Brevet FR2870637A1 — publié le 20051125

COMPOSANTS A STRUCTURE CRISTALLINE, DE TYPE A ONDES ACOUSTIQUES DE SURFACE, A DOUBLE CHANFREIN ET PROCEDE DE REALISATION ASSOCIE Le domaine de l'invention est celui des composants à structure cristalline, notamment utilisés dans le domaine des ondes acoustiques de surface. Un des domaines d'application privilégiée de ce type de composants est la réalisation de capteurs de mesure et notamment de capteurs de contraintes. Pour réaliser des composants à ondes acoustiques de surface, on utilise généralement des substrats mono cristallins isolants. Ces composants sont découpés dans un substrat de plus grande dimension encore appelé wafer en terminologie anglo-saxonne. La figure 1 illustre cette opération de découpe. On cisaille au moyen d'une lame tournante de faible épaisseur le wafer 100 selon des sillons perpendiculaires entre eux pour obtenir les composants primaires 1 aux dimensions souhaitées. Les directions de découpe des sillons sont représentées par des flèches en pointillés sur la figure 1. Les limites des composants sont représentés en traits pleins et les zones utiles en traits pointillés sur cette figure. Lorsque les directions de découpe ne sont pas parfaitement alignées avec des axes cristallins permettant un clivage parfait du matériau, la découpe entraîne la formation de nombreuses amorces de micro-clivage prenant naissance sur le bord de découpe comme illustré sur la figure 2 sur laquelle est représenté le bord d'un composant 1 découpé . La largeur 8 dans laquelle se situent ces amorces 10 est caractéristique de la qualité de la coupe. Cette largeur varie entre quelques microns et quelques dizaines de microns. Pour un certain nombre d'applications, notamment lorsque le composant est utilisé en tant que capteur pour mesurer des contraintes sur une structure, on doit réaliser entre le composant et la structure un contact parfait de façon que les contraintes de la structure se transmettent le mieux possible au composant. Ce contact est généralement assuré soit par soudure, soit par scellement au moyen d'un verre fritté lorsque le matériau du composant n'est pas compatible avec la réalisation d'une soudure. Dans le cas de composants à substrats mono cristallins isolants, il est possible de réaliser un scellement par soudure à condition de déposer préalablement sur la face à reporter un matériau compatible de la soudure. Quelque soit la solution retenue, le report nécessite un passage à haute température pour assurer soit la soudure, soit le frittage du verre. Lors de cette opération, le choc thermique ainsi que les différences de coefficient de dilatation entre le substrat du composant et son support entraînent l'apparition de fissures à la périphérie du substrat par propagation des défauts générés par les amorces de micro-clivage. La présence de ces fissures peut entraîner deux inconvénients majeurs: É Dégradation de la fiabilité du composant et de ses performances par la présence d'amorces de fissures évolutives à l'intérieur du composant; É Diminution de la durée de vie du composant qui peut se briser lorsque les fissures deviennent trop importantes. Pour diminuer ces inconvénients, il faut, par conséquent, diminuer les amorces de micro-clivage qui apparaissent pendant l'opération de découpe. Celle-ci est réalisée au moyen d'une lame en rotation. La découpe 20 dépend de cinq paramètres principaux qui sont: É la vitesse de rotation de la lame qui est de l'ordre de 15000 à 30000 tours par minute; É la vitesse de progression de la lame qui est de l'ordre de quelques millimètres par seconde à quelques centimètres par seconde; É la composition de la lame qui peut être en métal ou en céramique; É le profil de coupe de la lame; É le procédé de découpe. L'optimisation de ces différents paramètres dépend de la matière du substrat, des traitements de surface éventuels qui sont généralement des métallisations et de la qualité de surface du substrat qui peut être poli sur une ou sur ses deux faces. Un procédé de découpe permettant de réduire les amorces de micro-clivage consiste à réaliser l'opération de découpe en 2870637 3 deux temps. Dans un premier temps, on réalise une première découpe utilisant une lame de scie spécialement conçue pour réaliser un chanfrein à 45 degrés sur le bord du substrat. Cette découpe ne permet toutefois pas de séparer les composants du substrat. Aussi, à