Brevet FR2028838A1 — publié le 19701016

L'un des problèmes majeurs concernant les micro-circuits sous forme de films est celui de la connexion de composants discrets tels que condensateurs, inducteurs, résistances, etc... aux plages conductrices du substrat des circuits. Ces composants extrelement petits et délicats sont particulièrement sensibles à un échauffement prolongé, sont difficiles à maintenir également en position en raison de la petitesse du substrat et sont sujets à des défaillances lorsqu'ils sont manipulés d'une manière impropre. Une expérimentation considérable dans ce domaine a abouti à développer trois techniques de base pour leur incorporation au substrat ; ce sont la liaison eutectique, la liaison par ultra-sons et la compression thermique.Chacune de ces méthodes est basée sur le principe consistant à chauffer intimement deux métaux en contact, par exemple la plage conductrice du substrat et le fil du composant ou sa borne terminale, à une température juste au-dessous de leur point eutectique, et de créer alors un apport additionnel de chaleur par des moyens mécaniques pour élever la température au-dessus du point eutectique et former de la sorte un alliage des métaux en contact. Dans la liaison par ultra-sons par exemple, les vibrations ultra-sonores engendrent des frictions qui, à leur tour, procurent l'énergie calorifique nécessaire pour entraîner la formation d'un alliage par diffusion des métaux le long de leur ligne de contact. Bien que ces techniques soient excellentes par le fait qu'elles engendrent l'apport calorifique additionnel avant que la chaleur puisse affecter le composant et que la manipulation mécanique du composant soit réduite au minimum, on a trouvé, et particulièrement dans le cas des condensateurs micro- miniaturisés, que la liaison entre substrat et composant possédait une très faible résistance à la traction et se brisait sous une contrainte relativement faible. L'étudie du taux considorable de ce défaut de rupture a montré que sa cause était double.D'abord, le verre fritté utilisé pour relier le revêtement de la borne terminale au composant affaiblit d'une manière importante la liaison de l'alliage, ensuite la surface minimum de liaison-qui doit être restreinte aux extrémités du composant adjacentes aux bornes terminales pour éviter un court-circuit du composant non seulement diminue la surface de liaison efficace mais en outre accroSt la réduction de la résistance de liaison engendrée par la présence du liant du verre fritté. Etant donné que dans les condensateurs céramiques la présence du verre fritté est capitale pour empêcher le métal et la borne de s'écailler du composant, il est évident que l'on ne peut retirer le verre fritté du revête- ment des bornes terminales. Le résultat de cet état de chose a été une réduction des utilisations possibles de ces composants aux situations où le circuit était sujet à un mouvement minimum et que les autres causes de contraintes sur la liaison substrat-composant étaient minimes. De nombreuses autres solutions ont été proposées par les personnes expertes en ce domaine en vue de résoudre ces différents problèmes.La meilleure de ces solutions est l'emploi d'un jeu de protubérances ou de cônes de montage dépendant de la surface du composant, situés aux bornes du composant, de façon à interconnecter le composant et le substrat du circuit. D'une manière fonctionnelle, ce contact à points multiples permet au composant de se conformer à toute surface de circuit et de tenir le composant hors du substrat, permettant ainsi ltécoule- ment du métal de soudure au-dessous du composant pour former des filets et assurer ainsi une surface maxinun de contact et une certaine force de liaison. Halheureusement, l'atout majeur de ces c8nes de montage est également son inconvénient principal, les canes espaçant le composant au-dessus du substrat accroissent de ce fait l'espace requis au-dessus du substrat. Or, dans le domaine des micro-circuits, le paramètre clé est l'efficacité volumétrique. L'incorporation de composants discrets réduisent par eux-mes l'efficacité volumétrique puisqu'ils s'érigent au-dessus de la surface du substrat. Ainsi, l'utilisation de c8nes de montage est une alternative seulement viable lorsque la balance entre la fiabilité par rapport a l'efficacité volumétrique doit être envisagée principalement en faveur de celle-là et lorsque l'usage envisagé du circuit nécessite une sécurité extrême des interconnexions de circuits. Le problème, par conséquent, est un problème d'efficacité volumétrique maximum et consiste à monter les composants au niveau du substrat du circuit et à procurer une sécurité de l'interconnexion substrat-composant en utilisant un liant à base de verre fritté aux bornes. Ce problème est résolu selon la présente invention non par l'a tion des cônes de montage, mais en changeant radicalement le composant lui mele. La présente invention accomplit ce résultant en accroissant d'une m,ière importante l'aire de la surface du composant qui doit être relié au substrat. Cette surface accrue, incorporée au composant d'une manière qui sera plus complètement décrite ci-après, accrott à son tour la superficie de la liaison substrat-composant d'une façon correspondante, ce qui accrue de ce fait la sécurité de la liaison tout en retenant le composant au niveau du substrat du circuit. Un objet de la présente invention est par conséquent de fournir un composant électronique micro-miniaturisé discret colportant un corps monolithique possèdant la forme générale d'un parallélépipède régulier possédant quatre petites surfaces dites mineures et deux surfaces dites majeures, le composant comportant des bornes espacées à chaque extrémité, ces bornes portant unrevêtetent sur la totalité de leurs surfaces et entant appliquées sur au moins une surface mineure entière en s'étendant sur une partie au moins d' une surface principale du composant, le perfectionnement consistant en ce qu'au moins une surface du composant possède au moins une partie ayant une superficie sensiblement plus grande par unité de surface comptée sur une section parallèle à la direction générale de ladite surface que les autres surfaces du composant. