Brevet FR2330246A1 — publié le 19770527

La présente invention a pour objet un procédé pour la réalisation de microctblages multicouches, selon lequel sont alternativement rapportées sur un substrat en matière céramique des couches conductrices et des couches diélectriques, les couches conductrices étant structurées par un procédé de photogravure et étant électriqueuent reliées entre elles aux emplacements voulus par des connexions traversant des ouvertures pratiquées dans les couches diélectriques. Dans le cas de microctblages multicouches pour calculatrices rapides, peuvent être requises, par suite de la loi de dépendance de Itimpédance caractéristique en fonction de la largeur des voies conductrices, de ltépaisseur et des constantes diélectriques relatives des couches diélectriques, des structures de couches conductrices possédant des largeurs de voies conductrices inférieures à 100 microns. Les épaisseurs de couche qui en résultent pour les couches diélectriques peuvent alors se situer entre environ 20 et 150 microns, ou même encore davantage. Dans les méthodes classiques de réalisation de circuits en couches épaisses, il n'est possible, même en recourant à une technique dtimpression très évoluée, ni dtimprimer des voies conductrices d'une largeur par exemple de 50 microns, ni de faire pénétrer des connexions traversantes dans les couches diélectri quzs épaisses de 150 microns. Des ouvertures pour connexions traversantes réalisées par un procédé d sérigraphie peuvent atteindre au minimum jusqutà 250 x 250 microns, tandis que ltépaiF seur de couche des couches diélectriques est limitée à un maximum de 45 microns. On connais, par 11 article "Photoprintisble Materials and Processing Equipment for Thick-Film Microcircuity" publié dans la revue "Solid State Technology", Mai 1974, pages 33 à 37, un procédé pour réalisation de microctblages multicouches, dans Lequel les couches conductrices aussi bien que les couches diélectriques sont structurées dans des masses de matières photopolymérisables et grtce à un procédé de photolithographie.Ce procédé permet dTobtenir des largeurs de voies conductrices d'environ 50 microns ainsi que des ouvertures dans les couches diélectriques d'un diamètre d'environ 125 microns. tes épaisseurs des couches dielectriques sont toutefois limitées à un maximum de 25 à 30 microns, ceci du fait que le pouvoir de résolution des matières photopoîy- métrisables dEcroft fortement lorsque croit ltépaisseur de la couche. On connait d'autre part, par la publication d'une communication de Barry Hass, Willard W. McLeod et Rudolf 3. Thun inti tulée11A Method for the Rapid and Economical Generation of Hybrid LSI Circuits" 24 th Electronic Components Conference, 13 au 15 Mai 1974, pages 172 à 176 ,un procédé du genre précité et dans lequel aussi bien les couches conductrices que les couches diélectriques peuvent être structurées gracie à un procédé de photogravure. Des largeurs de voies conductrices de 50 microns peuvent en l'ocur- rence être obtenues sans aucune difficulté . La réalisation d'ouvertres pour connexions traversantes de 150 microns de diamètre dans des couches diélectriques épaisses par exemple de 150 microns reste toutefois impossible dans ce procédé connu, ceci du fait qu'une attaque chimique sur une seule-face conduit nécessairement avec de telles épaisseurs de couches à des phénomènes marqués de détalonnage. La présente invention se donne en conséquence pour but de perfectionner le procédé défini ci-dessus de telle manière que puissent être pratiquées dans des couches diélectriques épaisses d'environ 150 microns des ouvertures pour connexions traversantes d'u diamètre d'environ 150 microns. Ce but est atteint, conformément à l'invention, gracie au fait qu'aux fins de réalisation des connexions traversantes sont percés au moyen d'un faisceau à haut niveau d'énergie des trous borgnes qui entament au moins les couches conductrices, et que ces trous borgnes sont ensuite emplis d'une masse de matière frit table et électriquement conductrice. Grâce à ltemploi dxun faisceau à haut niveau d'énergie,des trous borgnes d'un diamètre de 150 microns peuvent Autre sans diffi cuItés perces dans des couches diélectriques d'une épaisseur de plus de 200 microns. il a été constaté, de façon surprenante, que ces trous borgnes, qui entament ou traversent complètement les couches conductrices dans les structures