Brevet FR2958756A1 — publié le 20111014

Système de test haute fréquence d'un composant électronique Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de test haute fréquence d'un composant électronique. Le domaine de l'invention est celui du test a haute fréquence «in situ» des circuits intégrés. Plus particulièrement, la présente invention concerne les circuits intégrés encapsulés à l'intérieur de boîtiers pour former des composants à montage en surface et plus particulièrement encore les composants à montage de surface dont l'interface électrique avec le circuit imprimé sur lequel ils sont implantés est de type BGA (Bali Grid Array). La présente invention a pour but de permettre l'accès à toutes les billes de soudure d'un circuit intégré pour mesurer en haute fréquence des signaux, sans avoir à développer un circuit de test dédié. L'invention s'applique principalement au test manuel mais peut etre utilisé pour un test automatique de tels circuits. Etat de la technique Dans le domaine du développement et de la fabrication de circuits intégrés fonctionnant à des fréquences > 100MHz, et devant le besoin de plus en plus fort d'y intégrer de nouvelles fonctions, les circuits intégrés sont généralement encapsulés dans des boîtiers étanches, dits boîtiers « BGA » car montés sur le circuit imprimé au moyen d'une interface électrique connue sous la dénomination anglo-saxonne de 'Bali Grid Array'. Cette interface consiste en une série de billes, en matériau de brasage, brasées sur les points d'interconnexion du boîtier renfermant le circuit intégré. Lesdites billes débouchent sur une face externe du circuit qui forme généralement une face inférieure du boîtier. Par suite, l'assemblage du boîtier sur le circuit imprimé est réalisé de sorte que les billes brasées sur sa face inférieure entrent en contact avec les points d'interconnexion correspondants du circuit imprimé. Certains boîtiers ont jusqu'à mille billes d'interconnexion. Les distances les plus courantes entre les billes sont actuellement de l'ordre de 1 mm, 0.8mm et 0.5mm. Les fabricants de boîtiers annoncent une prochaine génération avec des isolements de 0.2 à 0.4mm. Même si l'utilisation d'une interface de type BGA présente un certain nombre d'avantages, un test de bon fonctionnement du boîtier, à la fois fiable et non destructif est difficile à obtenir. Cette difficulté est particulièrement accentuée dans le cas de mesure haute fréquence d'un circuit intégré en boîtier BGA. En effet, pour étudier la compatibilité électromagnétique des boîtiers BGA et des cartes électroniques il est nécessaire d'extraire par mesure des paramètres électriques des circuits intégrés pour les modéliser. Ces modèles permettront de valider par calcul et simulation le design des cartes électroniques. La mesure des paramètres, tels que les courant/tension dynamiques et les éléments passifs à l'exemple des résistances, des inductances ou des capacités de couplage du boîtier, doit se faire dans le domaine fréquentiel. Ces paramètres doivent généralement être mesurés au plus près des interconnexions du boîtier afin de réduire l'influence d'éléments parasites liés à la mesure, rendant ainsi plus difficile la mesure en haute fréquence et limitant du même coup la bande de fréquence de validité des modèles. Dans l'état de la technique, pour mesurer les paramètres du circuit intégré en boîtier BGA, il est nécessaire de connecter électriquement le boîtier à un banc de test, par l'intermédiaire d'un circuit imprimé d'interface de test, et de réaliser des connexions permettant d'assurer une bonne adaptation en fréquence des signaux échangés entre le boîtier et le banc, sans pour autant avoir recours à un assemblage par brasage. Le brasage constituerait en effet un assemblage quasi définitif du boîtier sur le circuit imprimé de test. Cet assemblage nécessiterait, après l'exécution du test, un démontage ayant en particulier pour conséquence d'endommager, sinon le boîtier, du moins les billes constituant l'interface BGA. Pour réaliser une connexion temporaire, non destructrice, du boîtier au circuit de test, une solution connue consiste à positionner le boîtier sur le circuit et à maintenir le boîtier en place en appliquant une certaine pression sur le boîtier. Cette pression doit être choisie de façon à assurer le contact des billes disposées sur la face inférieure