Brevet FR2456457A1 — publié le 19801205

La presente invention concerne un procédé de fabrication de circuits imprimés très denses, ayant une résolution élevée et formant des traits fins, et plus précisément un procédé au cours duquel le circuit imprimé est formé sur un substrat poli amovible à l'aide d'opérations photographiques de résolution élevée. Des circuits imprimés peuvent être formés sur des substrats céramiques, métalliques, de résine et même formés par des films souples, et on les utilise pour la connexion de composants individuels tels que des résistances, des condensateurs, des selfs et des dispositifs à semi-conducteur, y compris des circuits intégrés complexes. Un dessin conducteur de circuit imprimé peut varier entre un dessin simple ayant des conducteurs radiaux destinés à relier une paillette de circuit imprimé à un cadre à connexions plates à un dessin multicouche extrêmement complexe destiné à l'interconnexion de nombreux composants complexes. On tend~ actuellement à utiliser des circuits imprimés de plus en plus complexes ayant des densités de plus en plus grandes de conducteurs imprimés, afin que des composants de plus en plus complexes puissent être logés dans un espace réduit et que les coûts soient réduits alors que la fiabilité augmente. Bien qu'on ait atteint des résolutions correspondant à des traits de 1 micron et même moins dans les circuits inte- grés à semi-conducteur, la meilleure résolution qui estEdispo- nible commercialement à l'heure actuelle pour les circuits imprimés reliant des composants non monolithiques, correspond à des traits de 0,125 mm de largeur, séparés par une distance de 0,25 mm.Les irrégularités importantes des conducteurs des circuits ont voué à l'échec les tentatives d'obtention de rendements convenables, du fait des courts-circuits, des circuits ouverts et des régions conductrices étroites de résistance élevée. Ces irrégularités sont dues à un certain nombre de facteurs, notamment la rugosité de surface du substrat, la diffusion et la diffraction de la lumière d'exposition lors du passage dans le cache photographique, la réserve photographique et le développement irrégulier des bords de la réserve exposée ainsi que l'attaque irrégulière des couches conductrices protégées par les caches. Les brevets des Etats-Unis d'Amerique n0 2 692 190, 2 721 822, 2 724 674, 3 181 986 et 3 350 498 décrivent un certain nombre de procédés destinés à la formation de circuits imprimés sur des substrats lisses non permanents. Cependant, aucun de ces procédés ne permet la formation de circuits imprimes de résolution élevée, utilisables en pratique, qui peuvent être réalisés par mise en oeuvre des procédés selon l'invention. Le procédé de fabrication de circuits imprimés de résolution élevée, comportant des traits fins et très denses selon l'invention, comprend la disposition d'une couche de matière phototensible sur une surface lisse d'un substrat, l'application éventuelle d'un mince film d'un lubrifiant sur la face supérieure de la matière photosensible, la disposition d'un cache photographique délimitant un dessin de circuit conducteur près de la surface de la matière photosensible, le serrage du cache photographique en contact intime et continu avec la surface photosensible, l'exposition et le développement de la matière photosensible afin que la surface lisse soit exposée dans les régions dans lesquelles un dessin conducteur de circuit doit être formé, la réalisation d'un dessin conducteur à la surface lisse dans ces régions, le retrait de toute la matière photosensible restant sur la surface lisse, l'application d'une couche d'une matière dielectriswue défonable à base de polyamideimide sur la surface lisse et le dessin conducteur, et le retrait de la matière isolante et du dessin conducteur de la surface lisse. D'autres couches de dessins conducteurs de circuits peuvent être formées avant le retrait du circuit imprimé. Celuici peut être fixé sur un substrat métallique ou autre, par mise en oeuvre d'une matière diélectrique ou isolante constituant un adhésif. Lors de la formation de chaque niveau supplémentaire de circuit imprimé, une couche comprenant un dessin formé par des conducteurs ou des connexions en saillie, dépassant vers le haut, est formée sur la couche