Brevet FR2137902A1 — publié le 19721229

Il est connu de fabriquer des circuits imprimés multicouch.es par assemblage de plusieurs plaques portant des circuits imprimés sur leurs deux faces, ces circuits étant obtenus par attaque sélective de deux couches de cuivre séparées par une couche isolante 5 telle qu'une plaque de fibre de verre imprégnée de résine epoxy. L'attaque sélective de ces couches de cuivre permet de former des pistes conductrices et des plots de connexion sur les deux faces de chaque plaque. On empile ensuite plusieurs plaques de ce type alternées avec des couches isolantes de fibres de verre et de résine 10 epoxy, et on polymérise l'ensemble pour former une structure homogène unique. Au cours de la préparation des plaques à deux faces de circuit, on s'arrange pour que les plots soient alignés verticalement (c'est-à-dire perpendiculairement ausplans des plaques) dans la structure finale. On perce ensuite à travers les plots alignés ver-15 ticalemenfc des trous que l'on métallisé pour réaliser l'interconnexion électrique des différentes couches de circuit, l'épaisseur de la structure composite impose une limite minimale au diamètre des trous que l'on peut percer, sous peine de rupture des forets. Cette limite absolue est de l'ordre de 0,5mm, mais pour des raisons écono-20 iniques, on ne descend généralement pas en-dessous de 0,8mm. Du fait de l'inévitable imprécision des perçages et de l'alignement vertical des plots, on utilise généralement des plots dont le diamètre déborde les trous d'au moins 0,5mm. L'importance de la surface occupée par les plots d'interconnexion limite considérablement la 25 densité de pistes que l'on peut obtenir par ce procédé. Il est possible d'améliorer la densité des pistes par un procédé séquentiel de formation des plaques multicouch.ee, Dans un tel procédé on part généralement d'une plaque de fibre de verre et de résine epoxy collée sur une feuille de cuivre d'environ 0,25mm . 30 d'épaisseur. On forme ensuite sur la surface du cuivre une réserve protectrice délimitant une série de plots d'interconnexion. L'épaisseur du cuivre est alors réduite par attaque chimique de 0,25mm à environ 0,08mm en laissant des colonnes de 0,25mm sous les endroits qui sont protégés par la réserve. La couche mince 35 de 0,08mm est ensuite attaquée sélectivement pour former un réseau de pistes de 0,08mm se terminant aux deux bouts par des plots de connexion qui portent chacun une colonne de 0,25mm. "la surface 72 17293 2 2137902 du circuit est recouverte d'une matière isolante dont l'épaisseur dépasse 0,25mm de façon à enrober complètement les pistes et les colonnes. On réduit l'épaisseur de la matière isolante par une opération de meulage de précision jusqu'à ce que le sommet des 5 colonnes de 0,25mm affleure à la surfaoe meulée. L'opération suivante consiste à déposer une nouvelle couche de 0,25mm sur la surface meulée, puis à recommencer le processus pour chaque niveau de pistes d'interconnexion. Bien que ce procédé améliore la densité de pistes, le 10 diamètre des plots reste- de l'ordre d'au moins 0,5mm car ils sont soumis à une forte attaque latérale pendant leur formation. Ce procédé est en outre peu économique car il consomme une quantité importante de cuivre et nécessite un grand nombre d'opérations délicates. Le brevet des E.U.A. n° 3 496 072 décrit un procédé de 15 formation des colonnes qui permet d'éliminer le dépôt d'une couche épaisse de cuivre et l'attaque profonde ultérieure. Dana cette solution, on forme tout d'abord un circuit imprimé par un procédé courant. Le circuit ainsi formé est ensuite recouvert d'un masque de polymère photosensible dont l'épaisseur est au moins égale à 20 la hauteur que devront avoir les colonnes. Le masque est exposé et développé pour créer des trous à l'emplacement des futures colonnes qui sont formées par dépôt électrolytique de cuivre dans ces trous. Après dissolution du masque, le circuit et les colonnes formées par dépôt électrolytique sont enrobés