multicouches, sont exempts de verre ou de matière céramique Ceci permet d'emplir les trous borgnes en cause au moyen drune masse de matière conductrice, et de transférer ainsi le potentiel dTun plan inférieur dans un autre plan.Par rapport à des trous percés de part en part, la consti turion d'ouver4ures pour connexions traversantes sous la forme de trous borgnes présente toute une série d'avantages. C'est ainsi, notamment, que la masse de matière conductrice n'a à être chargée dans les trous borgnes que d'un seul côté, ce qui exclut de façon certaine tout risque de voir cette masse de matière s'échapper sur Autre face, éventualité qui entrainerait ltapparition d'un risque de court-circuit et d'une perte de raffinement des structures obtenues. En outre, la limitation des trous borgnes vers le bas permet d'obtenir une amélioration du taux de remplissage.Une fois effectué ltempldssage des trous borgnes, la couche diélectrique qui y est superposée reste disponible sur toute sa surface pour la constitution de la couche de ctblage suivante. Ceci permet finalement de réaliser des microctblages dtinterconnexion de composants semiconducteurs avec un degré de compacité particulièrement poussé. De préférence, les trous borgnes seront percés au moyen d'un faisceau laser. Une opération de perçage par faisceau laser ne nécessite pas ltétablissement du vide, ce qui repre#sente un avantage économique appréciable par rapport au perçage par rameau électronique. Selon la conception du microcablage, les trous borgnes en question peuvent également être percés à travers deux ou plusieurs couches diélectriques. Il est de la sorte possible de réduire, dans le cas de connexions traversantes affleurantes,le nombre des perçage à exécuter. Dans un mode d'exécution avantageux du procédé selon ltin- vention, les trous borgnes sont emplis d'une masse de matière comprenant des particules réfractaires. De telles matières, telles qu'elles sont par exemple décrites dans la demande de brevet Allemand publiée sous le #méro 2.310.062, ne présentent qu'un léger rétreint lors du passage au four, et garantissent ainsi l'obtention de connexions traversantes de grande fiobilité. L'invention sera à présent décrite plus en détail à propos de deux modes d'éxécution du procédé, donnés à simple titre d'exemples illustratifs, avec références aux dessins ci-annexés, en lesquels: Les figures I à 4 illustrent en coupe fortement agrandie des stades successifs de la réalisation d'un microc blage multicouches selon l'invention; La figure 5 illustre une variante portant sur la conception des trous borgnes. En considérant en premier la figure 1 des dessins, on voit que sur un substrat 1 en matière céramique, laquelle est par exemple constituée de 96% de A1203 , une couche électri qu-mznt conductric 2 épaissi d'environ 20/U est rapporté sur toute sa surface, et qu cette couche conductrice est ~nsuitr structurée en recourant à un procédé de photogravure qui dégag-- des voies conductrices 21 et 22.Pour la réalisation de cette couche conductrice 2, il est par exemple possible de déposer une pâte di séri- graphie à base d'or (par exemple, celle fournie par électro Science Laboratories of Pensavken, New Jersey, paste N 8810), et de fritter cette pate à environ 8500 C pendant quelque 45 minutes. Cette couche conductrice 2 pourrait toutefois store également obtenue par vaporisation ou par pulvérisation dTor ou d'autres métaux appropriés sous vide. Il est pareillement possible de renforcer galvaniquement ltépaisseur de la couche 2. Sur la première couche de câblage ainsi obtenue, eSt rapportée et frittée une couche diélectrique 3 épaisse par exemple de 150 vu, ainsi que representé à la figure 2 des dessins. Le dépôt de cette couche 3 peut s'effectuer de diverses manières, par exemple par projection, par centrifugation, ou encore par versage de dispersions appropriées. Dans ce dernier cas, le substrat en matière céramique 1 est placé dans un dispositif qui lten- toure de manière étanche, ceci de telle manière que la dispersion ne puisse s'échapper. Le dispositif en question peut être avantageusement mis en vibration. Il est toutefois également possible de réaliser la couche 3 par un procédé dtimpression ou par surlaminage d'une feuille de matière étirée.Un matériau bien approprié à la réalisation de la couche diélectrique 3 est par exemple constitué par un verre cristallisable (Celui dont la composition est connue sous la référence DP-8399, DuPont Company, Wilmington, Delaware , ce matériau pouvant autre rapporté par un procédé de sérigraphie et fritté à une température d'environ 850 C. Une fois que la couche 3 est frittée, on peut y percer au moyen dTun faisceau laser des trous borgnes 4 qui viennent juste entamer la couche conductrice 2 et qui possèdent par exemple un diamètre moyen de 120 p. Conformément à la figure 3 des dessins, lqs trous borgnes 4 sont ensuite remplis d'une masse de matière électriquement conductrice 5, laquelle est frittée après remplissage. La masse de matir. 