précédente de circuit, avant disposition de la matière isolante. La face supérieure de cette dernière est retirée par ponçage ouuneautre opération afin qu'une surface lisse soit formée dans le même plan que les parties supérieures des connexions en saillie.Le procédé utilisé pour la première couche du dessin du circuit peut alors être répété pour la construction d'un second niveau de circuit imprimé qui est relié sélectivement au niveau inférieur précédent par les connexions électrodéposées en saillie. D'autres caractéristiques et avantages de 1 t invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1 à 6 sont des coupes transversales d'un circuit imprimé très dense, illustrant les étapes succes sives de la fabrication d'un circuit imprimé selon 11 invention et - les figures 7A et 7B sont des coupes de variantes de circuit imprimé à traits fins très denses, réalisées selon l'invention. Un circuit imprimé ayant des traits fiBs et très dense de conducteurs imprimés est réalisé selon l'invention sur un substrat poli, à l'aide d'un procédé additif, combiné aux techniques photolithographiques. Comme indiqué sur la figure 1, une couche uniforme 10 de 15 microns d'épaisseur, formée d'une réserve photographique sous forme d'un film sec ou d'une autre matière photosensible d'épaisseur uniforme convenable, est appliquée sur une surface polie 12 d'un substrat 14. Bien que l'épaisseur de la réserve sous forme d'un film sec ne soit pas primordiale, elle doit être au moins égale à celle du conducteur imprimé voulu, et des épaisseurs trop importantes ont tendance à réduire la définition qui peut être obtenue pour les traits. Une épaisseur de 15 microns est utilisée dans l'exemple considéré aussi bien pour la réserve que pour les conducteurs imprimés. Le substrat 14 est réutilisable et il peut être forme d'une plaque d'acier inoxydable d'épaisseur convenable d'environ 3 à 6,5 mm, ayant une surface supérieure très polie 12. Une mince couche d'une matière de démoulage, par exemple une couche de 2,5 microns d'épaisseur de nickel, est appliquée sur la surface polie 12 avant application de la couche 10 de réserve. L'agent de démoulage rend simplement possible la séparation du circuit imprimé par rapport au substrat 14, par pelage, après la fin de la formation du circuit imprimé. En outre, de minces couches de cuivre peuvent être déposées sur la couche de démoulage avant disposition sur le substrat de la couche 12 de réserve. Une très mince couche 16 d'une matière lubrifiante telle qu'une cire est éventuellement appliquée à la face exposée de la réserve. Ce lubrifiant peut être une cire ménagère à pulvérisercourante, par exemple un produit disponible sous la marque de fabrique "Pledge" et qui est appliquée par simple pulvérisation d'une mince couche à la surface exposée de la réserve 10. La surface de la couche de réserve 10 a tendance à être relativement collante et la couche de lubrifiant 16 permet un positionnement précis du cache 18 lorsqu'il est au contact de la surface lubrifiée et exposée de la couche de réserve 10, afin que l'alignement soit convenable. Cependant, le positionnement précis de la première couche est souvent superflu et le lubrifiant peut être supprimé. Lorsque le cache 18 est placé à la sur##ce de la couche de réserve 10, une opération de serrage est réalisée afin que les bulles d'air ou de gaz éventuelles soient chassées de l'espace compris entre le cache 18 et la couche de réserve 10 et que le cache 18 soit en contact continu et bien ferme contre la surface de la couche de réserve 10. Par exemple, le serrage peut être réalisé par passage du substrat 14, de la couche de réserve 10 et du cache 18 entre deux rouleaux 20, 22 qui exercent une pression. Après serrage, la réserve photographique est exposée de manière classique à de la lumière collimatée et elle est développée afin que des parties de la couche de réserve 10 soient retirées de la région dans laquelle les dessins de circuitsconducteursdoivent être formés. Comme le cache est en contact extrêmement intime avec la couche de réserve 10, et comme l'opération antérieure de serrage réduit au minimum la diffraction lors du passage de la lumière du cache 18 à la couche de réserve 10, l'exposition à la lumière permet la formation d'un dessin de traits