Brevet FR2167939A1 — publié le 19730824

La présente invention se rapporte à un procédé perfectionné de fabrication d'une structure à couches multiples interconnectées formées sur des substrats, et elle concerne, plus particulièrement, un procédé de fabrication d'une structure à couches multiples interconnectées devant entre utilisée, par exemple, dans un dispositif à circuits intégrés à semi-conducteurs, ladite structure com- prenant plusieurs couches imprimées formées sur des substrats et stratifiés. On fabriquant en général une structure à couches multiples interconnectées du type ci-dessus de la façon suivante. Gomme le montre la figure 1, on imprime des couches conductrices 20, 20', et 90" sur les surfaces de substrats formés séparément et constitués par une matière diélectrique, par exemple des feuilles de céramique "vertex (non cuite) 10, 10' et lon respectivement. On forme des trous 80 dans les portions d'interconnexion désirées des différents substrats, et on remplit les différents trous d'une matière conductrice. Ensuite, on empile les substrats 10, 10' et 10" pour constituer un stratifié, de façon que les couches conductrices 20, 20' et 20" présentent les interconnexions désirées. Ensuite, on chauffe le stratifié de substrats à une température suffisante pour le fritter et pendant une durée fixée. Ainsi, on forme sur les substrats des couches multiples interconnectées, ou bien on réalise une structure à couches multiples interconnectées, telle qu'un bloc à couches multiples interconnectées. Cependant, ce procédé antérieur présentait des problèmes, en particulier pour relier entre eux les différents substrats. Plus particulièrement; lorsqu'on doit remplir de matière conductrice les trous 80 formés dans les portions désirées des substrats 10, 10' et 10", y compris les couches conductrices, les trous ne sont pas parfaitement remplis de matière conductrice, dans certains cas, du fait qu'ils sont très petits. Pour cette raison, il peut se produire une déconnexion, etc., par suite de l'imperfection de l'interconnexion. De cette façon, l'interconnexion est très peu sure. Bien qu'il existe une technique selon laquelle, pour éliminer cet inconvénient, on absorbe sous vide la matière conductrice pour en remplir les trous, cette technique augmente le nombre de stades opératoires et aboutit à un faible rendement pour la fabrication en série. En outre, avec ce procédé, il faut un nombre de substrats égal à celui des couches multiples interconnectées. De plus, il faut inclure un stade de perforation pour perforer chaque substrat suivant une conformation déterminée, ce qui augmente le nombre de stades opératoires. Il faut aussi un stade de compression à chaud des substrats stratifiés. Pendant ce stade de compression à chaud, sauf si la stratification est parfaite, il peut apparattre des causes d'imperfection, telles que des fuites dues à l'étanchéité insuffisante et à des déformations fâcheuses des substrats, ces deux types d'imperfections pouvant être attribués à l'instabilité de la stratification (adhérence peu sûre). En conséquence, le procédé devient relativement compliqué, et le rendement diminue. Par conséquent, le prix de revient devient élevé. L'invention vise à éliminer les inconvénients précités. Elle a pour objets - Un procédé de fabrication d'une structure à couches multiples interconnectées facilitant l'interconnexion des couches et très store; - un procédé de fabrication d'une structure à couches multiples interconnectées, qui économise la main-d'oeuvre nécessaire pour le mettre en oeuvre; - un procédé de fabrication d'une structure à couches multiples interconnectées, permettant d'obtenir une structure extremement mince, ce qui élimine le gaspillage de matière; - un procédé de fabrication d'une structure à couches multiples interconnectées de faibles dimensions, étanche, dépourvue de fuites dues à une herméticité imparfaite, de déformations faucheuses des substrats, etc., et relativement fortement résistante. L'invention consiste en un procédé de fabrication d'une structure à couches multiples interconnectées comportant des portions reliées mutuellement, selon lequel on dépose une pâte conductrice sur un substrat, suivant une configuration d'impression désirée, et on la sèche et on la solidifie pour former la première couche de matière conductrice, on dépose de méme une pâte isolante sur ladite première couche de matière conductrice, de façon à laisser à nu des parties