Brevet FR2812400A1 — publié le 20020201

Procédé de fabrication d'une carte à pointes de contact multiple pour le test de circuits intégrés à microbilles, et dispositif de test utilisant la carte. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à une carte à pointes multiple destinée notamment à tester des puces semiconductrices ayant des plots de connexion en forme de microbilles, ladite carte comprenant un substrat constitué par un film flexible isolant équipé de pistes conductrices connectées à des contacts en forme de pointes. Etat de la technique Il est connu de fabriquer des cartes de test à pointes sur des substrats souples en matière isolante, par exemple un film de polyimide, lequel sert à la fois de support aux pistes conductrices, et aux pointes. Selon les documents US 5412866 et US 4980637, la membrane souple présente une forme convexe, et un matelas en élastomère est agencé à lI'arrière de la membrane de manière à obtenir une planéité des extrémités des pointes. Selon le document US 5914613, les contacts de la carte sont montés sur des poutrelles rigides connectées électriquement à des conducteurs flexibles. Un matelas en élastomère se trouve également à l'arrière de la membrane souple. Dans le dispositif décrit dans le document EP 259163, un film de polyimide est découpé et conformé selon une tête pyramidale tronquée. Des plaques élastiques en plastique se trouvent entre le film et un support fixe pour contrôler la pression de contact des pointes sur les plots de connexion de la puce à tester. 2 2812400 Le document WO 98/45716 décrit un procédé de fabrication d'une carte de test, dont les pointes sont réalisées par électroformage sur un substrat rigide, par exemple en AsGA, quartz ou verre. Un tel procédé permet d'obtenir dans la zone de contact, une répartition des pointes avec une haute densité et un pas fin. Objet de l'invention Un premier objet de l'invention consiste à réaliser une carte de test sur un substrat souple isolant servant à la fois d'amortisseur et de support aux pistes conductrices et aux pointes, et permettant d'obtenir une déformation suffisante pour répartir uniformément la pression de contact des pointes sur les plots de connexion de la puce, avec un effort vertical pur sans frottement. Le deuxième objet de l'invention consiste à réaliser une correction fiable du défaut de parallélisme, entre le plan des pointes de test et son circuit imprimé support. Un procédé de fabrication d'une carte à pointes multiple selon l'invention est caractérisé par les étapes suivantes: - une première couche métallique d'accrochage de faible épaisseur est déposée sur le film souple en matière isolante, - une deuxième couche métallique est déposée sous vide ou par électrolyse sur la première couche d'accrochage pour constituer le matériau des futures pistes conductrices, - on réalise les pointes métalliques par une combinaison d'une première opération de photolithographie UV faisant usage d'une résine photosensible épaisse, et d'un électroformage au moyen d'un électrolyte à ions métalliques, 3 2812400 - on effectue une gravure sélective de la deuxième couche métallique et de la première couche d'accrochage à l'aide d'une deuxième opération de photolithographie UV pour obtenir les pistes conductrices, - et on dépose une couche isolante superficielle de passivation sur la zone active conductrice. Le film flexible du substrat est un polymère, notamment un polyimide, ayant une épaisseur supérieure à 25 microns. Une telle épaisseur permet d'obtenir la déformation souhaitée, et de supporter une forte densité de pointes. La première couche métallique d'accrochage est à base de chrome ou de nickel, tandis que la deuxième couche métallique peut être en cuivre, en or, ou en aluminium. Selon une caractéristique de l'invention, le film souple est monté sur une partie tronquée d'une pièce de maintien coopérant avec un guide associé à une suspension à ressort, de manière à obtenir une répartition uniforme de la pression de contact des pointes sur la totalité des plots de connexion sans frottement latéral. Les pointes obtenues par électroformage peuvent présenter des surfaces de contact planes, concaves ou convexes. Selon une autre caractéristique de l'invention, la correction du défaut de parallélisme entre le plan du circuit imprimé support et le plan des pointes est opérée au moyen d'un système correcteur à trois points d'appui réglables par vis agissant sur l'embase de la pièce de maintien. Selon un mode de réalisation préférentiel, la pièce de maintien comprend une partie intermédiaire cylindrique agencée coaxialement à l'intérieur du guide, et ayant un diamètre inférieur à celui de l'embase. La partie tronquée de la pièce de mnaintien est dotée d'une fenêtre munie d'une plaquette en matériau transparent, en verre ou en quartz, autorisant un test visuel de l'alignement des pointes sur les plots de connexion de la puce semi-conductrice. 