nets, de résolution extrêmement élevée, dans la réserve 10, et, après développement, des parois verticales extrêmement rectilignes 26 se forment aux limites et délimitent des cavités dont les parties de la couche de réserve 10 sont retirées.Une mince couche 27 d'or ou de nickel est déposée par électrodéposition dans les cavités délimitant le dessin du circuit conducteur, sous forme d'un cache destiné à protéger le dessin conducteur lorsque la matière de démoulage est ensuite retirée par attaque chimique. Une matière conductrice 28, par exemple le cuivre, l'or ou le nickel, est alors placée par électrodéposition sur la surface polie 12 comme indiqué sur la figure 2 et forme le dessin de circuit conducteur délimité par le cache 18. Ce processus additif assure la formation de bords nets et perpendiculaires dans les traits du dessin conducteur étant donné que ces bords prennent la configuration des parois de la réserve.Un procédé soustractif dans lequel une couche entière de cuivre est d'abord déposée puis subit une attaque sélective ne donne pas une telle résolution poussée étant donné qu'un affouillement a lieu sous le cache de réserve, et que les parois attaquées ne sont pas aussi lisses et nettes que celles quton obtient dans la réserve photographiq#. Bien que cette opération ne soit pas nécessaire dans les dessins de circuit imprimé à une seule couche, lorsqu'une seconde couche de dessin de circuit doit être formée, un dessin d'interconnexion est ensuite formé sur le premier dessin 30 de circuit imprimé comme indiqué sur la figure 3. Le dessin du circuit d'interconnexion peut être formé par mise en oeuvre d'un procédé photolithographique classique, soit par dépôt puis attaque photolithographique, soit, comme indiqué sur la figure 3, par délimitation initiale d'un dessin voulu d'interconnexion à l'aide d'une couche de cache de matière 44 de réserve photographique, puis par électrodéposition des interconnexions 46 dans les cavités formées par la couche 44 de cache.Comme des premières parties de la première couche de réserve 10 doivent déjà être retirées, des patins d'interconnexion doivent être disposés dans la première couche 30 avec une surface suffisante pour que les interconnexions 46 n'aient pas a s'étendre au-delà des parties sous-jacentes du premier dessin 30. Ainsi, après formation des interconnexions 46, les deux couches 10, 44 de réserve photographique peuvent être retirées totalement du circuit imprimé partiellement fabriqué.En l'absence de la surface polie et lisse 12, des couches supplémentaires de circuit ne peuvent pas être formées avec la même résolution et la même den site que la première couche de circuit, et les interconnexions 46 doivent donc avoir une épaisseur minimale d'environ 25 microns et de préférence de 50 microns, en plus de l'épaisseur de la couche 30 de circuit, et elles doivent avoir des dimensions minimales d'environ 50 microns dans le plan d'une seconde couche 48 dans laquelle les interconnexions 46 et la seconde couche 44 de réserve sont disposées. Comme indiqué sur la figure 4, la première et la seconde couche de réserve sont alors totalement retirées du circuit imprimé partiellement formé, et une matière isolante déformable 50 et relativement plastique est disposée sur le dessin conducteur restant 30 du circuit imprimé de la première couche et sur le dessin 46 d'interconnexion. La matière isolante 50 est appliquée sous forme d'une mince feuille d'un film sec d'épaisseur uniforme au moins égale à l'épaisseur combinée du premier dessin de circuit 30 et des interconnelrjon 46 afin que l'uniformité soit bonne. Par exemple, dans l'exemple consi déré, l'épaisseur combinée est de 15 + 50 = 65 microns, et une couche de 100 microns d'épaisseur convient pour la matière isolante 50.Cette dernière est avantageusement durcie dans une presse à stratifié, ayant des plateaux 52, 54 et une couche 56 de caoutchouc de silicone est placée entre la matière isolante 50 et le plateau adjacent 52 de presse. La matière isolante 50 est avantageusement un film adhésif de polyamideimide, disponible dans le commerce sous la marque de fabrique "Kerimid" 501 auprès de Rhodia Inc., 600 Madison Avenue, New York, New-York 10022. Lorsque cette matière est utilisée, elle doit durcir pendant 2 h à une