du boîtier avec les points de connexion correspondants sur le circuit imprimé de test. Elle doit par ailleurs être suffisante pour maintenir le boîtier en position, sans toutefois imposer une pression propre à endommager ce boîtier. Une telle solution permet avantageusement d'éviter, lors de la phase de test, d'avoir à souder le boîtier sur le circuit imprimé de test, puis le test étant achevé d'avoir à dessouder le boîtier, opération qui risque pour le moins d'endommager le boîtier. En revanche, la mise en oeuvre de cette solution simple présente des 5 inconvénients dus à la difficulté d'une mise en contact parfaite, par simple pression, du boîtier et du circuit imprimé de test. En effet, au moment du test, le boîtier est équipé de billes de soudure destinées à réaliser le brasage du boîtier sur le circuit imprimé. Or, après brasage des billes de soudure au niveau des points de connexion situés sur 10 sa face inférieure, le boîtier présente une surface de pose qui n'est pas parfaitement plane, du fait en particulier de la dispersion existant sur le diamètre des billes utilisées et de la déformation subie par les billes lors de leur brasage. Cette non-planéité de la surface de pose du boîtier ainsi équipé de 15 ses billes de soudure a pour conséquence que, lorsque le boîtier est posé sur le circuit imprimé de test, certaines des billes (celles de plus petits diamètres principalement) ne sont pas, ou imparfaitement, en contact avec le point de connexion correspondant du circuit imprimé. Par suite, l'application d'une pression légère sur le boîtier ne suffit pas 20 à assurer un contact électrique correct, de sorte que certains signaux électriques devant normalement être échangés au cours du test entre le boîtier et le circuit de test ne le sont pas, ou le sont de manière insatisfaisante, et que le test peut s'avérer négatif du simple fait d'importantes impédances parasites des mauvais contacts, le boîtier étant 25 par ailleurs en état de fonctionner. Pour remédier à ce défaut de planéité, on applique généralement une pression plus importante sur le boîtier de façon à écraser légèrement les billes de connexion qui font saillie sur le plan de pose, en particulier celles de plus forts diamètres, et ramener ainsi la surface de pose du composant à une 30 surface plane. Cependant, outre le fait qu'en appliquant une pression plus élevée au boîtier on risque de l'endommager, l'écrasement de certaines billes ainsi provoqué peut s'avérer préjudiciable à la qualité du brasage du boîtier sur le circuit imprimé opérationnel. En effet, les billes ainsi déformées peuvent 35 assurer, lors de leur brasage, des connexions dont la qualité ne correspond pas à celle attendue. En outre, compte tenu de la densité des billes d'interconnexion du boîtier, pour prélever les signaux des paramètres testés, il est nécessaire de récupérer les signaux par des pistes sur toutes les couches du circuit imprimé de test. Les liaisons entre les pistes des différentes couches et les composants du circuit imprimé de test sont assurées en général par des trous métallisés appelés vias. Les pistes et les vias entre les couches de ce circuit de test sont équivalentes en hautes fréquences à des inductances supérieures à 1 nH et des capacités supérieures à 1 pF. Ces éléments parasites induisent des erreurs dans les mesures des paramètres et limitent la bande de fréquence de validité des boîtiers BGA testés. Une autre difficulté pour tester le bon fonctionnement du boîtier BGA est due au fait que la connexion entre le circuit imprimé de test et les sondes de mesures hautes fréquences est effectuée à l'aide de connectiques de type micro-connecteur coaxiaux dites pSMA. En effet, la surface de cette connectique, environ 2x2mm2, correspond à une proportion significative comparée à la surface des boîtiers contenant les billes de soudure matricielle, 20x20mm2. Dans ces conditions, il est difficile d'accéder à chaque bille de soudure du boîtier, limitant ainsi la possibilité de modéliser tout le circuit intégré audit boîtier. Ainsi, il existe aujourd'hui un besoin de trouver un moyen économique, sécurisé, fiable et simple pour permettre d'effectuer des mesures fiables en haute fréquence sur un boîtier à billes de soudure disposées en matrice. Plusieurs études sont actuellement en cours dans ce sens. