Soutenance mémoire
Dans le cadre de ma formation en IUT Mesures Physiques, la deuxième année se termine par un stage en entreprise d’une durée minimum de 10 semaines afin de valider le diplôme de technicien supérieur. Mon stage s’est déroulé au laboratoire du LAAS (Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes) au sein du service TEAM. Le service est divisé en plusieurs zones qui assurent le support technologique aux activités de recherche pour le prototypage de micro et nano composants. Il est en charge du fonctionnement et du développement de la plate forme de Micro et Nano Technologies qui met en commun l’ensemble des moyens de fabrication du laboratoire dans ce domaine. Le projet auquel j’ai participé émanait de 2 zones distinctes que sont l’assemblage et la métallisation. Le but étant de créer une base de données référençant la qualité des microsoudures en fonction des différentes métallisations et de leurs différentes épaisseurs. En effet, afin de caractériser au mieux les composants créés au sein de la salle banche il est nécessaire de s’assurer de leurs bonnes connexions électriques. Pour cela, Il existe des normes indiquant les valeurs théoriques minimum de résistance des fils de soudure, qu’ils soient d’or ou d’aluminium. La norme IPC-TM-650 montre que pour un fil de 25 µm de diamètre comme ceux utilisé au LAAS, la force minimum d’arrachement est de 1,5 à 3 gf (Gramme Force). Ces valeurs permettent d’avoir une idée des résultats à obtenir lors des tests.
Contexte du stage
Le CNRS
Le Centre national de la recherche scientifique est un organisme public de recherche (Établissement public à caractère scientifique et technologique). Il mène des recherches dans l’ensemble des domaines scientifiques et technologiques comme les mathématiques, la physique, la chimie, les sciences du vivant… Le CNRS exerce donc son activité dans tous les champs de la connaissance, en s’appuyant sur plus de 1100 unités de recherche et de service.
Le Laboratoire du LAAS
Le laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes est une unité propre du CNRS. Situé à Toulouse, ce laboratoire mène des recherches dans quatres disciplines : Informatique, Robotique, Automatique et Micro et nano systèmes.
Le Service TEAM
Le service TEAM, ou Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique, est le service chargé de la gestion et du fonctionnement de la salle blanche du LAAS, ainsi que d’une grande partie des développements technologiques qui y sont effectués. Chaque membre du service intervient dans des zones particulières de la plate-forme technologique. Dans ces zones, ils veillent à la gestion du matériel, sa bonne utilisation, et à la formation des utilisateurs. Ils jouent également un rôle de coordinateurs de projets entre différentes zones.
Définition du sujet de stage
Dans le cadre d’un projet visant à caractériser la résistance mécanique de micro-fils de câblage électrique en fonction des techniques de dépôt et des conditions opératoires, plusieurs missions m’ont été attribuées.
Dans un premier temps, j’ai dû mettre au point un procédé de nettoyage pour les wafers de silicium qui sont des disques assez fins de matériaux semi-conducteurs. Ces microstructures sont une composante majeure dans la fabrication des circuits intégrés, des transistors, des semi-conducteurs de puissance ou des MEMS (systèmes micro électromécaniques).
Le but étant de caractériser la résistance des micro-fils de soudures afin de s’assurer du bon fonctionnement du composant réalisé, plusieurs paramètres ont été étudiés. L’épaisseur des métallisations, les procédés de réalisation des métallisations dans un premier temps, l’appareillage et les techniques de métallisation dans un second temps.
Les procédés de fabrication des wafers de test varient selon deux techniques distinctes: le lift off et la gravure chimique (recuit ou non recuit dans les deux cas). Les appareillages de métallisation de la salle blanche pouvaient effectuer deux types de techniques, la métallisation par évaporation ou par pulvérisation (Sputtering). A la fin du processus de fabrication des wafers de test, j’ai réaliser des micro-soudures sur les plots métalliques créés dans le but de caractériser leurs résistances mécaniques sur une machine de test en arrachement par traction. Ce test permet notamment de déterminer le pic de force nécessaire à la rupture de chaque soudure ainsi que l’endroit et la manière dont la soudure casse. Toutes ces données ont ensuite été traitées pour l’obtention d’une base de données référençant la qualité des soudures en fonction de tous les paramètres précédemment évoqués.
Caractérisation de la résistance des soudures des micro-fils
Cette dernière étape de mon stage consiste à caractériser la résistance mécanique des micro-fils et la fiabilité des contacts. En fonction des différentes métallisations réalisées ou des différentes méthodes de métallisation.
Pour ce faire, j’ai utilisé une des meilleures machines dans ce domaine, la machine XYZTEC. Cette machine permet de faire différents tests comme des tests en cisaillement ou des tests en arrachement. Pour ma part, j’ai dû utiliser la fonctionnalité de test d’arrachement à l’aide d’un crochet pouvant exercer des tractions de 100gf (gramme force). A l’aide des joysticks qui contrôlent la direction des axes x, y et z du crochet, il est possible de faire passer ce dernier sous la boucle de la soudure et de lancer le test.
Le logiciel donne alors la force qu’il a faut appliquer au fil soudé pour qu’il casse. Le microscope permet de voir le test se dérouler et ainsi de vérifier où le fil casse. Un écran s’affiche alors pour référencer le type de cassure qu’a subi le fil (resultcode). Ceci permet une étude statistique plus poussée par la suite.
Les resultcodes permettent de distinguer trois résultats types de test :
• La casse au niveau du fil
• Le décollement de la soudure
• Le délaminage du plot de soudure .
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Table des matières
INTRODUCTION
CONTEXTE DU STAGE
1. Présentation du CNRS
2. Présentation du LAAS-CNRS
3. Présentation du Service TEAM
DÉFINITION DU SUJET STAGE
TRAVAIL RÉALISÉ
1. Procédé de Nettoyage
2. Deux méthodes utilisées
a) Technique additive
b) Technique de soustraction
3. Les étapes
a) La photolithographie
b) La métallisation
c) La gravure chimique
4. Câblage microélectronique
5. Caractérisation de la résistance des soudures des micro-fils
RÉSULTATS OBTENUS
CONCLUSION
TABLE DES ILLUSTRATIONS
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