de cette première couche de matière conductrice, et on la sèche et on la solidifie pour former une couche isolante, puis l'on dépose la p#te conductrice sur les parties à nu de la première couche de matière conductrice et sur ladite couche isolante, suivant une configuration désirée, pour former la seconde couche de matière conductrice, et l'on fritte ensuite l'ensemble de la structure obtenue. La description détaillée qui va suivre, et les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, feront bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. Sur les dessins annexés : la figure 1 est une vue en perspective, représentant séparément les différentes feuilles de l'art antérieur, en vue éclatée, comme il a été expliqué précédemment; la figure 2 est une coupe d'une structure finie, obtenue par le procédé selon l'invention; la figure 3 est une coupe d'un dispositif d'impression sur trame selon l'invention; les figures 4a à 4d sont des coupes à échelle agrandie représentant différents stades d'une partie indiquée par l'accolade A sur la figure 2. La figure 2 représente un exemple d'une structure à couches multiples interconnectées, réalisée par le procédé selon l'invention. Sur cette figure, la référence numérique 3 désigne un substrat céramique, la référence 4 une couche isolante et la référence 2 une couche de matière conductrice. Dans le mode d'exécution de l'invention qui va etre décrit cidessous, on utilise un dispositif d'impression sur trame. La figure 3 représente un exemple du dispositif d'impression sur trame devant être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. La référence numérique 5 désigne une trame réticulée suivant une configuration d'impression désirée, et la référence 7 un support supportant la trame réticulée 5. Pour fabriquer, par exemple, la structure à couches multiples interconnectées représentée sur la figure 2 en utilisant un tel dispositif, on met en oeuvre les stades représentés sur les figures 4a à 4e (qui représentent, à échelle agrandie, la partie désignée par l'accolade A sur la figure 2). En se référant à la figure 4a, on prépare le substrat céramique 3, qui n'est pas encore cuit, en rendant pesteuse une matière céramique en poudre dont le principal constituant est l'alumine, au moyen d'un liant et d'un solvant, et en faisant une feuille et en séchant. On verse directement une matière céramique sur le substrat céramique "vertu (non-cuit) 3 par-dessus la trame réticulée 5 de la figure 3, pour imprimer une configuration désirée (parties des lignes pointillées. La figure 4a ne comporte pas de ndotted lines").La matière céramique à verser est une matière piteuse qui comprend, par exemple, 50 % en poids de poudre d'alumine, 20 % en poids d'un liant adhésif convenant pour l'impression, par exemple du polyvinylbutyral ou de l'éthyl-cellulose, et 30 % en poids d'un solvant destiné à maintenir la viscosité, par exemple un solvant séchant lentement, comme par exemple, l'acétate de butyl-carbitol, les ingrédients étant mélangés et malaxés.#Ensui- te, on chauffe la couche isolante 4 formée à une température d'environ 1200C pendant environ 15 minutes, pour la sécher et la solidifier. Ainsi, on obtient un substrat présentant une surface non uniforme (la couche isolante 4 prend la forme représentée en traits pleins, par suite du retrait).Ensuite, comme le montre la figure 4b, on imprime la première couche de matière conductrice 2 sur le substrat de surface non uniforme par suite de la couche isolante 4, en utilisant un dispositif dtimpression sur trame produisant un dessin désiré, comme lors de l'impression de la matière céramique.La matière conductrice constituant la couche 2 est une conductrice comprenant 50 % en poids de poudre métallique résistant à la chaleur, supportant la température de frittage de 1 'alu- mine, par exemple de la poudre de métal conducteur à point de fusion élevé, de tungstène (W), de molubdène (Mo), de manganèse (#), de titane (Ti), de platine (Pt) ou d'un mélange de ces métaux, dans laquelle on mélange et malaxe un liant et un solvant semblables aux matières mélangées et malaxées dans la matière céramique. Ensuite, on sèche et on solidifie la matière conductrice comme on l'a représenté sur la figure 4c. En outre, les figures 4d et 4e représdntent des parties interconnectées après séchage et solidification. Un trou 8 servant de portion de liaison est formé par la plaque de trame 6 fixée au dispositif d'impression sur