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de répondre à ce besoin tout en remédiant aux inconvénients des techniques précédemment citées. Pour ce faire, l'invention propose un système de test comportant des prolongateurs électriques destinés à raccorder électriquement chacune des billes de connexions d'un boîtier de type BGA à un dispositif de mesure du système de test. Ledit système est configuré de sorte que des points de connexion des prolongateurs électriques soient respectivement en regard des billes de connexions du boîtier BGA. Les prolongateurs électriques du système de test de l'invention permettent ainsi de faciliter l'accès à quasiment l'ensemble des billes d'un circuit intégré en boîtier BGA, sans nécessité de développer un circuit de test spécifique comme dans l'état de la technique. Les prolongateurs électriques du système de test de l'invention sont réalisés de telle sorte qu'ils permettent de connecter au plus court les billes de connexions du boîtier BGA avec notamment les moyens d'alimentations, et le dispositif de mesure. Cette connexion directe rend le prolongateur universel puisqu'il peut 10 être utilisé pour différents circuits intégrés en boîtier BGA. Ce type de connexion quasi directe permet de réduire au minimum les longueurs de pistes et donc de minimiser l'effet négatif des inductances et des capacités parasites de liaison, lors de mesures à des fréquences élevées. 15 Ces prolongateurs électriques de l'invention sont particulièrement adaptés pour prélever les paramètres définis dans les standards de modèles de circuits intégrés pour le contrôle de l'intégrité du signal, comme le modèle IBIS et pour l'analyse de la CEM avec les modèles ICEM/ICIM. Le système de test de l'invention permet ainsi de réaliser de manière 20 simple, efficace et économique une mesure des paramètres HF d'un circuit intégré en boîtier BGA. Ledit système comporte en outre des moyens pour appliquer une pression sur le boîtier, de façon à maintenir le boîtier en position et à établir le contact entre les billes de connexion du boîtier et les points de connexion 25 correspondants des prolongateurs électriques. En outre, ledit système de test est également configuré de sorte qu'il permet de réaliser un montage et une interconnexion amovibles, de sorte que le boîtier puisse être désolidarisé sans dommage des billes de connexion, après exécution du test de bon fonctionnement. 30 Plus précisément, l'invention a pour objet un système de test en haute fréquence d'un boîtier de type BGA, - ledit boîtier comportant un réseau de billes conductrices de raccordement à un plan de masse ou à un plan d'alimentation dudit boîtier, - ledit système de test étant connecté électriquement au boîtier par 35 l'intermédiaire des billes de raccordement, caractérisé en ce qu'il comporte - un corps dans lequel des puits de raccordement traversant sont aménagés, - les puits sont répartis de sorte à être chacune en regard d'une bille 5 de raccordement, - un prolongateur électrique est inséré dans chaque puits aménagé, - ledit prolongateur étant réalisé de sorte à assurer des liaisons électriques de longueurs variables entre les billes de raccordement du boîtier et le système de test et à compenser des défauts de planéités desdites 10 billes. Avantageusement, l'invention est également caractérisée en ce que le système de test comporte - un dispositif de test comportant un premier élément conducteur destiné à être connecté à une bille reliée à une piste d'alimentation du circuit 15 intégré, par l'intermédiaire du prolongateur, - ledit dispositif de test comporte en outre un deuxième élément conducteur destiné à être connecté aux billes reliées à une piste d'alimentation de masse du circuit intégré, par l'intermédiaire des prolongateurs correspondants. 20 Avantageusement, l'invention est également caractérisée en ce que le système de test comporte un dispositif d'alimentation comportant un troisième élément conducteur, destiné à alimenter en énergie électrique les pistes d'alimentation du circuit intégré, ledit troisième élément conducteur étant connecté à une bille reliée audites pistes, par l'intermédiaire du 25 prolongateur correspondant. Avantageusement, l'invention est également caractérisée en ce que la répartition des puits et leur espacement dépendent de la répartition des billes de raccordement du boîtier. Avantageusement, l'invention est également caractérisée en ce que le 30 prolongateur est configuré de sorte à être déformable par une pression exercée par les éléments conducteurs, de sorte à compenser les défauts de planéité des billes. Ce prolongateur peut être une broche de connexion réalisée à partir d'un matériau souple, comportant des éléments conducteurs élastiques ou un ressort. 