cette première découpe, succède une seconde découpe réalisée avec une lame normale qui prend place au fond du chanfrein créé par la première découpe. Cette seconde découpe débouche sur la face arrière du substrat de façon à séparer le composant du substrat. Malheureusement, lorsque la découpe atteint la face arrière, le procédé reste très agressif et il y a, de nouveau, formation de micro-clivage au voisinage du bord de découpe comme dans le cas d'une découpe classique réalisée au moyen d'une seule lame. L'objet de l'invention est de réaliser des composants ayant des chanfreins sur leurs faces supérieure et inférieure de façon à diminuer les amorces de micro-clivage. Pour obtenir des composants selon l'invention, le procédé de découpe comporte au moins une première étape de découpe de la face supérieure du composant et une seconde étape de découpe de la face inférieure du composant. Plus précisément, l'invention a pour objet un composant à structure cristalline, de type à ondes acoustiques de surface, comportant une première face et une seconde face sensiblement planes et parallèles, caractérisé en ce que le pourtour de la première face plane comporte des premiers chanfreins plans et le pourtour de la seconde face plane comporte des seconds chanfreins plans. Avantageusement, l'angle entre le plan des premiers chanfreins et la première face plane est compris entre 45 degrés et 60 degrés et l'angle entre le plan des seconds chanfreins et la seconde face plane est également compris entre 45 degrés et 60 degrés. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un composant à structure cristalline, de type à ondes acoustiques de surface, comportant une première face et une seconde face et réalisé à partir d'un substrat épais comportant une face supérieure plane et une face inférieure plane, caractérisé en ce que l'opération de découpe du composant dans le substrat comporte au moins des étapes de découpe spécifiques permettant 15 20 25 30 35 la réalisation de premiers chanfreins plans sur la première face du composant et de seconds chanfreins plans sur la seconde face du composant. Avantageusement, dans un premier mode de réalisation, l'opération de découpe du composant dans le substrat comporte au moins les trois étapes suivantes: É Etape 1: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane du substrat selon le pourtour de la première face du composant de façon à créer les premiers chanfreins plans; É Etape 2: Découpe d'une deuxième épaisseur de la face inférieure plane du substrat selon le pourtour de la seconde face du composant de façon à créer les seconds chanfreins plans; É Etape 3: Découpe d'une troisième épaisseur de la face inférieure plane du substrat selon le pourtour de la seconde face du composant de façon à séparer le composant du substrat, la troisième épaisseur étant égale à l'épaisseur du substrat. Avantageusement, dans un second mode de réalisation, l'opération de découpe du composant dans le substrat comporte au moins les trois étapes suivantes: É Etape 1: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane du substrat selon le pourtour de la première face du composant de façon à séparer le composant du substrat, ladite première épaisseur étant égale à l'épaisseur du substrat; É Etape 2: Découpe d'une deuxième épaisseur de la face supérieure plane du substrat selon le pourtour de la première face du composant de façon à créer les premiers chanfreins plans; É Etape 3: Découpe d'une troisième épaisseur de la face plane inférieure du substrat selon le pourtour de la seconde face du composant de façon à créer les seconds chanfreins plans. 2870637 5 Dans un troisième mode de réalisation, l'opération de découpe du composant dans le substrat peut également comporter au moins les quatre étapes suivantes: É Etape 1: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane du substrat selon le pourtour de la première face du composant; É Etape 2: Découpe d'une deuxième épaisseur de la face supérieure plane du substrat selon le pourtour de la première face du composant de façon à créer les premiers chanfreins plans; É Etape 3: Découpe d'une troisième épaisseur de la face inférieure plane du substrat selon le pourtour de la seconde face du composant de façon à séparer le composant du substrat, la troisième épaisseur étant égale à l'épaisseur du substrat; É Etape 4: Découpe d'une quatrième épaisseur