Brevet FR2020094A1 — publié le 19700710

La présente invention concerne le dépôt à l'aide d'écran de matériaux fluides. Plus particulièrement, il concerne le dépôt à l'aide d'écran de pâtes conductives, de matériaux isolants, tel que du verre, sur des substrats céramiques ou similaires dans la fabrication des circuits électroniques micro-5 miniaturisés. Dans les appareils électriques modernes, en particulier les ordinateurs et similaires, on utilise de plus en plus les techniques de circuits micro-électroniques. Le module de circuit micro-miniaturisé est caractéristique d'un tel développement de technique. Caractéristiquement un module est un substrat 10 céramique ayant une surface de l'ordre de 9,7 cm fet pour épaisseur quelques fractions de centimètre. On monte les composants fonctionnels et les circuits intégrés de tels composants sur le substrat de céramique sous forme de blocs semi-conducteurs. Les interconnexions entre de tels composants appelées "bandes . conductrices" sont formées sur les substrats céramiques et sont des dispositifs 15 passifs du circuit tels que résistances et condensateurs. On applique aux substrats sous forme de composés pâteux les bandes conductrices et les résistances à l'aide des techniques d'écran ou d'impression. Les configurations appliquées sont ultérieurement fondues pour solidifier les composés par extraction et combustion du véhicule. Oe la même façon, on dépose 20 des configurations de matériau isolant conmie le verre ou les similaires sur le substrat de céramique. On applique le verre sous forme de pâte contenant du verre frité dans un véhicule organique. On peut appliquer le verre selon une configuration couvrant des parties de bandes conductrices ou des éléments passifs sous forme de ponts comme on le décrit dans le brevet américain 25 3 374 110. On peut aussi appliquer le verre sous forme dB barrières ou de bandes d'arrêt au substrat de céramique ou aux bandes conductrices dans le but de retenir les composés métalliques fondus durant l'assemblage des blocs au substrat comme on le décrit dans le brevet déposé en France par la demanderesse le 13.6.66 et obtenu sous le n° 1 183 565. 30 Les procédés et appareils classiques utilisant un écran pour l'application d'une telle pâte conductrice ou isolante sur des substrats de céramiques ont été développés à partir des techniques de l'art de la décoration des céramiques. Bien que les procédés soient connus comme procédés de sérigraphie, actuellement on préfère un écran métallique. L'écran conventionnel est un stencil comprenant 35 des parties ouvertes correspondant à la configuration à appliquer. Ces zones ouvertes sont recouvertes d'une grille qui est perméable à la pâté ou autre matériau fluide qu'on applique, le reste de l'écran étant évidemment imperméable à la pâte qu'on applique. La grille couvrant les zones ouvertes peut être de forme traditionnelle, de structure tissée à partir de fibres, métalliques 40 par exemple, ou sous forme de petites ouvertures gravées correspondant en 69 28469 2 2020094 dimension aux ouvertures d'un écran tissé. Pratiquement on place l'écran au ras du substrat auquel on doit appliquer la configuration, on applique une pâte à la surface supérieure de l'écran et l'on force la pâte à travers les ouvertures recouvertes de grille dans l'écran 5 à l'aide d'une lame telle qu'un racloir que l'on déplace sur l'écran pour appliquer au substrat une configuration de la pête correspondant à ces ouvertures. Dans la fabrication d'éléments électroniques micro-miniaturisés, il est souvent nécessaire de former uns configuration conductrice, une configuration de résistances, une configuration de verre dont certialnes parties ont un profil 10 plat et d'autres parties un profil élevé, sur un substrat de céramique. La pratique classique nécessite deux opérations de masquage pour, produire une telle configuration ; par exemple, on obtient à l'aide d'un premier écran la partis à profil bas de la configuration sur le substrat. Ensuite en utilisant un masque différent et des conditions de masquage différentes, on réalise la partie 15 à profil élevé sur le substrat. L'étape supplémentaire de masquage prend du temps, et nécessite des procédures supplémentaires pour assurer la coïncidence entre les dsux étalas. Le problème de coïncidence entre les deux étapes est un problème particulièrement critique. Dans la formation de nombreux circuits, l'espacement sur 20 le substrat de céramique est très limité mais il est nécessaire d'obtenir des interconnexions à basse résistivité. Cela nécessite le dépfit de parties conductrices très proches, étroites à profil élevé. Ou fait de tels écartéments serrés, tout mauvais alignement de l'écran est particulièrement critique. En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un procén 25 dé de dépfit à l'aide d'un écran de composés fluides permettant la formation en une étape d'une configuration ayant une partie à profil élevé et une partie à profil bas. Un autre objet d8 la présente invention est de fournir un nouvel écran qui puisse être utilisé dans le procédé mentionné cl-dessus. 