dans un diélectrique convenable, 25 tel qu'une résine epoxy chargée de fibre de verre. Après cela, on meule la surface de la matière isolante pour mettre à nu les sommets des colonnes, et on répète le processus pour chaque couche de circuit. A cause de 1' épaisseur du masque de polymère (0,25mm), le diamètre des trous doit être de préférence d'au moins 0,5mm pour que la for-30 mation électrolytique des colonnes soit suffisamment rapide. Il est en outre difficile d'enrober les pistes et les colonnes dans une matière isolante chargée car les colonnes ont du mal à pénétrer dans la fibre de verre. Il n'est pas possible de supprimer la charge de fibre de verre sans nuire à la stabilité des 35 propriétés thermiques et électriques et à la résistance mécanique de la plaque raulticouche» 72 17293 3 2137902 Une variante de cette solution consiste à appliquer par un procédé de sérigraphie en plusieurs passes une couche isolante comportant les ouvertures voulues pour la formation des colonnes par dépôt électrolytique. Cependant, la sérigraphie limite la 5 définition des ouvertures et ne possède pas la précision suffisante pour permettre de réaliser des pistes et des colonnes de petites dimensions, les propriétés électriques et physiques de telles pàques sont en outre irrégulières. La présente invention a donc pour objet un procédé d'inter-10 connexion de parties distinctes et alignées verticalement d'au moins deux réseaux conducteurs sensiblement plans et parallèles séparés par une couohe isolante dans une structure raulticouche» Initialement, le premier réseau conducteur existe sur l'une des faces de la couche isolante et le procédé de l'invention consiste à percer au moins un 15 trou traversant toute la couche isolante de sa face opposée à la partie à connecter du premier réseau conducteur. On dépose ensuite une matière conductrice de l'électricité pour remplir complètement le trou et on. f orale, sur la face opposée de la couche isolante, un second réseau oonducteur dont une partie est en contact avec ladite 20 matière conductrice. Il est évident que la structure peut comporter plusieurs couches isolantes séparées par des réseaux conducteurs, et que les trous d'interconnexion peuvent traverser à volonté une ou plusieurs couches. 25 La présente invention permet de fabriquer des circuits imprimés multicouche à partir d'une couche conductrice préformée sur le recto d'une couche isolante. Ce procédé comprend les opérations suivantes : 1Formation d'un trou partant du verso de la couche 30 isolante et la traversant complètement dans l'alignement d'une partie de la couche conductrice dont la matière forme le fond du trou ; 2.- remplissage complet du trou avec une matière conductrice sensiblement jusqu'au niveau du verso de la couche isolante ; 3.- application d'une nouvelle couche de matière conduc-35 trice sur le verso de la couche isolante, ladite couche étant en contact électrique avec la matière déposée dans le trou ; 72 17293 4 2137902 4.- formation d'un réseau de pistes conductrices dans la nouvelle couche de façon que l'une des pistes soit alignée et en contact électrique avec la matière déposée dans le trou, les parties de la nouvelle couche qui se trouverità l'extérieur du réseau de 5 pistes conductrices étant éliminées ; 5.- formation d'une nouvelle couche isolante sur le vereo de la première } et répétition des opérations 1 à 5 pour obtenir le nombre de couches désiré. 10 D'autres caractéristiques et avantages du procédé de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels : Les figures 1A à 1F sont des coupes schématiques illustrant les opérations successives du procédé de l'invention. 