5, qui peut être bourrée dans les trous borgnes 4 au moyen d'une raclette, peut titre par exemple constituée d'un mélange de la formulation suivante: 75% en poids de la pâte de sérigraphie à base d'or employée pour la réalisation de la couche 2; 20% en poids de particules A1203 dlune granulation d'environ jJU et 5% en poids d'huile de pin. Le frittage de ce mélange dure environ 30 minutes pour une température de 850oC. Après frittage, une autre couche électriquement conductrice 6 est rapportée sur la couche diélectrique 3 et est structurée en recourant à un procédé de photogravure, en sort que saient dégagées des voies conductrices 61, 62 et 63. Ltapport de la couche conductrice 6 peut être réalisé de la meme manière que celui de la couche conductrice 2 Sur la seconde couche de ctblage ainsi obtenue est alors rapportée et frittée une nouvelle couche diélectrique 7, ainsi que représenté à la figure 4 des dessins. L'apport de cette couche diélectrique 7 peut être effectué de la même manière que celui de la couche diélectrique 3.Une fois que la couche 7 est frittée, on perce au moyen d'un faisceau laser des trous borgnes 8 et 9 qui viennent juste entamer les couches conductrices 6 et 2, respectivement, et que lton emplit de la masse de matière électriquement conductrice 5 déjà mentionnée ci-dessus.Après frittage de la masse matière conductrice 5, est rapportée une nouvelle couche conductrice 10 qui est structurée de manière à former la troisième couche de caçblage. La réalisation de nouvelles couches de cÇblage peut steffectuer de la même manière, la couche de câblage supérieure et/ou un ctblage formé sur la face inférieure du substrat en matière céramique 1 comportant des plages de raccordement permettant le soudage de composants semiconducteurs. Le cas échéant, les plages de raccordement pour ces composants semiconducteurs formées sur la face inférieure du substrat en matière céramique 1 peuvent être reliées par des connexions traversantes appropriées à la couche électriquement conductrice 2. La figure 5 des dessins illustre une variante de réalisation des connexions traversantes au moyen de trous borgnes 40, lesquels traversent de part en part la couche conductrice 2 et aboutissent dans le substrat en matière céramique 1. Cette opération a pour effet de donner naissance à l'intérieur des trous bornes 40 à des surfaces cylindriques 20 de la couche conductrice s lesquelles surfaces servent à ltéiablisse.ment des connexions lors du emplis sage des trous par une masse de matière conductrice. R E V s N D I C A T I O N S 1. Procédé pour la réalisation de microctblages multicouches, selon lequel sont alternativement rapportées sur un substrat en matière céramique des couches conductrices et des couches diélec-triques, les couches conductrices étant structurées par un procédé de photogravure et étant électriquement reliées entre elles aux emplacemznts voulus par des connexions traversant des ouvertures pratiquées dans les couches diélectriques, caractérisé par le fait qu'aux fins de réalisation des connexions traversantes sont percés au moyen d'un faisceau à haut niveau dtgenergie des trous borgnes (4,8,9,40) qui entament au moins les couches conductrices (2,6), et que ces trous borgnes sont ensuite emplis d'une masse de matière (5) frittable et électriquement conductrice. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les trous borgnes (4,8,9,40) sont percés au moyen d'un faisceau laser. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les trous borgnes (9) sont percés à travers deux ou pI'sieurs couches diélectriques (3,7#. 4. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérise par le fait que les trous borgnes (4,8,9,40)sont emplis d'une masse (5) de matière contenant des particules réfractaires.