35 Avantageusement, l'invention est également caractérisée en ce que le prolongateur présente à ses extrémités une forme de coopération apte à épouser la forme de la bille ou de l'élément conducteur. Cette forme de coopération du prolongateur est de préférence concave. Brèves description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : Une vue en coupe schématique d'un boîtier de type BGA connecté à un système de test selon un mode de réalisation de l'invention, - Figure 2 : Une vue agrandie du boîtier BGA connecté au système de test. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente une vue en coupe d'un boîtier de type BGA connecté à un système de test d'un mode de réalisation de l'invention. Les représentations des figures ne sont pas à l'échelle pour des raisons de clarté. Comme le montre la figure 1, un boîtier 10 de type BGA se caractérise par un moulage 11, par exemple de résine époxy, qui se prolonge depuis la face supérieure d'une plaquette 12 isolante recevant une puce 13 de circuit intégré, jusqu'au moins la périphérie de la face inférieure de cette plaquette 12. Le circuit intégré 13 est destiné à fonctionner à des fréquences supérieures ou égales à 1 GHz. La puce 13 de circuit intégré est disposée sur la face supérieure de la plaquette 12 avec interposition d'une couche de collage 14. Le moulage 11 est destiné à encapsuler le circuit intégré 13. La plaquette 12 isolante est par exemple du type utilisé pour former des cartes de circuit imprimé. La face inférieure de la plaquette 12 comprend un réseau, de préférence régulier, de bossages ou billes 15 conductrices de raccordement. Les billes 15 sont espacées par exemple de 0,5 à 1,27 millimètres. La liaison des billes 15 de raccordement à des bornes sur une surface de la puce 13 s'effectue par l'intermédiaire de pistes conductrices et de plots de connexion 16 et 17 respectivement en face inférieure et supérieure de la plaquette 12, de trous métallisés 18 et de fils conducteurs 19. Chaque bille 15 est ainsi reliée à l'un des plots 17 de connexion sur la face opposée de la plaquette . Dans un mode de réalisation préféré, le circuit intégré 13 comporte au moins deux broches (non représentées) reliées aux pistes d'alimentation du circuit 13 sur lequel elles sont installées. Les pistes d'alimentation comportent des pistes de masse, de tensions négatives et de tensions positives. Le circuit intégré 13 sous test est alimenté par lesdites broches, ce qui lui donne une meilleure polyvalence. Le boîtier 10 doit être soumis lors de sa fabrication, et surtout après son achèvement, à une série de contrôles destinés à vérifier son bon fonctionnement. Ces contrôles sont opérés en reliant les billes 15 de raccordement à un système de test 20 prévu pour opérer, de façon automatique, un certain nombre de mesures. Le système de test 20 comporte un corps 21 dans lequel des puits 22 de raccordement traversant sont aménagés. L'épaisseur du corps 21 est faible, par exemple, de l'ordre de l mm afin de minimiser l'inductance série du dispositif de test, et avec une faible constante diélectrique relative afin de réduire les couplages capacitifs internes. Dans un mode de réalisation préféré, la constante diélectrique est inférieure sensiblement à 4. Dans un exemple, le corps 21 est réalisé avec une résine époxy dont la constante diélectrique Er équivaut approximativement à 4. Dans un autre exemple, le corps 21 peut être réalisé avec du Polyimide, du Mica, du Téflon ou du polystyrène. La répartition des puits 22 et leur espacement sont dictés par la répartition des billes 15 de raccordement du boîtier 10. Les puits sont répartis, par exemple, selon un réseau régulier, en lignes et en colonnes avec un pas d'espacement équivalent au pas d'espacement des billes 15 du boîtier à tester. Les puits 21 sont ainsi répartis de sorte à être respectivement en regard des billes 15. Le système de test 20 comporte un prolongateur 23 électrique réalisé de sorte à être inséré dans chaque puits 22 aménagé dans