de la face inférieure plane du substrat selon le pourtour de la seconde face du composant de façon à créer les seconds chanfreins plans. Avantageusement, au moins une opération de découpe spécifique dans la face du substrat concernée par l'opération de découpe comporte au moins les sous-étapes suivantes: É Sous-étape 1: Découpe d'une première épaisseur selon le pourtour du composant de façon à créer une première ouverture; É Sous-étape 2: Découpe de la première épaisseur selon le même pourtour de façon à créer les premiers chanfreins plans dans la première ouverture. Lorsque, le composant a une forme rectangulaire, les étapes ou 30 les sous-étapes de découpe dans la face du substrat concernée par l'opération de découpe comportent les opérations suivantes: É Réalisation d'un ensemble de premiers sillons parallèles entre eux et équidistants selon un profil adapté à l'étape de découpe considérée; É Réalisation d'un ensemble de seconds sillons parallèles entre eux et équidistants, lesdits seconds sillons étant perpendiculaires aux premiers sillons, lesdits seconds sillons ayant un profil adapté à l'étape de découpe considérée; l'intersection de deux premiers sillons consécutifs avec deux seconds sillons consécutifs délimitant le pourtour rectangulaire de la face d'un des composants. Avantageusement, au moins deux étapes ou deux sous-étapes de découpe sont réalisées simultanément, les opérations de découpe sont réalisées au moyen d'une lame de coupe circulaire en rotation, le profil tranchant de la lame de coupe a la forme d'un U ou d'un V, l'angle du V étant compris entre 90 degrés et 120 degrés. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 15 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: É la figure 1 représente la découpe d'un wafer en composants élémentaires; É la figure 2 représente l'aspect de la bordure d'un composant 20 après découpe; É la figure 3 représente une vue en coupe du composant selon l'invention; É les figures 4 à 6 représentent les différentes étapes du procédé de réalisation d'un composant selon l'invention dans un premier 25 mode de réalisation; É les figures 7 à 9 représentent les différentes étapes du procédé de réalisation d'un composant selon l'invention dans un second mode de réalisation; É les figures 10 à 14 représentent les différentes étapes du 30 procédé de réalisation d'un composant selon l'invention dans un troisième mode de réalisation. La figure 3 représente une vue en coupe du composant selon l'invention. Le composant 1 comporte une face supérieure plane 2 et une face inférieure plane 3. Le pourtour de la face supérieure plane 2 comporte des premiers chanfreins plans 21 et le pourtour de la face inférieure plane comporte des seconds chanfreins plans 31. Avantageusement, l'angle 0 entre le plan des premiers chanfreins et la face supérieure plane est compris entre 45 degrés et 60 degrés et l'angle 0 entre le plan des seconds chanfreins et la face inférieure plane est compris entre 45 degrés et 60 degrés. Avec cette disposition, on limite sensiblement la formation des amorces de micro-clivage. Pour réaliser un composant selon l'invention, il existe différents 10 procédés possibles. A titre de premier exemple non limitatif, les figures 4 à 6 illustrent les principales étapes d'un premier mode de réalisation du composant. Sur ces figures, est représentée une vue en coupe d'une partie d'un substrat 100 dans lequel on crée les faces latérales d'un composant 1 et les chanfreins 21 et 31 attenant. Les opérations de découpe sont réalisées au moyen de lames de coupe circulaires en rotation. Les étapes principales du procédé sont les suivantes: É Etape 1 illustrée en figure 4: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane 200 du substrat 100 de façon à créer les premiers chanfreins plans 21 sur le pourtour de la première face 2 du futur composant. Le profil tranchant 5 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U chanfreiné. Cette forme symétrique permet de créer deux chanfreins identiques simultanément dans la première face du substrat correspondant à des composants adjacents; É Etape 2 illustrée en figure 4: Le substrat est ensuite retourné, l'opération de retournement étant symbolisée par les flèches semicirculaires pleines de la figure 4 et est repositionné de façon que les découpes de la seconde face 3 soient dans le prolongement des découpes de la