30 Encore un autre objet de la présente invention est de fournir un appareil de sérigraphie pouvant être utilisé dans le procédé mentionné cl-dessus. Un autre objet de la présente invention est de fournir un écran utilisable dans la formation de configuration de bandes conductrices sur un substrat de céramique dont les configurations comprennent des parties élevées pour sup-35 porter les éléments de connexion des blocs semi-conducteurs appliqués audit substrat. Un autre objet de la présente Invention est de fournir un écran utilisable dans la formation de configuration de ponts de verre et de barrières de verre sur un substrat de céramique en une seule étape. 40 La présente invention apporte une nouvelle structure d'écran qui permet 69 28469 3 2020094 l'application simultanés à un substrat d'une configuration de base ayant des zônes à profil élevé et à profil bas. Une partie de la configuration de la zone ouverte de l'écran, reste non couverte alors qu'une grille recouvre seulement les zônes couvertes restantes. Lorsqu'un racloir ou aiitre lame tire uns 5 pâte fluide sur un tel écran, la pâte est déposée sur le substrat selon une configuration où les dépôts de pâte à profil élevé correspondent aux ouvertures non couvertes dans l'écran alors que les dépôts de pâte à profil bas correspondent aux zônes d'écran couvertes de grille. On peut utiliser l'écran de la présente invention dans la fabrication de 10 configuration de doigts conducteurs dans lesquels les extrémités des doigts respectifs sont élevées afin de maintenir les contacts ou semelles des blocs qui doivent être montés sur le substrat. Dans les écrans utilisés pour le dépôt de telles configurations, les parties de l'écran à tavers lesquelles les doigts proprement ditB doivent Stre déposés ont des ouvertures recouvertes de grille, 15 alors que les parties de l'écran à travers lequel les extrémités de doigts surélevés doivent être déposées restent non recouvertes par la grilla. Les ouvertures non recouvertes sont respectivement attenantes aux ouvertures de l'écran recouvertes de grille. On peut aussi utiliser l'écran de la présente invention dans la fabrica-20 tion de configurations de bandes conductrices ayant une partie où les bandes conductrices sont des interconnecteurs très proches, à profil élevé. En appliquant simultanément les interconnecteurs à profils élevés très proches et le reste de la configuration de parties conductrices en une étape unique d'utilisation d'écran, on élimine la nécessité de coïncidence critique entr8 l'utili-25 sation des écrans des zônes à profil élevé et des zônes à profil bas. On peut aussi utiliser le procédé et l'appareil de la présente invention pour déposer simultanément des ponts de verre ou de matériau isolant similaire et des barrières du mSme matériau. Les ponts qui ont le profil le plus élevé sont déposés à travers des ouvertures de l'écran non recouvertes par une grille, 30 alors que les barrières qui ont un profil plus bas sont déposées à travers les ouvertures de l'écran recouvertes de grille. Puisque les barrières et les ponts sont habituellement séparés les uns des autres, les ouvertures de l'écran recouvertes de grille et les ouvertures non recouvertes sont aussi écartées les unes des autres. 35 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préférée de celle-ci. La figure 1 est une vue plane schématique d'une partie d'un écran selon la présente invention. 40 La figure 2 est une vue en coupe schématique de l'appareil d'utilisation 69 28469 4 2020094 d'écran de la présente invention. La figure 2A est une vue en coupe d'une configuration composée de profils élevés et bas obtenue en utilisant l'appareil de la figure 2. La figure 3 est une vue plane, schématique, d'une autre réalisation d'é-5 cran selon la présente invention. La figure 4 est une vue en coupe schématique de l'écran de la figure 3 en contact avec le substrat. La figure 4A est une vue en coupe schématique d'une configuration composée de profils élevé et bas obtenue en utilisant l'appareil de la figure 4. 10 La structure montrée dans les figures 1 et 2 est un écran utilisé pour déposer plusieurs doigts ayant des parties terminales à profils élevés.L'écran comprend une feuille imperméable de métal telle que du molybdène, ou de l'acier ayant plusieurs zônes ouvertes 11 qui correspondent aux doigts à déposer. On montre trois de ces zônes ouvertes sur la figure 1. La plupart des 15 zônes ouvertes semblables aux doigts sont recouvertes par une grille 12 à l'exception des extrémités 13 des ouvertures des doigt%4^ ne sont pas recouvertes par les grilles. On dispose l'écran au ras du substrat de céramique 14 sur lequel on doit déposer la configuration de parties conductrices. On tire sur l'écran 10 le racloir 15 dans la direction montrée pour forcer le composé 20 pâteux 16 à travers les zônes 12 ouvertes et