le corps 21. Dans un mode de réalisation préféré, le prolongateur 23 électrique est réalisé de sorte que sa résistance électrique soit inférieure sensiblement à 1 mn et son inductance inférieure à 0,5nH. La capacité entre deux prolongateurs 23 successifs est inférieure à 1 pF. Les dimensions du prolongateur 23 sont déterminées de sorte que la 8 distance entre les billes de connexions et le système de test soit assez courte pour permettre de réduire les effets parasites de capacité et de self inductance. Dans l'invention, ces effets parasites de self inductance sont inférieurs à 0,5nH. Cette courte distance permet également d'améliorer les temps de réponse des signaux. La forme et les dimensions du prolongateur 23 sont déterminées de sorte à le bloquer dans la cavité du puits 22 après son insertion. Le boîtier 10 est alimenté en énergie électrique par un dispositif d'alimentation 29 par l'intermédiaire d'un premier élément 30 conducteur. Ce premier élément 30 conducteur est raccordé électriquement aux pistes d'alimentation du circuit intégré par l'intermédiaire du prolongateur 23 inséré dans le puits 22 en regard de la bille 15 de connexion correspondante. Le système de test 20 comporte un dispositif de test 24 destiné à prélever les paramètres à mesurer à hautes fréquences. Le dispositif de test 24 comporte un deuxième élément conducteur 26 destiné à être connecté aux billes 15 reliées aux pistes d'alimentation de tensions positives ou négatives. Il comporte également un troisième élément conducteur 27 destiné à être connecté aux billes 15 reliées aux pistes d'alimentation de masse. Le prolongateur 23 est réalisé de sorte à faciliter le raccord électrique provisoire des billes 15 de raccordement avec les éléments conducteurs 26, 27 ou 30. Pour ce faire, le prolongateur 23 comporte un corps réalisé en un matériau bon conducteur de l'électricité et présentant, à ses extrémités, une forme de coopération destinée à raccorder électriquement et temporairement la bille 15 et les éléments conducteurs électriques du système de test 20 et du dispositif d'alimentation 29. L'invention permet ainsi de réduire les interfaces mécaniques entre la bille et le système de test minimisant, ainsi les risques de faux contact, ce qui augmente la fiabilité des mesures. Les moyens de coopération du prolongateur présentent une forme de coopération destinée à épouser la forme de la bille et celle de l'élément conducteur. Dans un mode de réalisation, le prolongateur 23 présente à ses extrémités une forme de coopération concave apte à épouser la forme de la bille 15 et d'un point de contact des éléments conducteurs. Cette forme concave permet d'absorber les défauts de planéité des billes afin d'assurer un bon contact électrique avec les éléments conducteurs. La forme de coopération dépend de la forme de la bille 15 et des éléments conducteurs. Dans un mode de réalisation préféré, les éléments conducteurs ont une forme coaxiale ou annulaire. Les éléments conducteurs sont de préférence choisis dans la gamme des câbles coaxiaux de sorte à accroître la fiabilité des mesures hautes fréquences en minimisant les pertes sur la ligne. Ce câble est également choisi de sorte à présenter une impédance caractéristique bien maîtrisée, une bonne immunité aux champs électromagnétiques et permet de bonnes reprises de blindage circulaires et pas de queue de cochon. Dans un exemple, le câble coaxial des éléments conducteurs comprend une impédance de 500. Dans une variante, les éléments conducteurs sont réalisés avec un câble à paires torsadées. La disposition des puits 22 et leur prolongateur 23 respectif permet ainsi de faciliter l'accessibilité des billes 15 du circuit intégré disposées en matrice. Ils permettent également de déconnecter facilement le système de test 20, après son contrôle, sans l'endommager. Il est connu que les billes 15 de raccordement présentent des diamètres qui ne sont pas parfaitement uniformes. Pour éviter que le contact entre certaines billes 15 et les éléments conducteurs soit imparfait ou aléatoire, le prolongateur 23 est réalisé de sorte à compenser ces inégalités, lors de l'interconnexion. Dans l'invention, la pression exercée par le dispositif 24 de test ou le dispositif d'alimentation 29 sur le prolongateur 23 par l'intermédiaire des éléments conducteurs, suffit à compenser les défauts de planéité des