Brevet FR2148167A1 — publié le 19730311

La présente invention se rapporte aux circuits électroniques et elle concerne plus particulièrement un procédé perfectionné pour les fabriquer. le molybdène et des mélanges de molybdène et de man- ganèse sont utilisés en électrique pour produire des motifs métalliques sur des substrats diélectriques, ces motifs adhérant bien sans exiger de grandes quantités de fritte de verre dans la composition utilisée pcur appliquer ces notifs. Toutefois, les matières usuelles de soudage n'adhèrent pas bien à Ces mö- tifs contenant du molybdène, pas plus que l'or, qui non seulement permettrait le soudage, mais augmenterait la conductivité. Selon la technique antérieure, des motifs contenant du molybdène sont revetus de nickel ou de cuivre et la structure résultante-est chauffée pour fritter le nickel ou le cuivre dans la ccuche de molybdène avant l'étape finale de revêtement avec de la soudure ("Ceramic-to-Metal Bonding", G. I. Helgesscn, Boston Technical Publishers, Inc., Calbridge, 1968, page 11). On utilise ce procédé bien qu'il comporte trois opérations de revêtement et trois étapes de frittage et bien que "le procédé soit très sensible à de petites variations de l'atmosphère et de la température du four" (référence ci-dessus, page 11, der nier paragraphe). De plus, selon la technique antérieure, des métallisa- tions contenant du molybdène, y compris des métallisations de molymangarièse, peuvent être soudées eutectiquement ou par des fils métalliques en étant revêtues (électrclytiquement ou non) de couches successives de nickel et d'or.On effectue un frittage après chaque opération de reveAtement. L'application directe d'une couche d'or sur la couche de molybdène n'est pas possible parce que la solubilité mutuelle de l'or et du molybdène est si faible que l'o: quand il est chauffé au-dessous de son point de fusion n'adhère pas au molybdène et quand il est chauffé au-dessus de son point de fusion se met sous la forme de globules sans mouiller la surface du molybdène.On a donc be d'un proeédé simple pour produire des substrats ayant des t aches successives adhérant bien d'un motif contenant du molybdène rev8tues par impression d'un métal soudable d'une bonne conductivité, comme l'or. le procédé doit utiliser un nombre minimal d'étapes, pour des raisons économiques. Des étapes successives de revêtement et de frittage sont spécialement cou tueuses. Selon la présente invention, on prévoit des dispositifs électroniques comprenant, sur un substrat diélectrique, un motif contenant du molybdène revetu par impression d'une couche d'or. La ccuche d'or comprend, en plus de l'or, au moins 0,58% en poids de nickel, par rapport an poids total de nickel et d'or. lesoeuches respectives présentent une bonne adhérence les unes aux autres. Le constituant nickel de la couche ùpé- rieure favorise l'adhérence de la couche d'or à la couche con ter.a.nt du molybdène; la couche supérieure est soudable et susceptible d'être liée par un eutectique et par des fils métalliques. Ces dispositifs sont produits par le procédé perfectionné de la préserte invention, qui exige seulement deux étapes de revêtement et de cuisson. Après qu un motif adhérent et cohérent de toetal- ccntenant du molybdène a été cuit sur un substrat diélectrique, une poudre d'or est appliquée en surimpression sur le motif contenant du molybdène. La poudre d'or appliquée en surimpression ne continent pas seulement de l'or, mais aussi au moins 0,58% en poids du nickel, par rapport au poids total d'or et de nickel.Elle peut sAtre appliquée sous la forme d'une dispersion dans un véhicule inerte et cuite ensuite au point de fusion de l'or ou au-dessus pour produire la structure adhérente eQsoudable désirée. les métallisations contenant du molybdène utilisées dans la technique pour augmenter l'adhérence de motifs métalliques électroniques à des substrats diélectriques (par exemple de l'alumine) peuvent être soit du molybdène seul soit du "molymanganèse", c'est-à-dire des mélanges de molybdène et de manganese, contenant par exemple jusqu a environ 25% de manganèse, par rapport au total du molybdène et du manganèse. Ces motifs de molybdène sont adhérents avec peu ou pas du tout de liant inorganique présent et on les applique normalement par des techniques normales d'impression utilisant un véhicule inerte.Le motif de molybdène est ensuite cuit dans une atmosphère non oxyd-nte (par exemple d'hydrogène, de gaz de formage) pour entre fritté. Dans la présente invention, des couches adhérentes d'or sont imprimées sur la couche de molybdène en une seule étape, suivie d'un frittage à la température de fusion de l'or (1600G environ) ou au-dessus dans une atmosphère non oxyds (par exemple de l'hydrogène, du gaz de formage) pour produire une structure adhérente, susceptible d'être soudée eutectiquement et par des fils métalliques en un nombre