Brevet FR2894339A1 — publié le 20070608

CARTE SONDE POUR TESTS DE PUCES PHOTOSENSIBLES ET DISPOSITIF D'ILLUMINATION CORRESPONDANT. La présente invention concerne le domaine de la fabrication des puces électroniques, et notamment la phase de tests de 5 fonctionnement. Plus précisément, l'invention se rapporte au stade de fabrication dans lequel les puces sont créées sur des galettes (plaques), plaques en général de silicium plus communément 10 appelées wafers par anglicisme, qui sont des lamelles circulaires, taillées dans un matériau semi-conducteur, sur lesquelles sont fabriquées simultanément jusqu'à plusieurs milliers puces, que l'on sépare ensuite. 15 Les puces sont intégrées dans de plus en plus de produits de la vie courante (grand public) et professionnels. Le développement de produits optiques comme les caméras webcam , les téléphones portables photo ou 3G, les souris optiques, etc. nécessite l'intégration de puces photosensibles dans ces 20 dispositifs électroniques. L'invention porte spécifiquement sur la fabrication de ces puces photosensibles. 25 Avant d'intégrer chaque puce dans un boîtier correspondant, il est nécessaire de tester son fonctionnement, tant sur le plan électrique que sur le plan optique, c'est-à-dire son fonctionnement électrique dans des conditions d'éclairement données. 30 Il est connu de l'état de la technique antérieure des dispositifs de tests électriques et optiques pour puces. De tels dispositifs de test, décrits plus en détail ultérieurement, comprennent classiquement un sondeur, couplé à une carte sonde (carte à pointes), et sur lequel est montée une plaque comprenant la ou les puces à tester. Au-dessus de ce bloc se trouve un autre bloc correspondant à une tête de test. La carte à pointes est une carte de circuit imprimé, PCB pour printed circuit board en anglais. Elle permet de tester le fonctionnement des puces par contact entre des moyens de connexion électrique (les pointes) et des plots déterminés des puces à tester. Pour les dispositifs de test concernant des puces photosensibles, la carte à pointes est trouée pour permettre le passage de la lumière à travers la carte, la lumière passant soit directement par l'intermédiaire de trous, soit par l'intermédiaire de guides, fibres optiques par exemple. Le test à la lumière permet de contrôler le comportement électronique des puces photosensibles sous l'influence d'une lumière choisie, représentative des conditions d'utilisation opérationnelle du produit fini intégrant la/les puce(s) en question. Par la mise sous conditions réalistes, le test permet de détecter les défauts de réponse des puces, et donc d'effectuer une sélection, celles ne répondant pas à des critères de qualité déterminés étant éliminées. Les tests sont réalisés en série puce par puce, ou en parallèle, en fonction du nombre de puces sur la plaque, et de leur complexité (nombre de plots par puce). En termes de productivité, il est souhaitable d'effectuer les tests en parallèle. La production de lumière et le contrôle des conditions d'illumination sont essentiels. Le test doit être capable de faire varier ces conditions d'éclairement, par exemple par le nombre de lux par unité de surface, la longueur d'onde, la fréquence d'éclairage, le rapport signal / bruit, etc. L'ordre de grandeur des spécifications pour un type de puce donné pouvant aller jusqu'à quelques centaines. Par ailleurs, il existe un programme informatique de tests ainsi qu'un modèle du comportement attendu de la puce. Le comportement réel est comparé à ce comportement attendu et, en fonction des différences de comportement et de critères de qualité donnés, la puce testée est retenue ou non pour la suite de la fabrication. Les solutions connues mettent en œuvre des sources lumineuses en amont de la carte sonde, à l'intérieur ou à l'extérieur de la tête de test, qui illuminent la plaque par un système opto-mécanique particulièrement complexe. De plus, pour réaliser des tests en parallèle, les illuminateurs doivent obtenir une bonne uniformité de qualité lumineuse sur une large surface, ce qui est particulièrement difficile à réaliser. Afin de permettre des tests de puces photosensibles, un illuminateur classique possède une structure complexe comprenant notamment : une source externe d'énergie, un contrôleur d'illumination, un obturateur, des filtres de couleur, des atténuateurs opto-mécaniques, des