billes 15. Ainsi dans l'invention, les prolongateurs électriques sont réalisés de telle sorte qu'ils permettent une interconnexion électrique entre le boîtier 10 BGA et le dispositif 24 de mesure d'une qualité suffisante pour permettre audit boîtier d'échanger de manière satisfaisante des signaux hyperfréquences avec ledit dispositif de mesure. Dans un mode de réalisation, le prolongateur 23 est une broche de connexion. La broche de connexion est destinée à connecter électriquement le circuit 13 intégré au dispositif 24 de test. La broche de connexion peut être en matériau souple comportant des éléments conducteurs élastiques, ou au moins déformables, aptes à assurer des liaisons électriques de longueurs variables entre les billes 15 de raccordement du boîtier 10 et les éléments conducteurs du dispositif 24 de test ou du dispositif 29 d'alimentation. Ce matériau souple est suffisamment souple et élastique pour pouvoir être déformé dans la mesure nécessaire à la compensation d'éventuels défauts de planéité, ou inégalités des billes 15. Une très légère pression exercée sur le prolongateur 23, par l'intermédiaire des éléments conducteurs, permet, en déformant localement la couche de support, de garantir un bon contact avec la bille correspondante. En particulier, la déformation permet de compenser des inégalités de hauteur et/ou de diamètre de billes de contact. Dans un autre mode de réalisation, les moyens de connexion sont des ressorts. Le système de test de l'invention permet ainsi de tester plusieurs boîtiers 10 BGA différents avec un pas d'espacement identiques des billes 15 15 de raccordement. REVENDICATIONS1 - Système de test (20) haute fréquence d'un circuit intégré (13) en 5 boîtier (10) de type BGA, - ledit boîtier comportant un réseau de billes (15) conductrices, - ledit système de test étant connecté électriquement au boîtier par l'intermédiaire des billes, caractérisé en ce qu'il comporte 10 - un corps (21) dans lequel des puits (22) de raccordement traversant sont aménagés, - les puits sont répartis de sorte à être respectivement en regard des billes de raccordement, - un prolongateur (23) électrique est inséré dans chaque puits 15 aménagé, - ledit prolongateur étant réalisé de sorte à assurer des liaisons électriques de longueurs variables entre les billes de raccordement du boîtier et le système de test, et à compenser des défauts de planéités desdites billes. 20 2 - Système de test selon la revendication précédente, comportant en outre - un dispositif de test (24) comportant un premier élément (26) conducteur destiné à être connecté à une bille reliée à une piste d'alimentation du circuit intégré, par l'intermédiaire du prolongateur, 25 - ledit dispositif de test comporte en outre un deuxième élément (27) conducteur destiné à être connecté aux billes reliées à une piste d'alimentation de masse du circuit intégré, par l'intermédiaire des prolongateurs correspondants. 3 - Système de test selon la revendication précédente, comportant en 30 outre un dispositif d'alimentation (29) comportant un troisième élément conducteur (30) destiné à alimenter en énergie électrique les pistes d'alimentation du circuit intégré, ledit troisième élément conducteur étant connecté à une bille reliée audites pistes, par l'intermédiaire du prolongateur correspondant. 35 4 - Système de test selon l'une des revendications précédentes, danslequel la répartition des puits et leur espacement dépendent de la répartition des billes de raccordement du boîtier. - Système de test selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le prolongateur est configuré de sorte à être déformable par une 5 pression exercée par les éléments conducteurs, de sorte à compenser les défauts de planéité des billes 6 - Système de test selon la revendication précédente, dans lequel le prolongateur est une broche de connexion réalisée à partir d'un matériau souple comportant des éléments conducteurs élastiques. 7 - Système de test selon la revendication 5, dans lequel le prolongateur est un ressort. 8 - Système de test selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le prolongateur présente à ses extrémités une forme de coopération apte à épouser la forme de la bille ou de l'élément conducteur. 9 - Système de test selon la revendication précédente, dans lequel la forme de coopération du prolongateur est concave.