Brevet FR2471119A1 — publié le 19810612

1io L'invention part d'un circuit électronique en couche mince avec une plaque de substrat constituée d'un matériau isolant et avec une couche d'oxyde métallique électri- quement conductrice recouvrant partiellement la plaque de substrat, cette couche constituant un premier modèle et un second modèle, ces deux modèles étant corrélés au moins en un point, et le premier modèle définissant des éléments constitu- tifs du circuit électronique en couche mince tandis que le second modèle définit les voies conductrices et/ou des contacts de raccordement. On connait déjà des circuits électroniques en couche mince de ce type, dans lesquels la couche d'oxyde métallique est constituée de bioxyde d'étain ou bien d'oxyde d'indiumo De tels circuits en couche mince sont utilisés pour la construction de composants électroniques tels que par exemple des éléments d'affichage à cristaux liquides, à décharge dans des gaz, et à électroluminescenceo Dans le cas de ces circuits en couche mince la couche d9oxyde métallique présente certaines propriétés qui ont un effet néfaste lors de la cons- truction et de l'exploitation de tels éléments d2affichage 1o- dans les contacts par enfichage qui doivent être prévus à l'intérieur du second modèle pour l'alix mentation des tensions de fonctionnement il existe des résis- tances de transmission élevées; 20- et surtout lorsqu'une constitution complexe est astreinte à utiliser un passage de conduction étroit, des résistances trop élevées prennent naissances dans les conducteurs de liaison entre le contact et l'élément consti- tutif c'est-à-dire à l'intérieur du second modèle; 3.- comme la surface de la couche d'oxyde métallique à l'intérieur des deux modèles ne permet pas de connexion ni de soudure, des éléments semi-conducteurs, par exemple des blocs de commande, ne peuvent pas Utre intégrés dans l'élément d'affichage. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne a cet effet un circuit électronique en couche mince caractérisé en ce que la couche d'oxyde métallique porte dans la zone du second modèle une couche élaborée à partir de ce même métal dont est constitué l'oxyde métallique de la couche d'oxyde métallique. 2.- Le circuit en couche mince conforme à l'in- vention présentant les caractéristiques définies ci-dessus apporte par rapport aux solutions connues une réduction de la: résistance de transmission sur les contacts, une amélioration de la conductibilité dans les conducteurs d'alimentation et la possibilité d'obtenir une surface permettant des connexions et des soudures dans la zone des contacts de raccordement, L'invention va être expliquée plus en détail en se référant à des exemples de réalisation du circuit en couche mince conforme à l'invention représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 montre la caractéristique potentiodynamique U/I d'une couche de In 203 avec une résistance superficielle d'environ 20SL par mm dàns une solution à 2 n H2SO4 - les figures 2aà2d représentent en coupe un circuit électronique en couche mince conforme à l'invention en cours de réalisation, la figure 3 montre un premier exemple d'application d'un circuit électronique en couche mince confonne à l'invention, - la figure 4 montre un second exemple d'application d'un circuit électronique en couche mince conforme à l'invention, - la figure 5 montre un troisième exemple d'application d'un circuit électronique en couche mince conforme a l'invention. Il a été constaté qu'une bonne adhérence de couche métallique déposée galvaniquement (par exemple Au, Ni et In) peut être obtenue lorsque la couche de In203 ou bien de SnO2 a été préalablement réduite électrochimiquement de façon partielle. De l'acide sulfurique dilué ou également des solutions tampons constituent des électrolytes bien adaptés. La figure 1 montre la courbe caractéristique potentiodynamique iU/I d'une couche de In 203 avec une réistance superficielle d'environ 20-L par mm dans une solution 2n H S0. D'après cette caractéristique 2 4* arsctecaatrsiu on peut voir que pour un potentiel d'environ - 600 mV, mesuré contre une électrode au calomel 3,5 n, la réduction du In203 commence (voir la partie 1 de la courbe caractéristique). Lors du retour en arrière l'indium ainsi formé est à nouveau oxydé 3Q (voir la partie 2 de la courbe caractéristique). Le courant revient à des valeurs très petites lorsque l'indium est complè- tement réoxydé (voir la partie 3 de la courbe caractéristique). Dans le cas de l'utilisation conforme à l'invention de cet effetgon utilise la réaction de réduction correspondant à la partie 1 de la courbe caractéristique, pour convertir une partie de la couche d'oxyde d'indium en indium. Par la réduction partielle de la couche de In203 la surface est d'une part rendue rugueuse, et d'autre part la mince couche d'indium obtenue constitue une couche de base facilitant l'adhé rence du dép8t galvanique de métal qui va suivre. Une bonne adhérence des couches d'or, de nickel et dtindium peut être obtenue lorsque les couches de In203 d'une épaisseur d'environ nm sont réduites électrochimiquement environ de moitié. L'application du procédé galvanique ainsi décrit à la réalisation d'un circuit électronique en couche mince avec des structures d'or et de In205 sur du verre est représentée