lentilles, et une source lumineuse. Cette configuration pose un certain nombre de problèmes au rang desquels un dispositif de test est, par sa complexité, dédié à un type de tests de puces donné, ce qui réduit la flexibilité de la chaîne de production. De plus, par la complexité et la façon dont la lumière est amenée à la surface extérieure de la plaque, à travers une fibre optique ou une disposition particulière de lentilles, une grande quantité d'énergie lumineuse est nécessaire à la source. Or, de telles énergies sont produites le plus souvent par des lampes halogènes, qui ont une durée de vie limitée, et dont les propriétés optiques ne sont ni uniformes, ni stables dans le temps. En outre, dans le cas où la source lumineuse est à l'extérieur de la tête de test, l'encombrement inhérent à une telle source est également problématique. En effet, il est difficile d'obtenir une répartition lumineuse uniforme au niveau des plaques, pour les tests en parallèle, ce qui requiert une complexité accrue dans la disposition des lentilles et nécessite encore plus de puissance à la source. Dans le cas où une source lumineuse est placée à l'extérieur de la tête de test (source halogène), une telle configuration ne permet pas d'utiliser de lumière stroboscopique, ce qui est pourtant nécessaire dans le cadre de changement de conditions lumineuses pendant le test, par exemple pour des tests concernant des puces intégrées dans des souris optiques. Enfin, les cartes sondes étant trouées, le câblage de celles-ci est relativement complexe puisque le chemin optique doit être libre, aucun câble optique ou électrique ne devant se trouver sur ce chemin optique. Ainsi, vu tant la complexité des dispositifs de test que des spécificités des conditions d'illumination, les testeurs sont dédiés à un type de puce. Ce qui pose des problèmes dans les chaînes de production, ne serait-ce que par le temps nécessaire au changement des moyens utiles à la production d'une condition d'illumination donnée. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une carte sonde pour tests de fonctionnement électrique d'au moins une puce équipée de plots de connexion, dans des conditions d'éclairement données par un moyen d'éclairage, ladite carte sonde étant une carte de circuit imprimé (PCB) comprenant sur sa face inférieure des moyens de connexion électrique à ladite puce. A cette fin, la carte sonde de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, des moyens de connexion électrique au moyen d'éclairage. Grâce à cette configuration, la source lumineuse peut être intégrée au plus près de la plaque contenant les puces à tester, la source lumineuse pouvant être située au-dessus ou à côté de chaque puce en test. La source lumineuse selon l'invention reçoit son énergie et les signaux de commande (déclenchement, extinction) directement de la tête de test, à. travers la carte sonde. De préférence, le moyen d'éclairage comprend une pluralité de sources lumineuses unitaires, par exemple des diodes électroluminescentes (LEDs) couvrant n'importe quelle partie du spectre lumineux incluant l'infrarouge et l'ultraviolet, des diodes laser, etc. Avantageusement, les sources lumineuses unitaires sont agencées en matrice ou en réseau(x) de matrices. Dans un mode de réalisation, les sources unitaires sont fixées et câblées individuellement à la carte sonde. Dans un mode de réalisation alternatif, ces sources unitaires sont fixées et câblées sur une carte fille , cette carte fille étant fixée et câblée à la carte sonde. Une telle configuration permet le remplacement facile d'une ou plusieurs sources unitaires. Grâce à la configuration selon l'invention, une seule 20 source lumineuse unitaire, ou une somme de sources lumineuses unitaires, peut être utilisée sélectivement par puce testée. Le moyen d'éclairage est relié physiquement à la carte sonde, de manière amovible, pour faciliter le remplacement, ou 25 inamovible. Dans une première configuration, la carte de circuit imprimé comprend au moins un trou, le moyen d'éclairage étant situé dans ce trou, ou du côté de la face supérieure de la carte 30 sonde. 