première face 2, cette opération de repositionnement ne présentant pas de difficultés particulières; É Etape 3 illustrée en figure 5: Découpe d'une seconde épaisseur de la face inférieure plane 300 du substrat 100 de façon à créer les seconds chanfreins plans 31 situés en regard 25 30 35 des premiers chanfreins plans 21. Le profil tranchant 5 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U chanfreiné ; É Etape 4 illustrée en figure 6: Découpe d'une troisième épaisseur de la face inférieure plane 300 du substrat 100 de façon à créer les faces latérales 4 complètes du composant final 1 comprenant les chanfreins 21 et 31, la troisième épaisseur étant égale à l'épaisseur du substrat. Le profil tranchant 6 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U droit, la jonction entre les branches du U et sa base étant à angle vif. A titre de second exemple non limitatif, les figures 7 à 9 illustrent les principales étapes d'un second mode de réalisation du composant. Sur ces figures, est représentée une vue en coupe d'une partie d'un substrat 100 dans lequel on crée les faces latérales d'un composant 1 et les chanfreins 21 et 31 attenant. Les opérations de découpe sont réalisées au moyen de lames de coupe circulaires en rotation. Les étapes principales du procédé sont les suivantes: É Etape 1 illustrée en figure 7: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane 200 du substrat 100 de façon à créer les faces latérales 4 du futur composant. Le profil tranchant 5 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U; Etape 2 illustrée en figure 8: Découpe d'une seconde épaisseur de la face supérieure plane 200 du substrat 100 de façon à créer les premiers chanfreins plans 21. Le profil tranchant 5 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U chanfreiné ; É Etape 3 illustrée en figure 8: Le substrat est ensuite retourné, l'opération de retournement étant symbolisée par les flèches semi- circulaires pleines de la figure 8 et est repositionné de façon que les découpes de la seconde face soient dans le prolongement des découpes de la première face, cette 10 opération de repositionnement ne présentant pas de difficultés particulières; É Etape 4 illustrée en figure 9: Découpe d'une seconde épaisseur de la face inférieure plane 300 du substrat 100 de façon à créer les seconds chanfreins plans 31 situés en regard des premiers chanfreins plans 21. Le profil tranchant 5 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U chanfreiné. A titre de troisième exemple non limitatif, les figures 10 à 14 10 illustrent les principales étapes d'un troisième mode de réalisation du composant. Sur ces figures, est représentée une vue en coupe d'une partie d'un substrat 100 dans lequel on crée les faces latérales 4 d'un composant 1 et les chanfreins 21 et 31 attenant. Les opérations de découpe sont réalisées au moyen de lames de coupe circulaire en rotation. Les étapes principales 15 du procédé sont les suivantes: É Etape 1 illustrée en figure 10: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane 200 du substrat 100 de façon à créer des premières ouvertures 22 sur le pourtour de la première face 2 du futur composant 1. Le profil tranchant 6 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U droit, la jonction entre les branches du U et sa base étant à angle vif; É Etape 2 illustrée en figure 11: Découpe d'une seconde épaisseur de la face supérieure plane 200 du substrat 100 de façon à créer les premiers chanfreins plans 21 dans les premières ouvertures 22. Le profil tranchant 7 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un V, l'angle du V étant compris entre 90 degrés et 120 degrés; É Etape 3 illustrée en figure 11: Le substrat est ensuite retourné, le retournement étant symbolisé par les flèches semi-circulaires pleines de la figure 8 et est repositionné de façon que les découpes de la seconde face 3 soient dans le prolongement des découpes de la première face 2, cette opération de repositionnement ne présentant pas de difficultés particulières; 25 30 É Etape 4 illustrée en figure 12: Découpe d'une troisième épaisseur de la face inférieure plane 300 du substrat 100 de façon à créer des secondes ouvertures 32 débouchant dans les ouvertures 22 de façon à séparer le composant 1 du substrat 100. Le profil tranchant 6 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un U droit; É Etape 5 illustrée en