minimal d'étapes. La présence d'au moins 0,58% de nickel dans l'or permet ce résultat. La quantité préférée de nickel est d'environ 1,2 du poids total d'or et de nickel. La quantité maximale de nickel présente est déterminée par des exigences de conductivité, mais normalement une proportion de 2,3% de nickel sera le maximum nécessaire pour augmenter l'adhérence de la couche d'or appliquée en surimpression sur la couche contenant du molybdène. La ouche d'or appliquée en curimpression selon la présente invention est appliquée par des techniques classiques, en utilisant des poudres de nickel et d'or finement divisées (su moins ass-:z fines pour passer à travers un tamis de 0,044 mm d'ouverture de maille, de préférence à travers un tamis de 0,037 mm d'ouverture de maille).L'application peut etre effectuée par des techniques connues, telles que des techniques au pochoir, qui peuvent être conduites avec ou sans -éh enle Quand on utilise un véhicule, le véhicule est inerte et on en utilise des quantités classiques, habituellement de 2 à 10 parties en poids de poudre métallique par partie de véhicule. On utilise des véhicules classiques, par exemple des véhicules liquides comme l'eau, des liquides organiques inertes, etc.. la couche d'or est cuite dans une atmosphère exempte d'oxygène, ou non oxydante, comme d'hydrogène ou de gaz de formage, à des températures égales ou supérieures au point de fusion de l'cr, par exemple entre 1160 et 1200oC, pendant un temps sufflsant pour former une couche de surimpression adhérente et cohérente. les exemples non limitatifs suivants sont présentés pour illustrer la présente invention. Dans les exemples et ailleurs dans la description et dans les revendications, tous les pourcentages, toutes les parties et tous les apports sont en poids. EXEMPLE 1 On ;répare un substrat d'alumine portant un motif cuit (à. environ 14000G dans du gaz de formage humide) d'une métalli sation contenant 80% de molybdène et 20% de de manganèse. Une cou- che métallique est imprimée (trame de G,044 mm d'ouverture de maille) sur la couche de molymanganèse avec une composition contenant 85 parties d'or (particules de 3 à 5 microns), 1 partie de nickel (yarticules de 1 à 2 microns) et 14 parties d'un véhicule liquide inerte contenant 10% d'éthyl-cellulose et 90% de f3-terpinéol. la structure composite est cuite à 11600G pendant 15 minutes dans du gaz de formage. l'or résultant se fixe eutectiquement bien à des rondelles de silicium (contenant des dispositifs actifs tels que des diodes et des transistors) et est adhérent, car un fil d'aluminium de 50 microns est fixé à l'or en utilisant une machine à souder par ultrasons; quand on tire sur le fil avec une jauge de contrainte, la rupture se produit dans le fil à 11,5 grammes, et pas au joint soudé ni à l'interface molybdène/or. EXEMPLE 2 On répète l'Exemple 1 en utilisant 0,5 partie de nickel et 14,5 parties de véhicule, en plus de 85 parties d'or. Il en résulte une fixation et une adhérence satisfaisantes. EXEMPlE COMPARATIF 3 Des essais similaires à l'Exemple 1, en utilisant le même substrat Mo/Mn, mais en omettant le nickel dans la métallisation d'or en surimpression, produisent des structures dé.- tratifiées. Tout d'abord, des surimpressions à 85% et 90% d'or (sphères de 1 micron et paillettes de 5 microns) avec 15% et 10% du véhicule de l'Exemple 1, respectivement, par cuisson à 1065-1300 C dans du gaz de formage, donnent des produits déstratifiés. La répétition de ces essais avec 1% d'acide borique ou de borax (fondants connus pour l'or) donne aussi des structures déstratifiées. REVENDI CATI OB3 1. Procédé pour produire des substrats diélectriques portant un motif contenant du molybdène avec une surimpres- sion d'or, caractérisé en ce qu'on applique sur le motif contenant du molybdène une coche de surimpression d'or contenant de l'or et du nickel, le nickel tant présent à raison d'au moins 0,58% en poids du total d'or et de nickel. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'or et le nickel sont dispersés dans un véhicule inerte. 3. Procédé selon la revendicetion 2, caractérisé en ce que le nickel et présent à raison de 0,58 à 2,3% du poids total d'or et de nickel. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le substrat diélectrique est de l'alumine. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il y a de 2 à 10 parties en poids de total d'or etde nickel par partie de véhicule. 6. Dispositif électronique comprenant un substrat diélectrique qui porte un motif contenant du molybdène avec en surimpression une couche d'or, caractérisé en ce que cette dernière contient au moins C,58% en poids de nickel, par rapport au poids total. de nickel et d'or. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat est de l'alumine. 8. Dispositif sel.on la revendication 6, caractérisé en ce que la couche d'or continent de 0,58 à 2,3% de nickel.