recouvertes des grilles et les z&nes ouvertes non recouvertes 13 pour déposer une configuration de pâte sur le substrat 14, comme on le montre dans la figure 2A, qui a une partie peu élevée 17 dans les zônes correspondant aux ouvertures recouvertes de grilles dans l'écran et une partie d'un profil élevé 18 dans les zônes correspondant 25 aux ouvertures non recouvertes dans l'écran. On peut utiliser comme pâte conductrice 16 toute pâte conductrice classique. De telles pâtes comprennent habituellement environ 70% en poids d'un pigment en poudre métallique tel que des métaux conducteurs électriquement, des oxydes métalliques ou des poudres d'alliage de métaux comprenant le plati-30 ne, l'or et l'argent, 5% d'un liant organique tel que les gommes naturelles, les colles, les résines synthétiques cellulosiques, 3% de matériaux de remplissage non organiques, non vaporisables, et le reste du composé est un solvant organique è point d'ébullition élevé, tel que des paraffines à point d'ébulli-tion élevé, des cyclo-paraffines, les composés aromatiques, de l'acétate de 35 butyl carbitol et autres carbitols. Les compositions conductrices décrites dans le brevet américain 1 374 110 sont caractéristiques des pâtes conductrices utilisées lors du dépôt à l'aide d'écran des configurations de parties conductrices. Les pâtes ou compositions similaires qui sont particulièrement convena-40 bles dans la pratique de la présente invention, peuvent être décrites comme 69 28469 5 2020094 matériaux fluidas à auto-rétention. De tels matériaux ont les propriétés physiques d'être suffisamment visqueux pour retenir leur forme sous l'influence de leur seul poids. En d'autres termes les composés ne quitteront pas leurs positions initiales de dépôt à moins que l'on applique une force extérieure. 5 De plus, de tels matériaux sont fluides sous de légères pressions telles que celles appliquées par un racloir ou autre lame. Les pâtes à partir desquelles on forme des composants passifs sur un substrat de céramique ont aussi de telles propriétés physiques désirables et peuvent être appliquées simultanément selon les configurations d'un profil bas 10 et d'un profil élevé par l'appareil présent et le procédé de cette invention. On décrit des pâtes de résistance caractéristiques que l'on peut utiliser de cette façon dans le brevet américain 3 390 104. On montre dans les figures 3 et 4 une modification de la structure d'écran de la présente invention. L'écran comprend une feuille métallique imper-15 méable 19 ayant des ouvertures 20 et 21 recouvertes par un écran en grille tissée 22. Une telle grille tissée est utilisée dans la "sérigraphie" traditionnelle. Cependant la structure de la figure 1 est plus facile à fabriquer. L'ouverture 23 reste non recouverte par la grille. L'ouverture 23 est une ouverture à marche comprenant une partie de base 24, de dimensions plus gran-20 des que la partie supérieure. Une telle ouverture à marche permet une distribution de pâte plus uniforme à travers l'ouverture, particulièrement dans le cas d'ouverture relativement importante. L'écran des figures 3 et 4 est conçu pour l'application simultanée de ponts de verre et de barrières de verre à un substrat de céramique. Les ponts qui sont décrits dans le brevet 25 américain 3.374.110 sont déposés sur les configurations de parties conductrices (non montrées) et par conséquent doivent avoir un profil plus élevé que les barrières. Les barrières ou les zânes d'arrêt qui agissent pour retenir le flot de soudure ou autre métal fondu durant la fixation des éléments de connexion du composant au substrat de céramique sont décrites dans 30 le brevet déposé en France par la demanderesse le 13.06.66 sous le n° 1 485 565. En conséquence, on dépose les ponts à travers l'ouverture non recouverte 23 dans l'écran, alors que 18s barrières sont déposées à travers les ouvertures recouvertes de grilles 21 et 22. Les profils élevés et bas résultant de pât8 de verre sur le substrat de céramique 25 sont montrés dans 35 la figure 4A. Le dépût de pâte 26 forme le pont alors que le dépôt de pâta 27 représente la barrière. On obtient un avantage supplémentaire en utilisant l'écran de la présente invention pour la formation de ponts. Du fait que les ponts sont actuellement utilisés pour isoler les conducteurs recouverts d'un autre conducteur disposé 40 sur le pont, il est essentiel que le pont soit libre de trous d'épingle. On 69 2Ô469 6 2020094 a trouvé que des ouvertures d'écran non recouvertes par une grille sont moins sujettes à de tels trous d'épingle que les ouvertures recouvertes de grille. Il apparaît que la tendance de la grille à s'obstruer de temps en temps entrai' ne une formation de trous d'épingle accrue. 