figure 13: Découpe d'une quatrième épaisseur de la face inférieure plane 300 du substrat 100 de façon à créer des seconds chanfreins plans 31 dans les secondes ouvertures 32. Le profil tranchant 7 de la lame de coupe a préférentiellement la forme d'un V. En finale, on obtient le composant 1 figuré en figure 14 comportant des faces latérales 4 et sur sa première face 2 et sa seconde face 3 des 15 chanfreins plans 21 et 31. On découpe très rarement des composants à l'unité. Lorsque le composant a une forme rectangulaire, les étapes ou les sous-étapes de découpe dans la face du substrat 100 concernée par l'opération de découpe 20 comportent les opérations suivantes: É Réalisation d'un ensemble de premiers sillons parallèles entre eux et équidistants selon un profil adapté à l'étape de découpe considérée; É Réalisation d'un ensemble de seconds sillons parallèles entre eux et équidistants, lesdits seconds sillons étant perpendiculaires aux premiers sillons, lesdits seconds sillons étant réalisés au moyen de la même lame de coupe que les premiers sillons; l'intersection de deux premiers sillons consécutifs avec deux seconds sillons 30 consécutifs délimitant le pourtour rectangulaire de la faced'un des composants comme représenté en figure 1. Bien entendu, dans ce cas, le profil tranchant des lames de coupe est nécessairement symétrique. 10 Les composants selon l'invention sont obtenus à partir de substrats monocristallins comme le quartz. L'épaisseur des substrats vaut quelques centaines de microns. La largeur des chanfreins vaut quelques dizaines de microns. Le composant peut comporter soit sur sa première face soit sur sa seconde face des traitements ou des dispositifs électroniques, lesdits traitements ou lesdits dispositifs étant implantés avant ou après découpe. Les dispositifs sont préférentiellement des dispositifs à ondes acoustiques de surface. Les procédés de découpe selon l'invention s'appliquent à des substrats polis sur une de leur face ou sur leur deux faces. Ils s'appliquent également à des substrats nus ou recouverts d'une métallisation qui peut être en titane ou en alliage de titane, d'or et de nickel ou encore en alliage d'argent et de palladium. Les opérations de découpe se font généralement en présence d'eau. En fonction de la qualité de l'eau, les parties métalliques peuvent éventuellement être recouvertes d'un film de protection en résine qui est supprimé après découpe. La vitesse de rotation des lames est comprise entre 15000 et 30000 tour par minute. La vitesse de progression de la lame est de 1 à 10 20 millimètres par seconde. REVENDICATIONS 1. Composant (1) à structure cristalline de type à ondes acoustiques de surface comportant une première face (2) et une seconde face (3) sensiblement planes et parallèles, caractérisé en ce que le pourtour de la première face plane (2) comporte des premiers chanfreins plans (21) et le pourtour de la seconde face plane (3) comporte des seconds chanfreins plans (31). 2. Composant (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle entre le plan des premiers chanfreins (21) et la première face plane (2) est compris entre 45 degrés et 60 degrés et l'angle entre le plan des seconds chanfreins (31) et la seconde face plane (3) est compris entre 45 degrés et 60 degrés. 3. Procédé de réalisation d'au moins un composant à structure cristalline de type à ondes acoustiques de surface, comportant une première face (2) et une seconde face (3) et réalisé à partir d'un substrat (100) épais comportant une face supérieure plane (200) et une face inférieure plane (300), caractérisé en ce que l'opération de découpe du composant (1) dans le substrat (100) comporte au moins des étapes de découpe spécifiques permettant la réalisation de premiers chanfreins plans (21) sur la première face (2) et de seconds chanfreins plans (31) sur la seconde face (3). 4. Procédé de réalisation d'au moins un composant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de découpe du composant (1) dans le substrat (100) comporte au moins les trois étapes suivantes: É Etape 1: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane (200) du substrat selon le pourtour de la première face (2) du composant de façon à créer les premiers chanfreins plans (21) ; É Etape 2: Découpe d'une deuxième épaisseur de la face inférieure plane (300) du substrat selon le pourtour de la seconde face (3) du composant de façon à créer les seconds chanfreins plans (31) ; É Etape 3: Découpe d'une troisième épaisseur de la face plane inférieure (300) du substrat (100) selon le pourtour de la seconde face du composant de façon à séparer le composant (1) du substrat (100), la troisième épaisseur étant égale à l'épaisseur du substrat (100). 