schématiquement sur la figure 2. Le substrat de verre 5 revêtu sur toute sa surface d'une couche de In203 est alors tout d'abord recouvert d'une couche 6 d'une photolaque travaillant positivement Par exposition à la lumière d'une source de lumière ultraviolette et le développement qui y fait suite, les emplacements M2 qui doivent être renforcés avec de l'or sont dégagés. Dans ces zones M2 le In203 de la couche 4 est ensuite partiellement réduit électrochimiquement et ceci avec une densité de courant cathodique de 0,5 à 5 mA/cm2. Ainsi est élaborée la couche 8 (figure 2b). Le temps de traitement dans un électrolyte qui contient 5 g/1 de (NH4)2S04 et 50 g/l de citrate de diammonium hydrogéné, est de 30 à 240 secondes. L'étape suivante du procédé est le dépôt galvanique de la coud7e métallique de renforcement 9 constituée d'or (figure 2c, de l'or pur sous une épaisseur de 1 à 3 >.im étant déposé à partir d'un bain tamponné au citrate. Par une seconde expositi( à la lumière et un second développementla couche de photolaqut 6 est alors enletée de toutes les zones qui ne doivent pas présenter de couchestransparentes4 de In203, c'est-à-dire de toutes les zones qui n'appartiennent pas au première modèle M1 Sur les emplacements 10 ainsi libérés>la couche 4 de In20 3 est alors attaquée avec HCl à environ 600 C (figure 2d). Le système de couches 8, 9 ainsi constitué sur la couche de In203-4 dans 4.- la zone du second modèle M2 est bien adapté à l'application de la technique de soudure par ultrasons. D'autres électrolytes appropriés pour la réduction de la couche 4 de In203 sont par exemple des solutions 2n d'acide sulfurique et de 0,5 % d'acide citrique. En se référant aux exemples d'applications suivants on va décrire le procédé de -réalisation et quelques possibilités de mise en oeuvre des circuits en couche mince conformes à l'invention. EXEMPLE i - Dans cet exemple (voir figure 3) la dorure 11 sert seulement à réduire la résistance de contact dans les conducteurs d'alimentation 12a à 12g d'un affichage à-7 segments. Une plaque de verre revêtue de In 203 est recouverte de photolaque et selon le procédé d'exposition et de développement précité on libère à nouveau les zones qui doivent Utre dorées. La couche de In203 épaisse de 140 nm est tout d'abord réduite de moitié, en plongeant la plaque dans une solution 2n d'acide sul- furique et en la traitant cathodiquement pendant 30 secondes avec une densité de courant de 2 mA/cm2. La dorure est effectuée ensuite après un lavage intermédiaire dans un bain séparé conte- nant 50 g/1 de (NH4)2S04, 50 g/il de citrate de diammonium hydrogéné, et 20 g/l de K Au (CN)2. Ensuite les structures des conducteurs d'alimentation et des éléments d'affichage sont réaliséesselon un procédé d'attaque photochimique. EXEMPLE 2 - A la différence de l'exemple lyce ne sont pas seulement les surfaces de contact mais également les conduc- teurs d'alimentation 12a à 12g (figure 4) qui doivent être dorés. Une autre différence réside dans le bain de réduction constitué ici de 50 g/il de (NH4)2S04 et de 50 g/l de citrate de diammonium hydrogéné. Comme ce bain contient des composants analogues au bain de dorure, le lavage intermédiaire peut être supprimé. La dorure et la suite du traitement du circuit élec- tronique en couche mince s'effectuent comme dans l'exemple 1. EXEMPLE 3 - Le circuit électronique en couche mince est préparé de façon analogue à ce qui a été décrit en se référant à la figure 2. Il comporte un conducteur d'alimentation doré 9 et un conducteur d'alimentation non doré 13 (figure 5). 5.- 2471119 Sur l'extrémité du conducteur d'alimentation 13 non doré est collée au moyen d'une colle conductrice une puce 14 de diode luminescente. Un fil de connexion 15 en or réalise une liaison conductrice entre la puce 14 LED et le conducteur d8alimentation doré 9, Pour protéger la puce 14 LED et le fil de connexion 15, ils sont tous deux recouverts par une goutte 16 de résine sili- cone. Lors du montage précité de la d-iode luminescente 14 il subsiste en outre la possibilité d9observer celle-ci à travers la plaque de verre 5 c'est-àdire de façon opposée au mode d'observation habituel. A cet effet la lumière doit être réfléch par une couche réflectrice 179 rapportée sur le recouvrement 16 (argenture, laquage blanc9 vaporisation d9aluminium). A la place de diodes luminescentes, des éléments constitutifs à semiconducteurs tels que des circuits intégrés peuvent âtre placés sur le substrat en verre et connec- tés, Une combinaison de tous ces exemples aboutit finalement à un élément d9affichage quipsur une plaque de verre communeycomprend un affichage à cristaux liquides, une ou plusieurs diodes luminescentes et les circuits de commande associés, Comme la couche d'or est également apte à la soudure, d'autres composants tels que par exemple des ampoules à incan- descence peuvent être introduits par soudure dans cette dispo- sition. Le circuit électronique en couche mince conforme à l'invention permet d'une manière simple ltintegration de parties constitutives & semiconducteurs dans des ensembles qui par ailleurs comportent seulement des structures constituées de voies résistantes transparentes telles que par exemple des éléments dtaffichage à cristaux liquides ou bien des champs détecteurs', En outre le circuit en couche mince conforme à lein- vention présente les avantages suivants: a) lors de sa réalisation il n'intervient pas de températures élevées, b) l'adhérence est si bonne que des connexions et des soudures irréprochables peuvent être réalisée 2471 1 1 9 6.