5 Pour faciliter la description, on a décrit l'écran de la présente inven tion en fonction d'un substrat libre de tout élément précédemment appliqué, □n doit comprendre que l'écran de cette invention peut être utilisé sur des substrats portant déjà des éléments. Dans un tel cas afin de disposer l'écran au ras sur le substrat, le bas de l'écran peut être entaillé ou dégagé du bas 10 de façon classique pour chevaucher tout élément protubérant déjà sur le substrat. On peut utiliser toute pâte de verre classique avec l'écran de la présente invention. Par exemple, trois verres frittés auraient les compositions suivantes : 15 av3 Si02 PbO B2°3 Na20 BaO As2°3 k2o Composition A 9,5 49,4 10,4 30,3 0,4 Composition B 7,1 50,3 29,4 12,8 0,4 20 Composition C 2,2 65,5 24,1 4,1 4,1 Après l'application de la pâte soit conductrice, soit résistive, ou pâte de verre, par le procédé et appareil de la présente invention, on chauffe le substrat de céramique de façon classique pour éliminer le solvant, brûler le 25 matériau organique et fondre le composant- au substrat. On peut utiliser l'écran de la présente invention pour déposer des pâtes sur des substrats autres que les céramiques par exemple, verre, métaux et plastiques. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les des-30 sins, les caractéristiques principales de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préférée de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme code détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 28469 7 2020094 REVENDICATIONS 1.- Ecran pour le dosage de matériaux fluides conformément à une configuration sélectionnée, caractérisé en ce qu'il comprend un élément imperméable auxdits matériaux ayant des ouvertures correspondant à ladite configuration, 5 une partie desdites ouvertures étant recouverte par une grille perméable auxdits matériaux, la partie restante desdites ouvertures étant non couverte. 2.- Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des-dites ouvertures non couvertes est adjacente à une ouverture recouverte par une grille. 10 3.- Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites ouvertures sont constituées par plusieurs fentes espacées, chacune d'elles ayant une partie terminale non couverte, la partie restante de chacune desdites fentes é-tant recouverte par ladite grille. 4.- Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures non 15 couvertes sont espacées des ouvertures recouvertes par ladite grille. 5.- Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran est métallique. 6.- Appareil pour le dosage de matériaux fluides sur un substrat selon une configuration sélectionnée, caractérisé en ce qu'il comprend : 20 - un écran dont la premiàre face est placée adjacente audit substrat, ledit écran étant imperméable auxdits matériaux fluides et ayant des ouvertures correspondant à ladite configuration, une partie desdites ouvertures étant recouverte par une grille perméable auxdits matériaux, la partie restante desdites ouvertures étant non couverte, et 25 - des moyens d'application en contact avec la surface dudit écran, opposée à ladite premiàre surface, lesdits moyens d'application parcourant ladite surface opposée pour faire pénétrer lesdits matériaux fluides à travers lesdites ouvertures. 7.- Appareil selon la revendication B, caractérisé en ce qu'au moins une des-30 dites ouvertures non couvertes est adjacente à une ouverture recouverte par une grille. 8.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites ouver 69 28469 6 2020094 tures sont constituées par plusieurs fentes espacées, chacune d'elles ayant une partie terminale non couverte, la partie restante de chacune desdites fentes étant recouverts par ladite grille. 9.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que des ouvertures 5 non couvertes sont espacées des ouvertures recouvertes par ladite grille. 10.-Méthode pour déposer simultanément des matériaux fluides auto-adhérents sur un substrat selon une configuration sélectionnée ayant des profils haut et bas, caractérisée en ce qu'elle comprend t - l'application desdits matériaux sur ledit substrat à travers un écran 10 comprenant un élément perméable auxdits matériaux et ayant des ouvertures, une partie des dites ouvertures étant recouverte d'une grille perméable auxdits matériaux, la partie restante desdites ouvertures étant non couverte ; - la partie à haut profil de la configuration étant fsrmée par lesdits matériaux appliquéa à travers les ouvertures non couvertes et la partie à pro- 15 fil bas de la configuration étant fermée par lesdits matériaux appliqués à travers les ouvertures recouvertes par ladite grille. 11.- Méthode selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'au moins une desdites ouvertures non couvertes est adjacente à une ouverture recouverte par une grille. 20 12.- Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que lesdites ouvertures de l'écran sont constituées par plusieurs fentes espacées, chacune d'elles ayant une partie terminale non couverte, la partie restante de chacune desdites fentes étant recouverte par ladite grille. 13.- Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que les ouvertures 25 non couvertes sont espacées des ouvertures recouvertes par ladite grille.