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé pour préparer un composant électronique à couches multiples comportant les étapes suivantes : dépit de couches de matériaux alternativement diélectriques et conducteurs sur un substrat, cuisson de l'ensemble des couches ainsi construites en une masse monolithique où le perfectionnement consiste en l'accroissement de la surface de contact disponible en au moins une des parties de la plus grande surface du composant en rendant rugueuses des parties sélectionnées de la surface avant cuisson. L'objet considéré par la demanderesse comme invention est particulièrement explicité et revendiqué à la fin de la description. L'invention cependant, aussi bien en ce qui concerne son organisation et la méthode opératoire qu'en ce qui concerne ses autres avantages et objets, sera mieux comprise en se référant à la description suivante faite en référence au dessin annexé, dans lequel : La figure 1 est une vue perspective d'un composant de circuit discret micro-miniaturisé convenant pour la présente invention dont une partie des pièces a été arrachée pour représenter 11 intérieur du composant selon l'inven tison, et la figure 2 est une vue du fond du composant de la figure 1 selon la présente invention. On se réfèrera naintenant au dessin où un composant discret 10 de circuit microminiaturisé, qui sera décrit à titre d'exemple en sé rapportant à un condensateur, est formé par un parallélépipède possédant un corps monolithique comprenant une série de couches de matériau conducteur 12 à 19 alternant avec une série de couches de matériau diélectrique 20. On doit comprendre cependant que la description suivante de la présente invention, faite en se rapportant à un condensateur, ntest donnée seulement qu'à titre d'exemple et que la présente invention est également applicable à d'autres composants de circuits discrets et micro-miniaturisEs où un problème similaire à celui qui a été exposé précédemment existe. Ainsi qu'il est connu dans ce domaine, les couches de matériau conducteur ou électrodes sont divisées en deux groupes, par exemple les électrodes 12, 14, 16 et 18, constituant un groupe et les électrodes 13, 15, 17 et 19 constituant le second groupe, chacune des couches des matériaux conducteurs d'un groupe stétendant jusqu'à l'une des surfaces mineures du corps monolithique sur toute la longueur de la surface et chacune des couches du matériau conducteur de l'autre groupe s'étendant jusqu'à une autre surface mineure du corps monolithique en s'y étendant également sur toute la longueur. Une surface mineure est ici définie conte une surface du corps monolithique située dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan des couches du maté- riau conducteur. D'une façon semblable, ainsi qu'il est bien connu dans ce domaine, chacune des électrodes s'étendant jusqu'à l'une des surfaces mineures du corps monolithique est interconnectée électriquement par une première borne telle que la couche conductrice 22 et chacune des électrodes s'étendant jusqu'à l'autre surface mineure du corps monolithique est interconnectée électriquement par une seconde borne telle que la bande conductrice 24.Les bandes conductrices sont peintes ou sont plaquées d'une autre manière aux extrémités du composant et sont durcies de façon qu'elles fassent partie intégrante du composant. Comme représenté à la figure 1, chacune des bornes 22, 24 est appliquée entièrement sur au moins une surface mineure entière du composant1 c'est-à-dire sur l'extrémité du composant comportant les couches conductrices correspondantes s'étendant sur toute la longueur de la surface mineure, et s'étend jusqu'à au moins une portion d'au moins une des surfaces majeures du composant.La portion de la borne s'étendant jusqu'aux surfaces majeures du composant sert à interconnecter les couches conductrices au substrat du circuit (non représenté) d'une manière bien connue dans ce omaime. Dans le cas de condensateurs, les bandes conductrices sont asuelle'at constituées par des mélanges de métaux tels que l'argent et d'un liant arase de verre fritté, le verre fritté étant un ingrédient essentiel puisqu'il empoche l'argent de s'écailler de la surface céramique dure et unie du cendensateur. La partie essentielle de la composition à base de verre fritté à la borne terminale présente un problème particulièrement difficile en ce qu'elle est une des causes majeures de l'affaiblissement de la liaison de l'alliage entre le composant et le substrat du circuit. L'importance de ce problème est en outre compliquée et accrue par la dimension micro-miniaturisée du composant. La liaison entre le composant et le substrat doit etre restreinte à une surface immédiatement adjacente aux bornes extrêlses 22, 