Brevet FR2048002A1 — publié le 19710319

L'invention concerne un boîtier pour microcircuit et un procédé pour sa fabrication. Jusqu'ici, pour fabriquer un substrat diélectrique avec circuit incorporé, on formait, dans l'une des faces du substrat, des 5 sillons définissant la trajectoire du circuit, on recouvrait la surface entière, y compris les sillons, d'un- matériau conducteur et on traitait celui-ci par abrasion ou par une autre opération pour l'éliminer des surfaces non occupées par des sillons ou en relief, de manière à laisser un trajet conducteur dans les sil-10 Ions. Cette méthode offre plusieurs inconvénients. Bien qu'elle puisse être satisfaisante lorsqu'il s'agit de circuits imprimés, la formation d'un trajet conducteur dans des sillons ne fournit pas le degré élevé de séparation nécessaire pour les microcircuits. En outre, le dépôt du matériau conducteur sur toute la 15 surface du substrat, puis son élimination des zones en relief , représentent un gaspillage extrême. Le but principal de l'invention est de fournir un procédé pour la fabrication d'un boîtier pour microcircuits qui soit dépourvu des inconvénients mentionnés. 20 Un autre but de l'invention est de fournir un boîtier pour microcircuits, dans lequel les conducteurs soient enrobés, sans bavures, dans le substrat diélectrique, les extrémités internes de ces conducteurs étant connectées par un trajet conducteur surélevé à la cavité centrale qui est destinée au montage d'un 25 composant de circuit. Un autre but de l'invention est de fournir un boîtier pour microcircuits du type défini, dans lequel deux trajets de circuit •indépendants scient contenus dans le substrat, l'un sur les parties surélevées ou zones en relief entre un jeu de conducteurs et 30 la cavité, et l'autre dans des sillons adjacents entre un autre jeu de conducteurs et la zone de la cavité. Un autre but de 1'invention est de fournir un procédé et un dispositif de moulage d'un substrat de matière plastique, de façon à enrober dans celui-ci, sans bavures, les conducteurs d'un ré-35 seau, les extrémités internes des conducteurs traversant la surface supérieure du substrat et des zones en relief ou parties surélevées formant un trajet voulu entre les extrémités internes des conducteurs et la cavité centrale destinée au montage d'un composant de circuit, le reste de la surface supérieure du subs-40 trat, entre les zones en relief, étant occupé par des sillons ou situé à un niveau inférieur, de telle sorte que l'application 70 23876 2 2048002 d'un matériau conducteur sur les zones en relief donne lieu à un trajet conducteur surélevé et non en retrait entre les conducteurs et la cavité de montage du composant de circuit. Ces buts et caractéristiques de l'invention ressortiront 5 plus nettement, ainsi que d'autres, au cours de la description suivante, considérée en liaison avec les dessins annexés. La figure 1 est une vue groupée, en coupe verticale, des demi-moules supérieur et inférieur utilisés pour la fabrication de boîtiers pour microcircuits selon l'invention. 10 La figure 2 est une vue en perspective d'une garniture ty pique de demi-moule supérieur. La figure 3 est une vue frontale d'un réseau de conducteurs typique utilisé selon l'invention. La figure 4 est une vue en plan d'un type de boîtier selon 15 1'invention. La figure 5 est une vue semblable à la figure 4, représentant un autre modèle de boîtier. La figure 6 enfin est une vue fragmentaire en perspective du boîtier moulé, avant sa métallisation. 20 La description qui suit se réfère en particulier aux des sins annexés, dans lesquels les mêmes numéros désignent des éléments correspondants. L'invention concerne un boîtier pour microcircuits, constitué par un substrat diélectrique moulé ou autrement façonné de manière à présenter une cavité centrale s'ou— 25 vrant sur une face et destinée à recevoir un composant de microcircuit, substrat dans lequel des conducteurs sont enrobés, sans bavures, les extrémités internes de ces conducteurs étant connectées par des trajets conducteurs surélevés à la cavité, en vue de leur connexion ultérieure au composant de microcircuit. 