1520 Dans une deuxième configuration, la carte de circuit imprimé est pleine, le moyen d'éclairage étant situé du côté de la face inférieure de la carte sonde. Dans un mode de réalisation, la carte sonde comprend, en outre, des moyens de commande du moyen d'éclairage. Ces moyens de commande peuvent être intégrés à la carte fille susmentionnée. De préférence, ils sont configurés pour commander sélectivement chaque source lumineuse unitaire. Dans le mode de réalisation préféré, les moyens de connexion électrique et le moyen d'éclairage sont configurés pour tester en parallèle le fonctionnement d'une pluralité de puces. Dans un mode de réalisation, la carte sonde comprend en outre un photo-détecteur situé par exemple parmi les sources unitaires, et de préférence sur la face inférieure de la carte sonde. Grâce à cette configuration, la source lumineuse peut être aisément contrôlée par réflexion sur la plaque. Ainsi tous les signaux de déclenchement d'éclairement et de 25 retour peuvent être directement contrôlés par le testeur. Grâce à l'agencement proposé, un ajustement lumineux par puce est possible, ce qui est particulièrement avantageux lors de tests en parallèle. Dans un mode de réalisation, le chemin optique passe à travers des filtres et/ou des diffuseurs reliés au moyen d'éclairage ou à la carte sonde. 3015 Grâce à l'agencement proposé, la carte sonde peut être de n'importe quel type, verticale ou en porte à faux. L'invention concerne également un dispositif de test de fonctionnement d'une puce électronique dans des conditions d'éclairement données par un moyen d'éclairage, comprenant au moins une plaque, munie d'une pluralité de puces électroniques, et au-dessus de laquelle est positionnée au moins une carte sonde connectée au moyen d'éclairage tel que décrit précédemment. Dans ce dispositif, le signal de commande du moyen d'éclairage est envoyé audit moyen d'éclairage à travers la carte sonde. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre des moyens de déconnexion automatique configurés pour interrompre automatiquement le signal de commande d'éclairement du moyen d'éclairage. 20 Grâce à cette disposition, la carte est électriquement déconnectée dès que la tête de test est soulevée du dispositif d'interface, protégeant l'opérateur de rayonnements W ou lasers dangereux. La (dé)connexion se faisant à l'aide de broches Pogo 25 qui se retirent lorsque l'opérateur lève la tête de test. De préférence, la source lumineuse est constituée d'une pluralité de sources unitaires, chaque source unitaire étant contrôlable individuellement. Avantageusement, la lumière émise par le moyen d'éclairage est une lumière pulsée. 30 Grâce au dispositif selon l'invention, le contrôleur d'illumination de l'art antérieur est de fait supprimé, et la répartition lumineuse sur les puces testées est particulièrement uniforme. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans 10 lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de test selon l'art antérieur, - la figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'une carte sonde selon l'invention. 15 Comme représenté sur la figure 1, un dispositif classique de test de fonctionnement de puces électroniques comprend plusieurs éléments, et notamment : • un sondeur 20 ou prober en anglais, qui est un appareil 20 autonome capable de recevoir une cassette (non représentée) avec un certain nombre de plaques -typiquement 25 -, de transporter chaque plaque vers un support individuel (non représenté) et d'aligner la plaque 200 par rapport à une carte à pointes 100, 25 • un testeur (non représenté) configuré pour exécuter un programme informatique de test correspondant à la puce à tester, c'est-à-dire au dispositif électronique final comprenant la puce à tester, et qui comporte une tête de test 10. Cette tête de test s'attache physiquement et 30 électriquement au sondeur 20 à travers un dispositif d'interface 40 Device Interface Board (DIB) qui est physiquement et électriquement attaché au sondeur de façon amovible et sur lequel la tête de test s'agrippe physiquement et électriquement, et • une carte à pointes 100, chargée dans le sondeur de façon facilement amovible, et qui assure le contact entre le dispositif d'interface 40 et la plaque 200 lorsque le support individuel comportant la plaque monte jusqu'à ce que la plaque soit en contact avec les pointes de la carte à pointes. Pour le lancement d'un test électrique, une cassette comprenant des plaques (wafers) est chargée dans le sondeur, et une carte à pointes correspondant au produit à tester est chargée dans le dispositif de test. Un programme informatique de