Brevet FR2815721A1 — publié le 20020426

SABOT DE TEST DE COMPOSANTS ET PROCEDE DE REALISATION D'UN TEL SABOT. 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 cd'uns 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 oeuvre 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 (Ball 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. Il 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 oeuvre 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, l'invention 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 l'élastomère. L'invention concerne également 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, soit 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 oeuvre 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 l'invention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'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 14. Bien que l'on se réfère à une seule couche de support, il convient de préciser que celle-ci peut présenter une structure multicouche 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 sommitale. 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 34. 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 oeuvre 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 um et une profondeur de l'ordre de 20 um. 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 leim. 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 pm. 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 oeuvre 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 pm, on peut réaliser des cavités (dépression en demi-sphère) dont le diamètre est de l'ordre de 110%, soit 220 pm. 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 Conference, 1999 IEEE, pages 511 à 514. "Socket Developments for CSP and FBGA Package"de Robert Crowley, Revue Chip Scale, May 1998, eMail Editor, REVENDICATIONS 1. 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. 2. Sabot selon la revendication 1, dans lequel les bosselures sont aptes respectivement à se déformer indépendamment les unes des autres. 3. Sabot de test selon la revendication 1, dans lequel la couche de support (12) est réalisée pour l'essentiel en un matériau souple. 4. Sabot de test selon la revendication 1, comprenant des bornes de contact périphériques (19) reliées aux plages de test par l'intermédiaires de pistes conductrices (18) s'étendant essentiellement entre les bosselures. 5. Sabot selon la revendication 1, dans lequel les bosselures (16) présentent une forme de pyramide tronquée. 6. Sabot selon la revendication 1, dans lequel les bosselures (16) présentent une forme tronconique. 7. Sabot selon la revendication 1, dans lequel les plages de test (14) présentent une dépression (15). 8. Sabot selon la revendication 1 ou 7, dans lequel les plages de test (14) sont garnies de billes de contact (17). 9. Sabot selon la revendication 1, comprenant en outre un support rigide (30) solidaire de la couche de support (12). 10. Sabot selon la revendication 9, dans lequel le support rigide (30) comprend un circuit de test connecté aux plages de test. 11. Sabot selon la revendication 1, dans lequel la couche de support (12) présente sur une face opposée aux plages de test une pluralité de bosselures en relief rentrant. 12. Sabot selon la revendication 11, dans lequel les bosselures sont comblées d'un matériau élastomère (50). 13. Procédé de fabrication d'un sabot de test selon la revendication 1, 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. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel les étapes a), b) et c) sont mises en oeuvre 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). 15. Procédé selon la revendication 13, 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. 16. Procédé selon la revendication 13, 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). 17. Procédé selon la revendication 13, 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. 18. Procédé selon la revendication 13, 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. 19. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre la mise en place de la couche de support (12) sur un support rigide (30).