30 Un modèle possible de réseau de conducteurs 10 est repré senté sur la figure 3 et est constitué dans l'ensemble par un certain nombre de conducteurs opposés dont les extrémités internes 14 sont situées à distance les unes des autres pour ménager une zone interne.libre 16. Les extrémités externes des conduc-35 teurs sont reliées par un cadre de support 17 qui sera ultérieurement découpé et éliminé. Les conducteurs et le cadre sont très minces et peuvent être fabriqués dans une grande variété de métaux conducteurs ou de leurs alliages, par exemple le Kovar, alliage Ni-Fe-Co. 40 Pour en venir à la figure 1, qui représente les parties es 70 23876 3 2048002 sentielles d'une machine à mouler comportant des ensembles supérieur et inférieur 18 et 20, chacun de ceux-ci comprend des blocs d'acier 22 et 24 de type classique qui logent et supportent entre eux des garnitures constituant les éléments de moulage, les 5 blocs étant maintenus par des boulons appropriés (non représentés) associés aux parois de boîtes ou à des barres de support (non représentées). . Le moule supérieur 26 est un bloc d'acier qui est maintenu entre des garnitures d'acier 28, lesquelles portent des pièces 10 30 d'étanchéité anti-bavures, en matière plastique. De préférence, ces pièces d'étanchéité sont en Teflon, marque commerciale de DuPont pour le Polytétrafluoroéthylène, homopolymérisé ou copolymérisé avec 1'hexafluoropropylène, matière qui n'adhère pas aux métaux et qui présente un faible coefficient de frotte-15 ment. Toute autre matière plastique présentant ces propriétés peut être également utilisée. Le moule supérieur ou femelle 26 est façonné de manière à contenir une saillie centrale ou organe mâle 32 ayant la forme voulue qui correspond à la cavité dans laquelle le composant 20 de microcircuit sera finalement monté. La face inférieure du moule 26 comporte également des gorges 34 qui peuvent y être formées par corrosion chimique, par fraisage ou par toute autre opération appropriée. Ainsi, des deux côtés des gorges, le moule 26 comporte des surfaces 36 séparées les unes des autres, diri-25 gées vers 1'extérieur. Les gorges sont disposées selon un trajet voulu et il y est formé des trous espacés 38 qui s'ouvrent dans leurs bases, à des fins qui apparaîtront ci-après. Ces trous ont en général une profondeur de 0,38 à 0,76 mm, en comparaison des gorges 34 dont la profondeur est généralement de l'ordre 30 de 0,17 mm. Le moule inférieur ou mâle 40 est également un bloc d'acier qui est logé entre les blocs de retenue 22 et 24 et qui sert à son tour au montage par emboîtement de pièces 42 d'étanchéité anti-bavures, en Teflon, qui sont complémentaires des pièces 35 d'étanchéité 30 du moule supérieur. En position centrale, le moule 40 comporte une cavité 44 qui a les mêmes dimensions que le moule supérieur 26. En service, les extrémités internes 14 des conducteurs sont repliées vers le haut et le réseau 10 est ensuite déposé sur le 40 moule inférieur, comme indiqué sur la figure 1, de sorte que le 70 23876 4 2048002 ' cadre de support 17 et une partie des conducteurs prennent appui sur les blocs métalliques, tandis que le reste des conducteurs 12 repose sur les garnitures de Teflon 42, les parties terminales internes des conducteurs faisant saillie les unes vers les au-5 très, à l'intérieur du bord marginal de la cavité 44. L'ensemble supérieur 18 est alors fermé sur l'ensemble inférieur 20 : à ce moment, les extrémités internes 14 des conducteurs, repliées vers le haut, pénètrent dans les trous 38 dont l'écart mutuel - correspond à l'écart des extrémités internes 14 des conducteurs. 10 La saillie 32 pénètre dans la cavité 44 qui est beaucoup plus grande qu'elle. Les dimensions de la cavité 44 dépassent celles de l'intervalle 16 entre les conducteurs du réseau 10. Une résine appropriée est alors injectée dans la cavité 44 et y est moulée par transfert à des températures de 148. à 185°C 15 environ et des pressions de l'ordre de 28 à 703 kg/cm lorsqu'on utilise des résines thermodurcissables, telles que des résines silicone, époxy, phénolique ou similaires. Cf. "Textbook of Polymer Science", de Fred W. Billmeyer, Jr., Interscience Pu-blishers, département de John Wiley and Sons, New York 1962, et 20 notamment les chapitres 19 et 20, cet ouvrage étant inclus dans la bibliographie du présent mémoire. En conséquence de' ce moulage par transfert, il est formé un. corps 46 de matière plastique à travers les faces latérales