configuration correspondant au produit à tester est chargé, ledit programme permettant au sondeur d'aligner la plaque par rapport à la carte à pointes. Le test est lancé par un opérateur grâce à une interface distante, par exemple un écran tactile. Le sondeur déplace alors le support individuel sur un plan horizontal (selon deux axes orthogonaux x et y) afin que les pointes de la carte à pointes se trouvent juste au-dessus des plots de contact de la première puce à tester, puis lève le support individuel pour établir le contact. La carte à pointes est chargée de façon amovible dans le sondeur et la tête de test se connecte à cette carte via le dispositif d'interface. Une fois en contact, le sondeur envoie un signal au testeur afin que le testeur déroule le programme de test. Dès que le test est fini, le testeur renvoie un signal au sondeur afin que celui-ci déplace le support individuel vers la prochaine puce (pour des tests en série). Les deux appareils communiquent entre eux par exemple via un câble de type GPIB ou une liaison RS232. Dans le cas d'un test optique, il faut ajouter une séquence d'éclairement pendant le déroulement du programme de test électrique. Le dispositif de test comprend alors un illuminateur auquel le testeur envoie un signal de commande pour s'éclairer et/ou s'éteindre, éventuellement plusieurs fois par puce testée. Dans un mode de réalisation de l'art antérieur représenté à la figure 1, un illuminateur, contrôlé par un contrôleur 30, comprend un moyen d'éclairage 60, par exemple des diodes électroluminescentes (LEDs) qui diffusent la lumière vers la plaque à travers un diffuseur 50. Ainsi, dans un dispositif de test selon l'invention, une plaque comprenant une pluralité de puces à tester, de préférence en parallèle, est positionnée entre le sondeur et la tête de test. Au dessus de la plaque est positionnée la carte sonde. Cette carte sonde est connectée, comme décrit précédemment, au moyen d'éclairage, de préférence constitué d'une pluralité de LED. Le moyen d'éclairage étant relié physiquement et électriquement à la carte sonde, le signal de commande du moyen d'éclairage est envoyé à celui-ci à travers la tête de test et la carte sonde, ce qui simplifie le schéma de câblage électrique en supprimant notamment le contrôleur d'illumination de l'art antérieur. Grâce à cette configuration, lorsqu'un opérateur relève la tête de test, par exemple pour changer une LED, ou changer de carte sonde, le lien électrique entre la tête de test et la carte sonde est rompu, le signal de commande d'éclairement du moyen d'éclairage est donc rompu automatiquement, ce qui permet de sécuriser le dispositif de test, notamment lors de l'utilisation de lumière UV ou laser dangereuse pour l'opérateur. Selon l'invention, figure 2, le moyen d'éclairage est couplée à la carte sonde. De préférence, le moyen d'éclairage comprend des sources lumineuses unitaires de type LED et est physiquement et électriquement relié à la carte à pointes. Il reçoit ses signaux de commande de la tête de test via le dispositif d'interface et des connexions situées sur la carte à pointes. Les LED sont donc reliées physiquement à la carte à pointes, et sont également reliées électriquement à celle-ci. Avantageusement, un montage amovible permet de faciliter une éventuelle réparation. A titre d'alternative, le moyen d'éclairage peut également être totalement intégré à la carte à pointes, de manière inamovible. Dans une première configuration, la carte sonde est trouée. Aussi, dans un premier mode de réalisation, le moyen d'éclairage est situé du côté de la face supérieure de la carte sonde. Tel que représenté sur la figure 2, la carte sonde 100 comprend alors des pointes 110, un connecteur 130 permettant de relier électriquement la carte sonde au moyen d'éclairage 150 constitué dans cet exemple de LED ; et, de manière optionnelle, la carte sonde 100 comprend un raidisseur 140, par exemple métallique, permettant de rigidifier structurellement la carte. Dans ce mode particulier de réalisation, la carte sonde comprend, en outre, un dispositif de commande de la source lumineuse 120, par exemple sous forme de circuit imprimé tel qu'une carte fille. Dans ce mode particulier de réalisation, la carte sonde est équipée de moyens d'amenée de la lumière vers la face inférieure de la carte, par exemple par les trous de la carte ou des guides d'ondes