trame, et à une profondeur correspondant à son épaisseur. Ainsi, on forme une couche isolante 4' comportant le trou 8, comme on l'a représenté, à titre d'exemple, sur la figure 4d.Ensuite, comme le montre la figure Xe, on forme la seconde couche de matière conductrice 2' et la portion de liaison entre la seconde couche conductrice 2' et la première couche conductrice 2 déjà imprimée, en introduisant la pâte conductrice de la seconde couche dans le trou 8 avec une pression maintenue par l'impression sur trame0 Selon le procédé ci-dessus, on forme successivement les configurations d'impression conformément aux configurations désirées. Ensuite, on chauffe la structure imprimée obtenue à une température d'environ 1.45000 à 1.65000 en atmosphère réductrice, dans un four de chauffage, pendant environ 10 heures, pour fritter la matière céramique et la matière métallique. On achève ainsi la structure monolithique à couches multiples interconnectées. Ainsi, l'invention permet de réaliser très facilement la liaison électrique mutuelle. On peut ajuster librement l'épaisseur de la structure à couches multiples interconnectées conformément aux quantités de potes d'impression désirées. Par ailleurs, on peut obtenir une économie de la main-d'oeuvrenécessaire pour mettre en oeuvre le procédé. L'invention est donc très rentable. Il va sans dire que l'invention s'applique également à la fabrication d'une portion à couches multiples reliées électriquement dans un bloc céramique pour circuit intégré à semi-conducteurs, cette portion nécessitant des parties interconnectées. Dans le mode d'exécution précédent, on a décrit, à titre d'exemple, l'impression sur trame comme procédé de formation des couches respectives. Cependant, on peut atteindre les objectifs de l'invention en déposant successivement les matières pâteuses suivant des modes préétablis, par exemple on peut utiliser 1 'impres- sion en creux, l'impression en relief et d'autres procédés d'impression et techniques d'application, à la place de l'impression sur trame. Bien que, dans le mode d'exécution précédent, on ait décrit l'utilisation d'une feuille d'alumine "verte" comme substrat, il s'agit seulement d'un exemple non limitatif. Dans la mesure od lton peut retirer le substrat des couches imprimées, il peut etre constitué par nfimporte quelle matière, par exemple une matière s'éliminant par combustion au moment du frittage ou une matière s'éliminant par exfoliation, par suite d'une différence de coefficients de dilatation thermique. On peut aussi utiliser une matière dont le coefficient de dilatation thermique est sensiblement égal à celui des couches imprimées, et présentant la propriété d'y adhérer.Par exemple, la première comprend le papier Myler, ou Mo ou W qui sont des métaux à point de fusion élevé. La dernière comprend un substrat de verre dont la température de frittage est supérieure à celle des matières des couches imprimées et qui est fritté préalablement. On préfère encore davantage utiliser une matière contenant les mimes ingrédients que les matières des couches imprimées, comme dans le mode d'exécution précédent, et dont le coefficient de contraction est ê peu près le m#me que celui de celles-ci. Bien que la structure du substrat du mode d'exécution précédent soit une structure à une seule feuille, on peut utiliser n'importe quel substrat présentant au moins une surface principale. Par exemple, le substrat peut etre une structure stratifiée dont les interconnexions sont formées d'avance, ou bien une structure stratifiée comprenant seulement une couche isolante. REVENDICATION Procédé de fabrication d'une structure à couches multiples in terconnectées comportant des portions de liaison électrique mutuelle, caractérisé en ce que lton dépose une pâte conductrice sur un substrat, suivant une configuration désirée, puis l'on sèche et solidifie cette pâte pour former une première couche de matière conductrice, on dépose de même une pâte isolante sur la première couche de matière conductrice, de façon à mettre à nu localement cette première couche de matière conductrice, puis lton sèche et solidifie cette couche pour former une couche isolante, oh déposé ensuite la pâtg conductrice sur les parties exposées de la première couche de matière conductrice et sur ladite couche isolante suivant une configuration désirée, et l'on forme ainsi une seconde couche de matière conductrice, et l'on fritte ensuite ltensemble de la structure obtenue.