégrés ne peuvent cependant être utilisés industriellement que si l'on dispose des moyens d'en contrôler la qualité. Les tests de circuits intégrés sont, à l'heure actuelle, réalisés soit à la température ambiante, soit à des températures supérieures, à l'aide de machines de contrôle à déplacement automatique permettant de tester les millions de composants d'une même tranche de circuit intégré sans intervention d'un opérateur. Par contre, il n'existe pas de système permettant de réaliser de tels tests à basse tempé- rature. En effet, si l'on refroidit la tranche de circuit in- tégré, l'humidité de l'air se condense et se dépose sur ladite tranche sous forme d'eau ou de glace, ce qui interdit les mesures. Ces mesures à basse température ne pourraient être envisagées que sur des circuits intégrés découpés et-montés en boîtier, et placés dans un cryostat o le vide a été réalisé pour enlever toute trace d'humidité. Ce processus donne satis- faction, mais ne permet que des tests unitaires ou portant zô33400 -2 tout au plus sur quelques dispositifs, à l'opposé des tests automatisés cités précédemment et qui concernent tous les dis- positifs d'une tranche de circuit intégré. Le but de l'invention est de remédier aux limita- tions des machines actuelles en proposant un système de con- trôle de circuits intégrés qui fonctionne à basse température et de façon automatique pour faciliter le contrôle industriel de la qualité desdits circuits intégrés, notamment lorsque ceux-ci sont réalisés à partir de matériaux rendus supracon- ducteurs. A cet effet, l'invention concerne un système de contrôle automatique de circuits intégrés caractérisé en ce qu'il comprend: (a) une cuve étanche traversée par un flux de gaz sec et en surpression circulant entre au moins un orifice d'admission, auquel sont éventuellement adjoints un dispositif de séchage et un dispositif de chauffage, et au moins un. ori- fice d'évacuation, auquel est adjoint un dispositif de con- trôle de la surpression; (b) un ensemble mécanique de tables de commande des déplacements de la tranche à tester, avec interpolation d'une cale thermiquement isolante entre ledit ensemble de tables et le porteéchantillon; (c) un dispositif de refroidissement de porte- échantillon, comprenant lui-méme un réservoir de fluide réfri- gérant muni d'un couvercle isolant, un tube se prolongeant dans ledit fluide pour conduire celui-ci vers une cavité de refroidissement du porte-échantillon, et un dispositif d'éva- cuation du fluide gazeux apparu dans ladite cavité. La structure ainsi proposée est avantageuse à plu- sieurs titres. La solution technique qui, pour éliminer toute trace d'air humide, consiste à balayer le volume interne de la cuve par un flux d'azote (ou d'un autre gaz) sec avec une sur- pression par rapport à l'atmosphère n'interfère en aucune ma- nière avec les moyens de fixation de la tranche à tester sur - 3 - son support, en général par application de vide sur la face arrière de ladite tranche. Par ailleurs, l'utilisation d'un porte-échantillon creux pour l'injection de petites quantités de fluide réfrigérant liquide et sa vaporisation, en vue de la réfrigération préalable aux tests, permet d'opérer de tels re- froidissements de façon simple et rapide, ce qui est utile si l'on veut effectuer, sur les tranches à tester, des mesures à différentes températures sans perdre de temps. Enfin, les moyens adoptés pour cette injection de fluide réfrigérant en vue du refroidissement du porteéchantillon sont de nature à laisser par ailleurs s'effectuer librement les divers mou- vements de translation et/ou de rotation de l'ensemble méca- nique. Les particularités de l'invention apparaitront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit et sur la figure annexée, donnée à titre d'exemple non limitatif de réalisation du système selon l'invention. Dans le mode de réalisation préférentiel représen- té sur la figure 1, le système selon l'invention comprend tout d'abord une cuve étanche 20 qui est balayée en permanence par un flux d'azote sec (ou d'un autre gaz sec permettant d'éviter la condensation ou le givrage). L'introduction du gaz est réa- lisée à l'aide d'orifices d'admission 21 situés dans le cas présent à la partie supérieure de la cuve 20, à proximité de la tranche de circuit intégré 10 en cours de test, et son ex- traction à l'aide d'orifices d'évacuation 22 situés en général à la partie inférieure de la cuve 20, près du fond 23. Un seul des orifices d'admission 21 et un seul des orifices d'évacua- tion 22 ont été représentés, mais ils sont en général plus nombreux et répartis autour de la cuve. Le gaz, ici l'azote, utilisé pour ce balayage peut être préalablement asséché, au cours de la traversée d'un dispositif de séchage tel qu'un piège à azote liquide 24, puis réchauffé à l'aide d'un dispo- sitif à résistances 25. Une légère surpression est maintenue dans la cuve 20 pour éviter toute infiltration d'air humide dans celle-ci, et le contrôle de cette surpression, de l'ordre 2 633 4'O' - 4 - de 200 millibars par exemple, est assuré par un limiteur de pression 26 raccordé sur les orifices d'évacuation 22. La paroi supérieure 27 de la cuve 20 est surmontée d'un couvercle articulé 28 muni lui-même d'un hublot 29. Le couvercle 28 permet l'accès à l'échantillon à tester, et le hublot 29 permet d'effectuer, avec un microscope 62, un ali-. gnement entre la tranche 10 à tester et une carte à pointes 60 de liaison électrique avec ladite tranche. La tranche 10 à tester est supportée par un porte- échantillon 61 situé à l'intérieur de la cuve 20, dans sa par- tie supérieure. Ce porte-échantillon 61 est à son tour porté par un ensemble mécanique 40 comprenant lui-même un empilement de tables 41, 42, 43, 44 à mouvement automatique motorisé de façon tout à