tels que des fibres optiques. Dans un deuxième mode de réalisation, le moyen d'éclairage est intégré dans la carte sonde, par exemple, lorsque la carte comprend un substrat céramique, par insertion dans celui-ci, par exemple en insérant des LED dans des trous de la carte sonde. Ce mode réalisation permet de ne pas nécessiter de guides d'ondes tels que des fibres optiques pour amener la lumière vers la face inférieure de la carte sonde, puisqu'une partie au moins des LED fait surface du côté de la face inférieure de la carte sonde. Dans une deuxième configuration, la carte sonde n'est pas trouée. Ainsi, dans un troisième mode de réalisation, le moyen d'éclairage est situé directement du côté de la face inférieure de la carte sonde, certains composants de la carte à pointes pouvant être à ce titre de type lumineux afin d'éclairer la puce à tester. Par exemple, le moyen d'éclairage peut être constitué de LED soudées sur la face inférieure de la carte. Quel que soit le mode de réalisation, les sources 25 lumineuses unitaires (LED) sont avantageusement agencées en matrice ou en réseau(x) de matrices. Certains produits à tester nécessitent d'utiliser une lumière diffuse. Selon l'invention, on peut alors prévoir 30 d'utiliser un diffuseur monté sur la carte, entre le moyen d'éclairage et la puce, et de préférence sur la face inférieure de la carte. A titre d'alternative, le moyen d'éclairage, par exemple LED, peut posséder un diffuseur intégré. Par la proximité entre le moyen d'éclairage et la plaque de test, la distance entre ce diffuseur et la puce peut être quasi nulle. Avantageusement, le signal de commande du moyen d'éclairage permet de tester les puces sous une lumière pulsée (stroboscopique). 15 REVENDICATIONS 1. Carte sonde pour tests de fonctionnement électrique d'au moins une puce équipée de plots de connexion, dans des conditions d'éclairement données par un moyen d'éclairage, ladite carte sonde étant une carte de circuit imprimé (PCB) comprenant sur sa face inférieure des moyens de connexion électrique à ladite puce, caractérisée en ce que la carte sonde comprend, en outre, 10 des moyens de connexion électrique au moyen d'éclairage. 2. Carte sonde selon la revendication 1, dans laquelle le moyen d'éclairage comprend une pluralité de sources lumineuses unitaires. 3. Carte sonde selon la revendication 2, dans laquelle les sources lumineuses unitaires sont agencées en matrice ou en réseau(x) de matrices. 20 4. Carte sonde selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle le moyen d'éclairage est relié physiquement à la carte sonde. 5. Carte sonde selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, dans laquelle la carte de circuit imprimé comprend au moins un trou, le moyen d'éclairage étant situé dans ce trou ou du côté de la face supérieure de la carte sonde. 6. Carte sonde selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 4, dans laquelle la carte de circuit imprimé est pleine, le moyen d'éclairage étant situé du côté de la face inférieure de la carte sonde. 5 7. Carte sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2, comprenant, en outre, des moyens de commande du moyen d'éclairage configurés pour commander sélectivement chaque source lumineuse unitaire. 8. Carte sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens de connexion électrique et le moyen d'éclairage sont configurés pour tester en parallèle le fonctionnement d'une pluralités de puces. 10 9. Dispositif de test de fonctionnement d'une puce électronique dans des conditions d'éclairement données par un moyen d'éclairage, comprenant au moins une plaque munie d'une pluralité de puces électroniques, et au-dessus de laquelle est 15 positionnée au moins une carte sonde connectée au moyen d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dispositif dans lequel le signal de commande du moyen d'éclairage est envoyé audit moyen d'éclairage à travers la 20 carte sonde. 10. Dispositif de test de fonctionnement d'une puce électronique selon la revendication 9, comprenant en outre des moyens de déconnexion automatique configurés pour interrompre 25 automatiquement le signal de commande d'éclairement du moyen d'éclairage. 11. Dispositif de test de fonctionnement d'une puce électronique selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, 30 dans lequel la lumière émise par le moyen d'éclairage est une lumière pulsée.