4 2812400 Description des figures D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre les différentes étapes a-f du procédé de fabrication de la carte à pointes sur substrat flexible selon l'invention; - les figures 2A, 2B, 2C représentent différentes formes de surfaces des pointes de la carte selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe transversale de l'assemblage de test complet; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne 4-4 de la figure 3 au niveau de la fonction de réglage; - la figure 5 représente une vue en plan de la carte illustrée à l'étape f de la figure 1; - la figure 6 est une vue de dessous de la figure 3. Description d'un mode de réalisation préférentiel La figure 1 illustre les étapes technologiques mises en oeuvre pour fabriquer la carte à pointes CP sur un substrat souple déformable. Etape a: on utilise comme substrat 10 un film souple en matière isolante, par exemple de polyimide, ayant une épaisseur de l'ordre de 25 microns. Etape b: une première couche métallique 20 d'accrochage, notamment à base de chrome ou de nickel, est déposée sur toute la surface du substrat 10 isolant. Le dépôt de la couche 20 s'effectue par évaporation sous vide ou par 2812400 pulvérisation cathodique. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la face de travail est la face supérieure, mais on peut concevoir de travailler sur les deux faces. Etape c: une deuxième couche métallique 22, constitutive des futures pistes conductrices de la carte, est ensuite déposée sur la couche 20 d'accrochage. La deuxième couche 22 peut être en cuivre, en or ou en aluminium, et est déposée soit en couche mince sous vide, ou soit plus épaisse, par électrolyse par exemple. Etape d: on réalise une première opération de photolithographie UV après avoir déposé sur la deuxième couche métallique 22 une épaisse couche de résine photosensible, laquelle est révélée après avoir été insolée au travers d'un masque comportant le dessin des pointes. L'opération de photolithographie est suivie par une opération d'électroformage consistant à fabriquer les pointes 26 sous la forme de plots métalliques par l'utilisation d'un électrolyte. Etape e: une deuxième opération de photolithographie UV permet de graver la deuxième couche métallique 22 et la première couche d'accrochage 20 suivant le tracé des pistes voulu et la forme des pointes 26 réalisées. Il est clair que l'ordre de succession des étapes d et e peut être inversé. Etape f: on dépose une couche isolante 24 de passivation sur la zone active conductrice. La couche 24 est composée d'un oxyde ou d'un polymère en couche mince déposée localement, et sert à protéger les pistes conductrices, en réduisant les problèmes liés à l'encrassement des pointes lors du test. La figure 5 montre la vue en plan de la carte CP en fin de fabrication. En référence aux figures 2A, 2B, 2C, la surface supérieure 27 des pointes 26 électrodéposées, venant au contact des microbilles à tester, peuvent avoir différentes formes afin de ne pas endommager les microbilles. Sur la figure 2A, 6 2812400 la surface supérieure 27 est plane. Sur la figure 2B, la surface supérieure 27 est concave pour épouser la forme complémentaire de la microbille. Sur la figure 2C, la surface supérieure 27 est bombée selon un profil convexe. Sur les figures 3, 4 et 6, le substrat 10 souple est monté sur un dispositif support 29, lequel est équipé d'un système correcteur 31 de défaut de parallélisme utilisant des moyens d'appui réglables en trois points. Le substrat 10 souple est fixé sur une pièce de maintien 30 centrale destinée à se déplacer coaxialement dans un guide 43. La pièce de maintien 30 comporte une embase 30a, une partie intermédiaire 30b cylindrique agencée coaxialement à l'intérieur du guide 29 annulaire, et une partie tronquée 30c sur laquelle est adaptée le substrat 10 flexible. Le contact électrique entre les pistes conductrices de la carte 10 et le circuit imprimé 32 est assuré par appui au moyen de vis 36 d'assemblage vissées dans le support 29. Le mouvement relatif de la pièce 30 mobile dans le guide 43 s'opère en translation verticale ou en rotation autour de l'axe vertical. Le défaut de parallélisme entre le plan des pointes 26 et le circuit imprimé 32 est corrigé par le système correcteur 31 au moyen de trois vis 40 de réglage décalées angulairement à 120 degrés. Les vis 40 traversent le couvercle 41, et des premiers ressorts 45 sont intercalés entre la face inférieure du couvercle 41 et l'embase 30a circulaire, laquelle prend appui sur la face superieure du guide 43. Un deuxième ressort 46 est agencé dans l'intervalle opposé ménagé entre la face inférieure du guide 43 et le