- REVENDICATIONS 1.- Circuit électronique en couche mince avec une plaque de substrat (5) constituée d'un matériau isolant et avec une couche d'oxyde métallique (4) électriquement conduc- trice recouvrant partiellement la plaque de substrat (5), cette couche constituant un premier modèle (Mj) et un second modèle (M2), ces deux modèles (M1, M2) étant corrélés au moins en un point, et le premier modèle (M1) définissant des éléments constitutifs du circuit électronique en couche mince tandis que le second modèle (M2) définit des voies conductrices et/ou des contacts de raccordement, circuit électronique en couche mince caractérisé en ce que la couche d'oxyde métallique (4) porte dans la zone du second modèle (M2) une couche (8) élaborée à partir de ce même métal dont est constitué l'oxyde métallique de la couche d'oxyde métallique (4). 2.- Circuit électronique en couche mince selon la revendication 1, caractérisé en ce que, sur la couche (8) ainsi élaborée est rapportée une couche métallique (9) de renforcement. 3.- Circuit électronique en couche mince selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche (8) est obtenue par réduction de l'oxyde métallique de la couche d'oxyde métallique (4) à la surface de cette couche dans la zone du second modèle (M2), si bien que la couche d'oxyde métallique (4) présente dans cette zone une épaisseur qui est réduite par rapport à l'épaisseur de la couche d'oxyde métallique (4) dans la zone du premier modèle (M1). 4.- Circuit électronique en couche mince selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche (8) ainsi 4aborée est une couche élaborée sur la couche d'oxyde métallique (4), de préférence déposée galvaniquement sur elle, dans la zone du second modèle (M2). 5.- Circuit électronique en couche mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche d'oxyde métallique (4) est constituée de bi-oxyde d'étain tandis que la couche (8) ainsi élaborée est constituée d'étain. 6.- Circuit électronique en couche mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche d'oxyde métallique (4) est constituée d'oxyde 24 71119 d'indium tandis que la couche (8) ainsi élaborée est constituée d'indium. 7.- Circuit électronique en couche mince selon l'une quelconque des revendications 2 à 6,9 caractérisé en ce que la couche métallique de renforcement (9) est constituE dtor. 8. = Circuit électronique en couche mince selon l'une quelconque des revendicatinns 2 à 6, caractérisé en ce que la couche métallique de renforcement (9) est constitu( de nickel. 9.- Circuit électronique en couche mince selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la couche métallique de renforcement (9) est constitue d'indium. 10.- Procédé pour la réalisation d'un circuit électronique en couche mince selon l'une- quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sur la plaque de substrat (5) on rapport tout d'abord la couche d'oxyde m alliqu, (4) sous forme d'une couche recouvrant tout le substrat, puis on couvre ensuite la couche d'oxyde métallique (4) avec une couche de photolaque (6) sur toute sa surface, puis on enlève cette couche de photolaque (6) par exposition à la lumière et développement dans la zone du second modèle (M2), et on réduit ensuite électrochimiquement de façon partielle la couche d'oxyd métallique (4) dans la zone du second modèle (M2) en élaborant la couche (8), puis sur cette couche (8) ainsi élaborée on dépo galvaniquement la couche métallique de renforcement (9), on enlève ensuite par une seconde exposition à la lumière et un second développement la couche de photolaque (6) de'toutes les zones qui n'appartiennent pas au premier modèle (M1) puis on enlève par attaque chimique la couche d'oxyde métallique (4) dans tous les emplacements ainsi découverts, et on enlève fina- lement les parties de la couche de photolaque (6) subsistant dans la zone du premier modèle (M1). 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche (8) est élaborée par réduction o partielle de l'oxyde métallique de la couche d'oxyde métallique (4) dans un électrolyte contenant (NH4)2SO4 et du citrate de diammonium hydrogéné. 8,- 12.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche (8) est élaborée par réduction partielle de l'oxyde métallique de la couche d'oxyde métallique (4) dans de l'acide sulfurique dilué. 13.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche (8) est élaborée par réduction partielle de l'oxyde métallique de la couche d'oxyde métallique (4) dans de l'acide citrique. 14.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, pour la réalisation d'un circuit élec- tronique -en couche mince selon la revendication 7, procédé caractérisé en ce que l'on effectue le dép8t de la couche métallique de renforcement (9) dans un bain contenant (NH4)2S04, du citrate de diammonium hydrogéné et KAu (CN)2. -15.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que pour l'attaque chimique de la couche d'oxyde métallique (4) dans la zone à l'extérieur du premier modèle (M1) et du second modèle (M2) on utilise de l'acide chlorhydrique.