15 La figure 2 est une vue isométrique d'une partie de circuit réalisé par la technique de l'invention. La figure 3 illustre schématiquement une technique de formation de trous dans un élément composite. L'application de l'invention à la fabrication d'un 20 circuit imprimé multicouche va maintenant être décrite en regard des figures 1A à 1F. L'élément de départ commun à toutes les figures 1A à 1F est une plaque composite préformée 1 comprenant une couche conductrice de cuivre 10 et une couche isolante 11 d'épaisseur sensiblement uniforme, de préférence en résine epoxy 25 armée de fibre de verre. L'élément 1 peut être une mince feuille d'environ 150 cm2 dont la couche isolante 11 est épaisse d'environ 0,2mm. La première opération, illustrée sur la figure 1A, consiste à former un trou 13 qui traverse toute la couche isolante 11 sans pénétrer dans la couche de cuivre 10. Le trou 13 peut avoir un 30 diamètre de l'ordre du dixième de millimètre, ce qui est très petit selon les normes classiques. Une technique de formation d'un tel trou sera décrite en détail en regard de la figure 3. La figure 1B illustre l'opération suimte du procédé qui consiste à former dans le trou 13 un conducteur d'interconnexion 14. 35 Ce conducteur peut être obtenu par un dépôt de cuivre ou d'une autre matière conductrice sur la couche.de cuivre 10 qui forme le fond du trou. On réalise ainsi une interconnexion pleine et fiable à travers la couche isolante 11. 72 17293 5 2137902 ifcrèe dépôt de l'Interconnexion 14, le verso de la couche isolante 11 est recouvert d'une mince couche conductrice 15. Dans ce qui suit, la couche 15 sera appelée "couche temporaire" et son épaisseur peut n'Ôtre que de l'ordre de 0,5 micron obtenue par 5 n'importe quelle technique de plaquage ou de dépôt. L'opération suiTKite est la formation des plots et des pjsbes conductrices nécessaires. P0ur ceci, comme illustré figure 1D, on applique sur la couche temporaire 15 un masque 16 obtenu par les techniques photographiques classiques. Les parties de la couche 10 temporaire 15 qui ne s coït pas couvertes par le masque 16 représentent la forme du réseau conducteur que l'on veut obtenir. La couche temporaire 15 sert de base pour le dépôt électrolytique des plots 17 et des pistes conductrices. Il n'est pas nécessaire que la surface du plot 17 soit beaucoup plus grande que la section de l'inter-15 connexion 14» comme dans le cas d'un perçage mécanique classique, et l'on peut se limiter à des plots dont le diamètre est compris entre environ 0,08 et 0,15 mm. Il est clair que cette réduction de surface permet une augmentation sensible de la densité des pistes sur la surface de la couche isolante 11. 20 L'opération suivante consiste à éliminer le masque pro tecteur 16 et les parties sous-jacentes de la couche temporaire 15, comme illustré figure 1E. P0ur enlever le masque 16, on peut utiliser un solvant approprié, après quoi les parties apparentes de la" très mince couche de cuivre 15 sont éliminées par un simple rinçage avec 25 un décapant chimique. La partie de la couche temporaire 15 qui se trouve sous le plot 17 n'est pas représentée sur la figure 1E car elle devient partie intégrante du plot 17 pendant le dépôt de la couche épaisse. Cette couche a une épaisseur de l'ordre de 25 microns, alors que la couche temporaire 15 n'avait qu'une épaisseur de 30 0,5 micron. Il va de soi que le réseau de pistes (non représenté) est formé sur la couche temporaire en même temps que le plot 17. En variante, on peut épaissir la couche temporaire 15 jusqià environ 25 microns avant d'appliquer le masque 16, puis éliminer l'excès de cuivre par les techniques soustractives classiques. 35 Ce procédé n'assure cependant pas une aussi bonne définition que le précédent. 