dispositif support 29. Le couvercle 41 est monté sur le support 29 par des vis 47, et l'embase 30a présente un diamètre supérieur à celui de partie intermédiaire 30b de la pièce 30. L'alignement des pointes 26 sur les plots de connexion 50 de la puce 52 semi- conductrice à tester, est visuel et s'effectue au moyen d'une fenêtre 38 dotée d'une plaquette en matériau transparent, en verre ou en quartz, laquelle est 7 2812400 disposée en regard d'ouvertures 54, 56 alignées coaxialement dans la pièce tronquée 30 et le couvercle 41. Le contact des pointes 26 avec les plots de connexion 50 de la puce 52 s'opère sans frottement latéral notable de manière à éviter l'usure des plots. La flexibilité du film souple du substrat 10 sert d'une part d'amortisseur absorbant les efforts de compression pendant l'opération de test, et d'autre part de répartiteur de la pression de contact sur la totalité des plots de connexion 50 sphériques de la puce 52. 8 2812400 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une carte à pointes multiple destinée notamment à tester des puces semi-conductrices ayant des plots de connexion en forme de microbilles, ladite carte comprenant un substrat (10) constitué par un film flexible isolant équipé de pistes conductrices connectées à des contacts en forme de pointes (26), ledit procédé étant caractérisé par les étapes suivantes: - une première couche métallique (20) d'accrochage de faible épaisseur est déposée sur le film souple en matière isolante, - une deuxième couche métallique (22) est déposée sous vide ou par électrolyse sur la première couche (20) d'accrochage pour constituer le matériau des futures pistes conductrices, - on réalise les pointes (26) métalliques par une combinaison d'une première opération de photolithographie UV faisant usage d'une résine photosensible épaisse, et d'un électroformage au moyen d'un électrolyte à ions métalliques, - on effectue une gravure sélective de la deuxième couche métallique (22) et de la première couche (20) d'accrochage à l'aide d'une deuxième opération de photolithographie UV pour obtenir les pistes conductrices, - et on dépose une couche isolante (24) superficielle de passivation sur la zone active conductrice. 2. Procédé de fabrication d'une carte à pointes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film flexible du substrat (10) est un polymère, notamment un polyimide, ayant une épaisseur supérieure à 25 microns. 9 2812400 3. Procédé de fabrication d'une carte à pointes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche métallique (20) d'accrochage est à base de chrome ou de nickel. 4. Procédé de fabrication d'une carte à pointes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième couche métallique (22) peut être en cuivre, en or, ou en aluminium. 5. Procédé de fabrication d'une carte à pointes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pointes (26) obtenues par électroformage présentent des surfaces de contact planes, concaves ou convexes. 6. Carte à pointe multiple obtenue selon le procédé de l'une des revendications 1 à 5. 7. Carte à pointe multiple pour mesurer les caractéristiques électriques d'une puce (52) semi-conductrice ayant des plots de connexion (50) en forme de microbilles, ladite carte (CP) comprenant un substrat (10) formé par un film flexible isolant équipé de pistes conductrices connectées électriquement à des contacts en pointes (26) destinés à venir en engagement avec lesdits plots de connexion (50) lors du test, caractérisée en ce que le film souple est monté sur une partie tronquée (30c) d'une pièce de maintien (30) coopérant avec un guide (43) associé à une suspension à ressort (46), de manière à obtenir une répartition uniforme de la pression de contact des pointes (26) sur la totalité des plots de connexion (50) sans frottement latéral. 8. Carte à pointe multiple selon la revendication 7, caractérisée en ce que la correction du défaut de parallélisme entre le plan du circuit imprimé (32) support et le plan des pointes (26) est opérée au moyen d'un système correcteur (31) à trois points d'appui réglables par vis (40) agissant sur l'embase (30a) de la pièce de maintien (30). 2812400 9. Carte à pointe multiple selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la pièce de maintien (30) comprend une partie intermédiaire (30b) cylindrique agencée coaxialement à l'intérieur du guide (29), et ayant un diamètre inférieur à celui de l'embase (30a). 10. Carte à pointe multiple selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la partie tronquée (30c) de la pièce de maintien (30) est dotée d'une fenêtre (38) munie d'une plaquette en matériau transparent, en verre ou en quartz, autorisant un test visuel de l'alignement des pointes (26) sur les plots de connexion (50) de la puce (52) semi-conductrice.