Qu’est-ce qu’une carte de sondes ?
Une carte de sondes est un instrument nécessaire à l’inspection au niveau des plaquettes dans le processus de fabrication des semi-conducteurs.
Elles sont utilisées en les attachant à l’équipement d’inspection des plaquettes. La majeure partie du coût des semi-conducteurs est déterminée par l’équipement de fabrication. Le coût du boîtier lui-même et de l’emballage a également un impact significatif au cours de la phase de fabrication. C’est pourquoi il est possible de contrôler les coûts en déterminant si un produit est bon ou mauvais au niveau de la plaquette, une fois le processus de fabrication des semi-conducteurs achevé, et en n’envoyant que les bons produits vers les processus suivants.
Une plaquette contient plusieurs centaines à plusieurs milliers de puces. L’inspection des plaquettes consiste à trier ces puces en déterminant si elles sont bonnes ou mauvaises avant de les découper en pièces individuelles et de les emballer, et les cartes sondes sont nécessaires à ce niveau.
Utilisations des cartes de sondes
L’inspection des plaquettes de silicium implique un testeur LSI : il introduit des signaux électriques, appelés motifs de test, dans la puce et évalue le motif du signal de sortie en le comparant à la valeur attendue, un prober de plaquette. Il contrôle le positionnement au niveau de la puce pour connecter avec précision les signaux aux bornes d’électrodes de chaque puce, et une carte de sonde, qui contrôle le positionnement pour atteindre avec précision des centaines, voire des dizaines de milliers de bornes d’électrodes dans la puce.
Les cartes de sondes doivent donc être fabriquées spécifiquement pour chaque modèle de puce, ce qui est coûteux en soi et nécessite une recréation en raison de l’usure due à l’utilisation, mais est essentiel en termes de coûts de production globaux. Les puces à semi-conducteurs sont utilisées un nombre incalculable de fois, non seulement dans les ordinateurs, mais aussi dans presque tous les produits de notre vie, et les cartes de sondes en sont l’un des supports.
Principe des cartes de sondes
La carte de sondes est montée sur le prober de la plaquette et sert de connecteur entre les bornes d’électrodes de la puce et le testeur LSI via le prober de la plaquette.
Des broches de contact à déversement et des broches à haute densité sont montées sur la tête de test LSI pour la connexion. Le pas de placement des bornes d’électrodes sur la puce semi-conductrice est plus étroit que la densité de placement des broches de la tête de test, à plusieurs dizaines de microns : il est nécessaire de connecter les deux par l’intermédiaire d’une carte de sondes.
Structure des cartes de sondes
La partie supérieure de la carte de sondes comporte les bornes de connexion avec la tête de test et la partie inférieure comporte les aiguilles de connexion aux bornes d’électrodes de la puce semi-conductrice.
En connectant les bornes de connexion de la tête de test et de la carte de sondes, puis en connectant les bornes d’électrode de la puce semi-conductrice et l’aiguille de la carte de sondes, une connexion électrique est formée et chaque puce semi-conductrice sur la tranche de silicium est testée en jugeant si elle est bonne ou mauvaise en fonction des signaux électriques émis par le testeur LSI.
Les cartes de sondes sont disponibles en version avancée et en version cantilever. Dans la version avancée, des blocs avec des bornes verticales sont fixés à la carte et les sondes peuvent être disposées librement pour faciliter la maintenance. Dans le cas du type cantilever, les sondes sont montées directement sur la carte sans aucun bloc, ce qui permet de s’adapter plus facilement aux bornes à pas étroit.
Informations complémentaires sur les cartes de sondes
En raison des exigences de précision et de fiabilité élevées dans l’inspection des wafers, les cartes de sondes sont souvent fabriquées à partir de substrats céramiques. Kyocera utilise par exemple des substrats céramiques monocouches et multicouches à couche mince avec métallisation pour les cartes sondes destinées aux DRAM, aux mémoires flash et aux dispositifs logiques.
En général, les connexions de signaux des circuits semi-conducteurs intégrés à grande échelle, appelés LSI ou LSI système, utilisent des connecteurs à ressort ou des connecteurs à haute densité pour leurs bornes. Les cartes de sondes servent également d’intermédiaire entre cette tête de test et la plaquette à inspecter. Comme elles exigent un haut degré de fiabilité de connexion et des fonctions de performance de test électrique, leurs mécanismes et leurs matériaux sont délicats. Des matériaux tels que la céramique sont utilisés.
Toutefois, les cartes de sondes ont une durée de vie limitée et doivent être remplacées régulièrement. La moindre déformation due à un impact physique les empêche de remplir l’usage auquel elles sont destinées et ce sont des articles consommables difficiles à réparer.