longitudinales 47 duquel passent' les conducteurs qui sont enrobés sans bavures, les extrémités in-25 ternes 14 de ces conducteurs faisant saillie sur la face supérieure 48 de ce corps, comme indiqué en 50 sur la figure 6. Dans la face supérieure 48, il est également formé un renfoncement 52 (correspondant à l'appendice 32 du moule supérieur), des zones surélevées ou en relief 54 (correspondant aux gorges 34 du moule 30 supérieur 26) qui relient les extrémités internes enrobées des conducteurs à ce renfoncement, et des sillons 56 entre ces parties en relief (correspondant aux régions 36 du moule supérieur). La face supérieure 48 du corps de matière plastique représenté sur la figure 6 est donc la réplique inversée de la face infé-35 rieure du moule 26 visible sur la figure 2. La pièce moulée 46 entière est cuite, de préférence à 148-207°C pendant 2 h environ. Puis elle est immergée dans un bain résistant de placage usuel, par exemple du chlorure de polyviny-le à viscosité réglée, de façon à déposer un revêtement mince 40 sur les zones en relief 54 et dans les sillons qui les séparent. 70 23876 5 2048002 La pièce est ensuite meulée, de manière à enlever la couche résistante des seules zones en relief, et également afin de lui donner une surface rugueuse, ce qui la rend plus réceptive au matériau conducteur. 5 La face supérieure 48 de la pièce 46 est ensuite métallisée par une opération classique de métallisation, par exemple par placage non électroly.tique, par dépôt sous vide ou par d'autres procédés connus. Pour garantir encore la mouillabilité de la surface, celle-ci peut être traitée avec une préparation acide , 10 par exemple d'acide sulfurique dilué, avant le nickelage. La couche résistante de placage est ensuite détachée de la pièce 46, de préférence au moyen d'un solvant approprié, par exemple le chlorure de méthylène si la couche résistante utilisée est le chlorure de polyvinyle. 15 Le produit final, lorsque le cadre de support 17 a été détaché, est un boîtier pour microcircuits comportant des conducteurs qui traversent les faces latérales, dépourvues de bavures, d'un substrat diélectrique de matière plastique et sont enrobés dans ce substrat, leurs extrémités internes ou enrobées étant 20 connectées par des trajets conducteurs surélevés au renfoncement central dans lequel un composant de microcircuit est finalement monté et connecté, par ultra-sons ou autrement, aux trajets conducteurs. XI peut être prévu en outre un placage à l'or pour améliorer la connexion du composant aux trajets conducteurs. 25 Ainsi, comme on peut le voir par exemple dans le dispositif de la figure 4, les trajets conducteurs surélevés (sur les parties en relief entre les sillons) sont représentés en 58 et relient la cavité 52 aux extrémités internes des conducteurs aux points où ceux-ci apparaissent à la surface, c'est-à-dire en 50, 30 les zones restantes de la face supérieure de la pièce de matière plastique se trouvant à un niveau inférieur ou formant des sillons, comme indiqué en 56. Ce boîtier est connu dans le commerce sous le nom de boîtier plat à 40 conducteurs alignés deux par deux. Le boîtier représenté sur la figure 5 est connu sous le nom 35 de boîtier plat à 14 conducteurs alignés par paires et il ne diffère de celui de la figure 4 qu'en ce qui concerne le nombre des conducteurs, leur largeur, la disposition du trajet conducteur 58 et la cavité centrale 52. Le boîtier à 14 conducteurs représenté sur la figure 5 est agencé de telle sorte que les con-40 ducteurs convergent vers un cercle de 0,76 mm de diamètre, ces 70 23876 6 2048002 conducteurs ayant 0,07 mm de largeur et étant séparés par des zones de 0,07 mm. Ce boîtier et de nombreux modèles analogues (dans lesquels la disposition peut ne pas être en cercle, mais plutôt en carré, en rectangle ou en une autre figure géométrique 5 adaptée à des faisceaux conducteurs ou des pastilles semicon- ductrices) sont spécialement destinés au montage de.types particuliers de pastilles flip-flops et de semiconducteurs à faisceaux. Le degré de séparation requis pour un tel boîtier est facilement atteint avec la présente invention. Il va de soi 10 que les principes de l'invention sont applicables à toutes dimensions et fermes de boîtiers. Selon une variante, le boîtier comporte deux trajets