5. Procédé de réalisation d'au moins un composant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de découpe du composant (1) dans le substrat (100) comporte au moins les trois étapes suivantes: É Etape 1: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane (200) du substrat selon le pourtour de la première face (2) du composant de façon à séparer le composant (1) du substrat (100), ladite première épaisseur étant égale à l'épaisseur du substrat; É Etape 2: Découpe d'une deuxième épaisseur de la face supérieure plane (200) du substrat selon le pourtour de la première face (2) du composant de façon à créer les premiers chanfreins plans (21) ; É Etape 3: Découpe d'une troisième épaisseur de la face plane inférieure (300) du substrat (100) selon le pourtour de la seconde face (3) du composant de façon à créer les seconds chanfreins plans (31). 6. Procédé de réalisation d'au moins un composant (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de découpe du composant dans le substrat (100) comporte au moins les quatre étapes suivantes: É Etape 1: Découpe d'une première épaisseur de la face supérieure plane (200) du substrat selon le pourtour de la première face (2) du composant; É Etape 2: Découpe d'une deuxième épaisseur de la face supérieure plane (200) du substrat selon le pourtour de la première face (2) du composant de façon à créer les premiers chanfreins plans (21) ; É Etape 3: Découpe d'une troisième épaisseur de la face 35 inférieure plane (300) du substrat (100) selon le pourtour de la 2870637 14 seconde face (3) du composant de façon à séparer le composant (1) du substrat (100), la troisième épaisseur étant égale à l'épaisseur du substrat. É Etape 4: Découpe d'une quatrième épaisseur de la face inférieure plane (300) du substrat (100) selon le pourtour de la seconde face (3) du composant de façon à créer les seconds chanfreins plans (31). 7. Procédé de réalisation d'au moins un composant selon la revendication 3, caractérisé en ce que au moins une opération de découpe spécifique dans la face du substrat (100) concernée par l'opération de découpe comporte au moins les sous-étapes suivantes: É Sous-étape 1: Découpe d'une première épaisseur selon le pourtour du composant de façon à créer une première ouverture; É Sous-étape 2: Découpe de la première épaisseur selon le même pourtour de façon à créer les premiers chanfreins plans dans la première ouverture. 8. Procédé de réalisation d'une pluralité de composants (1) selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que, lorsque le composant a une forme rectangulaire, les étapes ou les sous-étapes de découpe dans la face du substrat (100) concernée par l'opération de découpe comportent les opérations suivantes: É Réalisation d'un ensemble de premiers sillons parallèles entre eux et équidistants selon un profil adapté à l'étape de découpe considérée; É Réalisation d'un ensemble de seconds sillons parallèles entre eux et équidistants, lesdits seconds sillons étant perpendiculaires aux premiers sillons, lesdits seconds sillons ayant un profil adapté à l'étape de découpe considérée; l'intersection de deux premiers sillons consécutifs avec deux seconds sillons consécutifs délimitant le pourtour rectangulaire de la face d'un des composants. 9. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que au moins deux étapes ou deux sous-étapes de découpe sont réalisées simultanément. 10. Procédé de réalisation d'un composant selon les revendications 3 à 9, caractérisé en ce que les opérations de découpe sont réalisées au moyen d'une lame de coupe (5, 6, 7) circulaire en rotation. 11. Procédé de réalisation d'un composant selon la revendication 10 10, caractérisé en ce que le profil tranchant de la lame de coupe (5, 6) a la forme d'un U. 12. Procédé de réalisation d'un composant selon la revendication 10, caractérisé en ce que le profil tranchant de la lame de coupe (7) a la 15 forme d'un V. 13. Procédé de réalisation d'un composant selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'angle du V est compris entre 90 degrés et 120 degrés.