72 17293 6 2137902 Pour fabriquer un circuit multicouche, il suffit de coller une nouvelle couche isolante 21 sur la première couche isolante 11, comme illustré figure 1F. Le plot 17 et les pistes du même niveau (non représentées) sont ainsi protégés de tout contact électrique 5 indésirable. On peut de même former un trou 13 (figure 1A) dans la couche isolante 21, puis une interconnexion 24 partant du plot 17 et aboutissant à vin nouveau plot 27 formé par les techniques précédentes sur la couche isolante 21. Bien que sur la figure 1F, les interconnexions 14 et 24 soient décalées l'une par rapport à l'autre, 10 il va de soi que rien ne s'oppose à ce qu'elles soient alignées verticalement pour relier la couche conductrice 10 à une piste de la surface de la seconde couche isolante 21. La figure 2 représente une partie d'une plaque à circuit imprimé formée par le procédé de l'invention. Des plots 20 et 30 15 de la face inférieure de la couche isolante 11 sont reliés par des interconnexions 14 et 34 à des plots 17 et 37 de sa face supérieure eux-mêmes reliés à des pfebes 18 et 38. Il va de soi que les plots 20 et 30 peuvent également être reliés à des pjsbes analogues (non représentées) formées sous la couche isolante 11. Les plots 20 et 20 30 et les pistes (non représentées) sont cependant réalisés par les techniques soustractives classiques. Du fait que 1' élément composite de départ 1 comprend une couche de cuivre 10 et une couche isolante 11, il suffit d'une seule passe d'attaque chimique pour former le circuit du dessous. On remarquera cependant qu'une seule passe 25 d'attaque chimique est nécessaire, quel que soit le nombre de couches de la structure, alors que par les procédés classiques, chaque niveau de circuit était formé par les techniques soustractives. On peut empiler un nombre quelconque de couches isolantes alternant avec des réseaux conducteurs et à un stade quelconque de la 30 fabrication, il est possible de percer un trou à travers plusieurs couches isolantes pour atteindre un circuit situé à l'intérieur de la pile et réaliser une interconnexion par les techniques précédemment décrites. Plutôt que des couches alternées, on peut empiler des substrats isolants portant chacun par exemple un seul circuit imprimé. 35 La formation des trous 13 (figure 1A) va maintenant être décrite en regard de la figure 3. Comme, on l'a vu précédemment, le perçage mécanique des trous d'interconnexion pose un certain nombe 72 17293 7 2137902 de problèmes. De plus, il est extrêmement difficile de percer un grand nombre de petits trous à cause de la fragilité des forets. De plus, il est particulièrement difficile de percer l'une des couches d'un élément composite et pas l'autre, lorsque la couche 5 isolante a par exemple une épaisseur de 0,25mm et la couche de cuivre une épaisseur de 25 microns. L'inertie du mécanisme d'avance du foret rend pratiquement impossible d'arrêter le perçage à temps pour éviter de creuser ou de traverser la couche de cuivre 10. Ce problème peut être résolu à l'aide d'une source d'énergie 10 concentrant un faisceau puissant sur une petite surface. La source d'énergie peut être un laser 12 dont le faisceau est focalisé de façon à percer un trou en un point particulier de la couche isolante 11. Du fait que les matières isolantes telles que la résine epoxy armée de fibre de verre ont un coefficient d'absorption d'énergie 15 relativement élevé, le faisceau laser perce facilement un trou 33. Cependant, si la couche isolante 11 absorbe -une forte proportion de 1' énergie du faisceau laser, la couche de cuivre 10 réfléchit la presque totalité de l'énergie incidente. On peut ainsi facilement percer un trou 33 qui traverse la couche isolante 11 sans entamer 20 la couche de cuivre 10 en réglant convenablement l'intensité et la durée d'application du faisceau laser. Si le faisceau laser est réfléchi par un miroir vers l'emplacement du trou, il est facile de former successivement plusieurs trous en déplaçant le miroir pour diriger le faisceau vers les emplacements suivants. 25 II est évident qu'on peut utiliser d'autres fomes, d'énergie concentrée pour percer les trous, par exemple un faisceau électronique, mais dans ce cas l'opération doit se faire sous vide. Un inconvénient supplémentaire de l'emploi du faisceau électronique est que la discrimination entre les pouvoirs d'absorption des différents matériaux 30 n'est pas aussi bonne qu'avec un laser. L'expérience a montré qu'après perçage des trous avec un faisceau laser, il était nécessaire de nettoyer letuB surfaces internes et particulièrement la surface mise à nu de la couche, de cuivre 10 car, pendant la foraaation du trou, la matière de la couche 11 est 35 vaporisée et une certaine partie de cette vapeur se condense sur les surfaces internes du trou. Cette opération de nettoyage peut àvantageusement me faire par un procédé classique de décapage anodique. 