conducteurs séparés, l'un sur les zones en relief, comme décrit ci-dessus, et l'autre au fond des sillons 56. Ainsi, le corps de 15 matière plastique 46 peut être moulé de manière à contenir deux jeux de conducteurs situés à distance en direction verticale, l'un se terminant au niveau des zones en relief et l'autre au fond des sillons. Après que les zones en relief ont été nickelées comme décrit ci-dessus et que la couche résistante a été 20 éliminée, un adhésif conducteur fluide, par exemple une résine époxy chargée d'argent, peut être appliqué au fond des sillons qui constituent des trajets conducteurs additionnels reliant l'autre jeu de conducteurs à la cavité dans laquelle le composant de microcircuit est finalement monté. 25 Les principes de l'invention sont également applicables à des substrats diélectriques composés de matières céramiques. Dans ce cas, les matières céramiques sont feuilletées pour enrober les parties terminales internes des conducteurs métalliques et des sillons sont formés dans une surface du substrat par com-30 pactage, pour constituer des zones surélevées ou en relief entre eux. Après quoi, une couche résistante est déposée sur la surface, laquelle est ensuite meulée pour éliminer la couche résistante des zones en relief, métallisée pour le dépôt d'un revêtement d'un matériau conducteur sur les zones en relief, et finalement 35 la couche résistante est éliminée. Il est bien entendu que le boîtier de céramique peut être fabriqué en fixant directement les conducteurs par brasure sur les trajets conducteurs sur les zones en relief à la face supérieure du substrat. Il est bien entendu que des résines thermoplastiques peuvent 40 être utilisées, aussi bien que des résines thermodurcissables, 70 23876 7 2048002 dans le cadre de l'invention. Ainsi, les résines thermoplastiques peuvent être moulées par injection sous 28-1400 kg/cm pour former le corps 46 qui enrobe les conducteurs et comporte les zones en relief 54. A titre d'exemples non limitatifs de ces résines 5 thermoplastiques, on peut citer le polystyrène, le polyéthylène, le polypropylène, des polyamides tels que le nylon, des polysul-fonamides, etc. Cf. "Textbook of Polymer Science" de Fred W. Billmeyer, Jr, op. cit. p.7. En outre, bien que la zone 52 ait été décrite et représen-10 tée comme étant une cavité dans laquelle un composant contenant un microcircuit est monté, puis connecté électriquement au trajet conducteur, la zone 52 peut, dans le cadre de l'invention, être au même niveau que les zones en relief 54 pour le montage de composants contenant des microcircuits dans certaines applica-15 tions particulières : dans ce cas, la saillie central 32 du moule supérieur 26 sera éliminée et le fond de l'organe de moulage 26 sera dans le même plan que les zones 36 de celui-ci. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses 20 modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués j elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 70 23876 8 2048002 revehdicatiohs 1. Boîtier pour microcircuit comprenant un substrat diélectrique comportant au moins une paire de faces latérales opposées et une surface délimitée par ces faces latérales, caractérisé par 5 le fait qu'il comprend des conducteurs métalliques enrobés dans le substrat, traversant les faces latérales opposées et comprenant les parties terminales internes qui font saillie sur ladite surface définissant des trajets surélevés, et recouvertes d'un matériau conducteur, reliant les parties terminales internes sus- 10 dites des conducteurs métalliques enrobés à une région déterminée de cette surface, destinée au montage d'un composant contenant un microcircuit. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la susdite région déterminée est formée dans une cavité ména— 15 gée dans ladite surface. 3. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la susdite région déterminée est formée sur une partie en relief de ladite surface, au même niveau que les trajets surélevés conducteurs, 20 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le substrat diélectrique .est en une matière plastique. 5. Boîtier selon la revendication 4,caractérisé par le fait que la matière plastique est une résiné thermodurcissable, sili- 25 cone, époxy ou phénolique, 6. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le substrat diélectrique est en une matière céramique. 7. Boîtier selon la revendication 2, avec un composant conte- 30 nant un microcircuit monté dans la cavité et connecté électriquement aux trajets conducteurs surélevés. 8. Boîtier selon l'uné quelconque des revendications 1 à 3, comportant un second jeu de conducteurs métalliques enrobés dans le•substrat au-dessous des premiers conducteurs, les conducteurs 35 de ce second jeu ayant leurs extrémités internes situées dans les sillons formés sur la susdite surface, entre les trajets surélevés conducteurs, et dont les fonds, soiit recouverts d'un autre matériau conducteur pour connecter les extrémités internes du second jeu de conducteurs à la région destinée au montage d'un 40 composant contenant un microcircuit. 23876 9 2048002 9. Procédé de fabrication d'un boîtier pour microcircuit, caractérisé par le fait que l'on forme, sur la surface d'un substrat diélectrique, une pluralité de trajets surélevés ou zones en relief entre eux, se terminant au niveau d'une région de la surface, destinée au montage d'un composant contenant un microcircuit, que l'on enrobe des conducteurs métalliques dans le substrat, leurs extrémités internes étant repliées pour se terminer au niveau des zones en relief, que l'on applique une couche résistante sur la surface, que l'on élimine la couche résistante des zones en relief, que l'on métallisé les zones en relief pour former des trajets conducteurs entre les extrémités internes des conducteurs et la susdite région et que l'on élimine le reste de la couche résistante à partir des sillons formés entre les trajets en relief. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait • que l'on forme , en même temps que les trajets surélevés susdits, une cavité dans la susdite région destinée à recevoir un composant contenant un microcircuit. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on forme, en même temps que les trajets surélevés susdits, une partie en relief dans la susdite région destinée à recevoir un composant contenant un micron-circuit, au même niveau que ces trajets surélevés. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que le substrat est en une matière plastique et que les trajets surélevés sont formés et les conducteurs enrobés dans le substrat par moulage par transfert. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la matière plastique est une résine thermodurcissable, si-licone, époxy ou phénolique. 14. Procédé selon les revendications 11 et 12, caractérisé par le fait qu'on prépare un premier moule comportant une cavité, qu'on dépose un réseau métallique de conducteurs sur le premier moule, de telle sorte que les extrémités internes des conducteurs s'étendent vers l'intérieur au-delà du bord de la cavité et soient repliées vers'le haut, qu'on prépare un second moule comportant des sillons et des trous qui s'ouvrent dans ceux-ci, ainsi qu'une saillie centrale, qu'on ferme les moules de sorte que les extrémités internes des conducteurs, repliées vers le haut, soient logées dans les trous et que la saillie pénètre 23876 10 2048002 dans la cavité, et qu'on moule par transfert la matière plastique dans la cavité pour former le substrat avec la cavité centrale, les trajets surélevés et les conducteurs enrobés, avant que la couche résistante ne soit déposée sur ce substrat. 5 15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le substrat métallisé est soumis à une cuisson avant que la couche résistante ne soit finalement enlevée des sillons. 16. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la couche résistante est éliminée des zones en relief par 10 meulage et que la métallisation est effectuée par nickelage non électrolytique. 17. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'une seconde série de conducteurs est enrobée dans le substrat au-dessous des premiers conducteurs avant 1'application de la 15 couche résistante, et qu'une couche conductrice est appliquée au fond des sillons pour connecter les extrémités internes du second jeu de conducteurs à la cavité. 18. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le substrat est constitué de matière céramique feuilletée 20 pour enrober les conducteurs et que la cavité et les sillons y sont formés par compactage.