température de 1900C, sous une pression de 7 bars, afin que la matière isolante 50 s'écoule bien dans les cavités délimitées entre les conducteurs et présente une liaison très robuste avec les conducteurs de cuivre. Ensuite, la matière isolante 52 en excès est retirée du circuit imprimé partiellement terminé et laisse une face supérieure 60 qui est plate et coplanaire aux parties supérieures 58 des interconnexions 46. La matière 50 peut être retirée à l'aide d'un procédé convenable, par exemple par ponçage au papier de verre très fin. La structure résultante est représentée sur la figure 5. On se réfère maintenant à la figure 6 qui indique qu'un second dessin 62 de circuit imprimé peut alors être formé sur les surfaces 58 et 60, par tout procédé convenable. Par exemple, une couche complète de cuivre peut être déposée puis attaquée sélectivement afin qu'elle laisse le dessin voulu. Dans une variante, une mince couche de cuivre peut être déposée chimiquement sur les surfaces 58 et 60, puis électrodéposée jusqu'à une épaisseur d'environ 2,5 microns. Une réserve photographique est alors placée sur la surface revêtue et un dessin de circuit de forme voulue est délimité sous forme de cavités dans la couche de réserve photographique. La mince couche de cuivre déposée est utilisée comme conducteur et permet l'électrodéposition du dessin voulu de circuit dans les cavités de la réserve. Une mince couche 63 de nickel est alors électrodéposée sous forme d'un cache sur le dessin conducteur. Après retrait de la réserve, une attaque rapide retire la mince couche de cuivre déposée des régions dans lesquelles un dessin conducteur n'est pas souhaitable. Le second dessin 62 de circuit a de préférence une épaisseur d'environ 50 microns.Après retrait de la réserve photographique, une seconde couche 70 d'une ma tière isolante fluide, par exemple "Kerimid" 501, est fixée sur le second dessin 62 de circuit imprimé et la première couche de matière isolante 50 dans une presse à stratifie, comme décrit en référence à la figure 4. Une mince couche de nickel peut alors être électrodéposée rapidement sur le second dessin 62 avant disposition de la seconde couche de matière isolante afin que la liaison entre le second dessin 62 et la seconde couche de matière 70 soit élevée. On peut utiliser un ponçage au papier de verre pour le lissage de la seconde couche de matière isolante 70 comme indiqué sur la figure 6. Le circuit imprimé peut alors être terminé comme indiqué sur la figure 7A ou comme indiqué sur la figure 7B. Comme indiqué sur la figure 7A, #le circuit imprimé est terminé par collage a d'une ou plusieurs couches de matière isolante "Kerimid 501 sur la structure avec formation d'un circuit imprimé multicouche souple et très dense. Dans la variante de la figure 7B, les couches supplémentaires'72 de matière isolante "Kerimid" 501 sont utilisées pour la fixation d'un substrat métallique 74 sur la structure de la seconde couche 62 et sur la matière isolante 70 afin que la structure obtenue soit stable et possède de bonnes propriétés de transmission de la chaleur. Dans tous les cas, la structure du circuit imprimé est retirée de la surface polie 12 du substrat 14 et les minces couches de matière de démoulage de cuivre et de nickel peuvent être retirées des parties indésirables de la surface du premier circuit imprimé 30 et de la matière isolante 50, par attaque chimique. Il faut noter que d'autres couches de circuit imprimé peuvent éventuellement être formées sur le second circuit imprimé 62, d'une manière analogue à celle selon laquelle le second dessin 62 a été formé sur la première couche 30 et a été interconnecté à cette couche. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de circuits imprimés ayant une bonne résolution et une densité élevée de traits, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, dans l'ordre indiqué, la disposition d'une couche d'une matière photosensible d'épaisseur au moins égale à celle d'un conducteur voulu, sur une surface lisse d'un substrat, afin qu'une couche superficielle d'une matière photosensible soit formée sur une zone donnée de la surface lisse, la disposition d'un cache photographique délimitant un dessin de circuit conducteur près de la surface de la matière photosensible, le serrage du cache photosensible en contact intime et continu avec la surface de la matière photosensible, l'exposition photographique et le développement de la matière photosensible afin que cette matière soit retirée des régions de la surface lisse dans lesquelles un dessin de circuit conducteur doit être formé, la formation d'un dessin circuit conducteur d'épaisseur choisie dans les régions de la surface lisse sur lesquelles un dessin conducteur doit être formé, le retrait de toute la matière photosensible restant sur la surface lisse, le collage d'une couche de matière déformable et isolante sur la surface lisse et le dessin de circuit conducteur formé sur elle, et la séparation du stratifie forme par cette couche de matière et le dessin de circuit conducteur, de la surface lisse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la disposition d'une couche de matière photosensible comprend la disposition d'une couche d'une matière de réserve photographique sous forme d'un film mince d'épaisseur au moins égale à l'épaisseur des conducteurs choisis, sur une surface lisse d'un substrat, afin qu'une surface d'une matière photosensible soit formée sur une zone déterminée de la surface lisse. 3. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, entre la disposition de la matière photosensible et la disposition d'un cache, une application d'un mince film d'un lubrifiant à la surface de la matière photosensible. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'application d'un mince film lubrifiant comprend la pulvérisation d'un film d'un lubrifiant cireux sur la surface de la matière photosensible. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de serrage comprend le passage du substrat, de la matière photosensible et du cache entre deux rouleaux presseurs afin que le cache photographique soit mis en contact intime et continu avec la surface de la matière photosensible. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formation d'une couche de matière isolante déformable comprend la disposition d'une feuille d'un film sec de polyamide-imide sur la surface lisse et le dessin de circuit conducteur formé sur elle. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre la disposition d'une matière isolante déformable et le retrait du stratifié, le retrait d'une partie de la matière déformable près d'une surface de celle-ci afin que cette matière forme une surface coplanaire à un plan délimité par une surface du dessin conducteur, à l'opposé de la surface lisse du substrat, et la disposition d'une seconde couche de la matière isolante déformable sur la surface plane et la surface du dessin de circuit conducteur. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre la formation d'un dessin de circuit conducteur et le retrait de la matière photosensible restante, la formation d'interconnexions à des emplacements choisis, sur le dessin de circuit conducteur, les interconnexions dépassant de la surface du dessin de circuit conducteur sur une épaisseur choisie, le procédé comprenant aussi, entre les étapes de retrait de la matière photosensible et de disposition de la matière déformable, le retrait d'une partie de la couche de matière isolante près d'une surface de celle-ci afin qu'elle forme une seconde surface coplanaire à un plan délimité par les extrémités des interconnexions, et la formation d'un second dessin de circuit conducteur sur cette seconde surface plane, en communication électrique avec les interconnexions. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend le collage d'une troisième couche de la matière isolante déformable sur la seconde surface plane et le second dessin de circuit conducteur. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend le collage d'un substrat sur la seconde surface plane et le second dessin de circuit conducteur formé sur elle, à l'aide d'une troisième couche intermédiaire de matière isolante déformable. 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le retrait d'une partie de la matière isolante comprend le retrait d'une partie de cette matière près d'une surface, par polissage au papier de verre. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formation d'un dessin conducteur comprend l'électrodépo- sition de cuivre, à l'épaisseur voulue.