fait classique. Ces tables 41 à 44 autorisent respectivement des déplacements X, Y, Z, e de la tranche 10, selon l'un ou l'autre des deux axes horizontaux, et/ou selon un axe vertical transversal aux précédents, et/ou en rota- tion. Le porte-échantillon 61, de déformation nulle ou négli- geable avec la température, est fixé sur ledit ensemble de tables par l'intermédiaire d'une cale thermiquement isolante 46 pour éviter de refroidir les tables. Les tables de dépla- cement sont de préférence mises en place sur un statif rigide 47 solidaire de la cuve 20. A côté de cet ensemble mécanique 40, un dispositif 80 de refroidissement du porte-échantillon 61 est prévu. Ce dispositif 80 comprend un réservoir isolant 81, rempli par exemple d'azote liquide 82, ou de tout autre fluide réfrigé- rant. Dans ce réservoir vient tremper un tube 83 destiné à élever l'azote (ou le fluide liquide) vers le porte-échan- tillon 61. Ce tube est réalisé en un matériau à faible conduc- tibilité thermique. Un couvercle isolant 84 solidaire du tube 83 interdit ou limite considérablement les pertes d'azote (de fluide) liquide par convection. Le réservoir 81 peut éven- tuellement être alimenté de l'extérieur. Le porte-échantillon 61 est creux et sa cavité interne 63 est reliée au réservoir Z 633400 - 5 - 81 d'azote (de fluide) liquide par le tube 83. Ladite cavité 63 peut en outre être munie d'un système de chicanes, ou rem- plie par exemple de tournure de cuivre, en vue de favoriser la vaporisation de l'azote (du fluide) liquide. L'azote (ou le fluide) gazeux ainsi formé est évacué par l'intermédiaire d'un tuyau souple 64 et d'une électro-vanne 65. Le fonctionnement du système ainsi décrit est le suivant. Après mise en place, par ouverture du couvercle 28, de la tranche 10 à tester et de la carte à pointes 60 qui lui est reliée, le volume interne de la cuve est purgé de tout air humide par envoi d'un flux important d'azote (ou du gaz utilisé), asséché et chauffé pour augmenter sa capacité de transport de vapeur d'eau. Simultanément, le porte-échantillon 61, équipé d'une résistance chauffante 66, est lui-même porté à une température d'environ 50"C par exemple, pour bien l'assécher lui-aussi. On réduit alors le flux d'azote (de gaz) à une valeur nettement plus faible, puis l'on refroidit le porte- échantillon 61 à la température de test voulue en lui envoyant par le tube 83 des salves d'azote (de fluide) liquide. Le simple fait d'ouvrir l'électrovanne 65 sur l'extérieur fait monter une colonne d'azote (de fluide) liquide 82 du réservoir 81 vers la cavité 63 du porte-échantillon 61, o cet azote (ce fluide) se vaporise en refroidissant ledit porte-échantillon. Cette alimentation peut cependant être accélérée par pompage au niveau de l'électrovanne 65. On peut alors procéder aux tests voulus, tout en continuant à réguler la température du porte-échantillon 61. Cette régulation de température est effectuée en mesurant la température du porte-échantillon 61, en la comparant à une température de consigne, et en agissant alors sur l'électro- vanne 65 pour réduire l'écart de température à une valeur né- gligeable. Il existe sur le marché de nombreux régulateurs par tout ou rien, convenant pour cette application. Ce type de régulation par fluide présente l'avantage de n'induire aucun - 6 - parasite électrique au niveau de la tranche 10 à tester. Une fois les tests terminés, on réchauffe le porte-échantillon 61 jusqu'à la température ambiante et l'on peut alors ouvrir le couvercle 28 pour récupérer la tranche 10 testée, sans risque de givrage. Tout le cycle d'opérations a été décrit en détaillant chaque phase, mais en général ces opérations sont enchainées de façon automatique, sous la conduite d'un microprocesseur ou d'un automate. -7-. 2633400 - 7 - Revendications 1. Système de contrôle automatique de circuits inté- grés dans lequel la tranche de circuit intégré à tester est supportée par un porte-échantillon et reliée électriquement à une carte à pointes, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) une cuve étanche traversée par un flux de gaz sec et en surpression circulant entre au moins un orifice d'admission, auquel sont éventuellement adjoints un dispositif de séchage et un dispositif de chauffage, et au moins un ori- fice d'évacuation, auquel est adjoint un dispositif de con- trôle de la surpression; (b) un ensemble mécanique de tables de commande des déplacements de la tranche à tester, avec interpolation d'une cale thermiquement isolante entre ledit ensemble de tables et le porteéchantillon; (c) un dispositif de refroidissement de porte- échantillon, comprenant lui-même un réservoir de fluide réfri- gérant muni d'un couvercle isolant, un tube se prolongeant dans ledit fluide pour conduire celui-ci vers une cavité de refroidissement du porte-échantillon, et un dispositif d'éva- cuation du fluide gazeux apparu dans ladite cavité. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un microprocesseur ou un automate, gérant les séquences de balayage de gaz sec et de contrôle ou de variation de température. 3. Procédé de mise en oeuvre du système de contrôle automatique de circuits intégrés selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: (a) mise en place, par ouverture du couvercle de la cuve, de la tranche à tester et de la carte à pointes qui lui est reliée; (b) assèchement de l'atmosphère interne de la cuve, par circulation du gaz sec, et du porte-échantillon, par chauffage; (c) refroidissement du porte-échantillon par vapo- risation de fluide réfrigérant à l'intérieur de celui-ci; 263 340-0 -- 8 - (d) exécution des tests sur la tranche à tester, avec régulation de la température du porte-échantillon pendant lesdits tests; (e) réchauffement du porte-échantillon et extrac- tion de la tranche testée.