72 17293 8 2137902 Il va de soi que la couche isolante 11 peut être en une matière autre que la résine epoxy chargée de fibre de verre. Pour la couche conductrice 10, on peut utiliser des matières autres que le cuivre à condition qu'elles se prêtent au dépôt cathodique et 5 possèdent la conductivité voulue. En résumé, le procédé de l'invention permet de former des trous d'interconnexion extrêmement petits à travers une couche isolante 11 d'épaisseur prédéterminée, de préférenoe au moyen d'un faisceau à haute énergie tel qu'un faisceau laser. On évite ainsi 10 les problèmes que pose le découpage d'ouvertures dans des couches épaisses de photopolymères. Parmi oes problèmes, on peut citer la polymérisation irrégulière à différentes profondeurs sous l'effet de l'exposition à la lumière ultraviolette, et la variation du diamètre du trou qui résulte de la réflexion de la lumière ultra-15 violette sur le substrat de cuivre. De plus, le procédé de l'invention permet d'éliminer l'opération de meulage de la surface de la couche isolante pour mettre à nu les interconnexions. Dans un cycle de fabrication industrielle, il s'est révélé extrêmement long et coûteux de meuler un grand nombre d'interconnexions aveo une tolérance de 20 25 microns. La description précédents n'est nullement limitative et l'on pourra y apporter diverses modifications ou variantes entrant dans le cadre et dans l'esprit de l'invention. 72 17293 9 2137902 Revendications 1. Procédé d'interconnexion de parties distinctes et alignées de deux réseaux conducteurs plans et sensiblement parallèles séparés par une couche isolante dans une structure de circuit 5 molticouchej la couche isolante portant un premier réseau conducteur sur l'une de ses faces, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à former au moins un trou traversant complètement la couche isolante à partir de son autre face pour mettre à nu une partie du premier réseau conducteur qui forme le fond du trou, puis 10 à déposer une matière conductrice de 1' électricité sur le fond du trou jusqu'à le remplir complètement avant de connecter ladite matière conductrice à une partie du second réseau conducteur. 2.Procédé selon la revendication 1 pour la fabrication d'un circuit imprimé multicouche à partir d'une couche conductrice 15 préformée portée par le recto d'une couche isolante, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : 1°- Formation d'un trou qui traverse cempiétement la couche isolante à partir de son verso, dans l'alignement de la couche conductrice dont la matière forme le fond,du trou ; 20 2°- Dépôt d'une matière conductrice de l'électricité sur le fond du trou pour le remplir complètement jusqu'à effleurer la face opposée de la couche isolante ; 3°- Application d'une nouvelle couche de matière conductrice' sur le verso de la couche isolante, ladite couche étant en contact 25 électrique avec la matière déposée dans le trou ; 4°- Formation d'un réseau de pistes conductrices sur la nouvelle couche conductrice, une piste étant alignée et en contact électrique avec la matière déposée dans le trou, les parties de la nouvelle couche conductrice qui se trouvent à l'extérieur du réseau étant 30 ultérieurement éliminées ; . 5°- Formation d'une nouvelle couche isolante au verso de la première ; et répétition des opérations 1 à 5 autant de fois qu'il est nécessaire. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les trous sont percés dans la couche isolante par application d'un 35 faisceau laser. 72 17293 10 2137902 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les surfaces internes des trous sont nettoyées avant l'opération de dépôt de la matière conductrice.