24 pour empêcher un court-circuit du composant. Lorsque l'on opère dans le contexte d'une surface de liaison disponible extrelesent limitée, les effets des contaminants, tels que le verre fritté à la liaison, sont multipliés hors de proportion en regard de l'effet qui résulterait d'une surface restreinte mais non avec un tel facteur critique. La demanderesse s'est attaquée à ce problème et l'a résolu en reconnaissant la relation directe existant entre la surface de liaison (c'està-dire la surface de contact direct entre la surface du substrat de circuit et la surface des bornes du composant) et la sécurité de la liaison et en démontrant que le meilleur moyen pour accroftre la sécurité de la liaison est d'accrortre la surface de cette liaison. Puisque les dimensions du composant et, de méme, les liaisons des bornes ainsi que la surface disponible sur les circuits du substrat sont par essence déterminées, la demanderesse a augmenté la surface de liaison en accroissant la surface disponible sur le composant. Comme représenté à la figure 2, la demanderesse a prévu une face dépolie et rugueuse sur la surface du composant qui est reliée au substrat. De cette manière, la surface composante de la liaison substrat-composant a une superficie disponible beaucoup plus importante par unité de surface disponible comptée sur une section parallèle à la surface majeure et d'une façon correspondante, la surface de liaison est proportionnellement augmentée, ce qui en conséquence accroSt la fiabilité de la liaison. La surface dépolie ou rugueuse peut être obtenue conne partie intégrante du composant à sa fabrication ou être effectuée lors d'une étape d'ébauchage après que le composant ait été achevé et après refroidissement. Le mode préféré, cependant, est d'utiliser le procédé de construction défini au brevet américain 2.779.975 dont tout le contenu s'applique à cette invention. Si lton procède selon le procédé préféré, un écran à fil de maille fin peut être placé au-dessus de la surface recevant les premières couches du composant de façon à obtenir une surface irrégulière et granuleuse pour cette couche de fond. Dlune façon semblable, une surface disponible servant de matrice et accroissant la superficie de la configuration peut etre pressée dans la couche supérieure du composant ainsi construit tandis qusil ntest pas encore durci. D'une autre manière, la surface rugueuse pourrait être restreinte aux sections terminales du composant en choisissant des écrans préparés pour le dépôt de la couche la plus haute du composant. Etant donné que cette invention peut être mise en oeuvre sous plusieurs formes sans se départir de son esprit et de ses caractéristiques essentielles, le présent mode de réalisation est illustré à titre non limitatif. La portée de la présente invention est définie par les revendications annexées et tous les modes de réalisation qui découlent de l'esprit et de la portée des revendications par application de moyens équivalents sont par conséquent revendiqués. REVENDICATIONS 1-) Composant électronique discret micro-miniaturisé comportant un corps monolithique possèdant une forme générale de parallélépipède régulier comprenant quatre surfaces dites mineures et deux surfaces de plus grandes superficies dites majeures, le composant possèdant des bornes espacées à chaque extrémité du composant, les bornes portant un revêtement sur la totalité de leurs surfaces et étant appliquées sur au moins une surface mineure entière et s'étendant jusqu'à une portion d'au moins une surface majeure du composant, le composant perfectionné comportant au moins une surface dont une partie au moins possède une superficie substantiellement plus grande par unité de surface, comptée sur une section parallèle à la direction générale de ladite surface, que les autres surfaces du composant. 2,) Composant tel que défini à la revendication 1 où la surface ayant une superficie sensiblement plus grande par unité de surface est une surface majeure du composant. 3.) Composant tel que défini à la revendication 2 où le composant comporte un corps monolithique possédant des couches alternées d'un matériau conducteur et d'un matériau diélectrique, les couches de matériau conducteur étant divisées en un premier et un second groupe, les couches de matériau conducteur du premier groupe s'étendant jusqu'à une surface mineure du composant en s' étendant sur toute la longueur de ladite surface et les couches de matériau conducteur du second groupe s'étendant jusqu'à & une autre surface mineure du composant en s'y étendant sur toute sa longueur. 4') Procédé de préparation d'un composant électronique & plusieurs couches comportant les étapes consistant à déposer alternativement des couches de matériaux diélectrique et conducteur sur un substrat, puis à effectuer une cuisson des couches ainsi déposées en une masse monolithique où le perfectionnement consiste à accroftre la surface disponible d'au moins une partie de la surface majeure du composant en rendant rugueuses lesdites portions sélectionnées de ladite surface avant cuisson. 5,) Procédé tel que défini à la revendication 4 où au moins les portions sélectionnées du substrat ont une surface rugueuse entratnant par là la formation d'une surface rugueuse sur la couche du composant illédiatement adjacent au substrat. 6.) Procédé tel que défini à la revendication 4 où la surface disponible accroissant la configuration est imprimée sur la couche supérieure du composant avant cuisson.