Brevet FR2462026A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un procédé de fabrication de circuits hybrides en couches minces sur un support métallique servant de substrat et plus particulièrement sur support en acier. Le brevet français 2 305 913 décrit un circuit hybride passif déposé sur un substrat en aluminium isolé par oxydation ano- dique. La technique décrite dans ce brevet est spécifique de l'aluminium, puisque la passivation du substrat est obtenue par un composé formé à partir de métal prélevé sur le substrat lui-m#me. L'aluminium n'est pas utilisable en toutes circonstances et par ailleurs le choix de la nature du métal substrat peut être imposé au fabricant du circuit hybride. Le but de l'invention est un circuit hybride à couches minces déposées sur un substrat en acier. Le procédé de fabrication d'un circuit hybride à couches minces sur substrat en acier, selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins la suite d'opérations suivantes 10) polissage de la face du substrat en acier destinée à recevoir le circuit hybride et dégraissage du substrat, 20) dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche de bioxyde de silicium, 30) dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche de pentoxyde de tantale, 40) dépôt d'une couche de nitrure de tantale par pulvérisation ca thodique réactive, 50) dépôt d'une couche d'alliage platine-or, 60) gravure de la structure du circuit hybride et des contacts de connexiollset d'interconnexions dans les couches de platine-or et de nitrure de tantale. Suivant l'utilisation envisagée le circuit peut être terminé de la façon suivante 70) ajustement de la valeur des résistances du circuit hybride, 80) report des composants discrets sur la structure du circuit hybride, 90) mise en place d'un capot isolant de section inférieure à lten- combrement du circuit. Les interconnexions avec les circuits extérieurs sont assurées à l'extérieur du capot. Selon une variante préférée le circuit est terminé de la façon suivante 70) dépôt par pulvérisation cathodique d'une deuxième couche d'oxyde de silicium ne recouvrant que partiellement les con ducteurs de sortie, 80) dépôt d'une deuxième couche de nitrure de tantale sur la deu xième couche d'oxyde de silicium, 90) dépôt d'une deuxième couche d'alliage platine-or sur la deu xième couche de nitrure de tantale, 100) matérialisation dans les deuxièmes couches de platine-or et de nitrure de tantale d'une piste métallique fermée entourant le circuit hybride à l'exclusion des conducteurs d'interconnexion 110) attaque par voie chimique de la zone de la deuxième couche d'oxyde de silicium située au-dessus de la structure du circuit hybride, 120) ajustement de la valeur des résistances du circuit hybride dans la première couche de nitrure de tantale, 130) report des composants discrets sur la structure du circuit hybride, 140) soudure d'un capot métallique sur la piste fermée. Comme dans le premier cas, les interconnexions avec les circuits extérieurs sont assurées à l'extérieur du capot. Le circuit est entièrement enfermé dans une enveloppe métallique étanche. Le Excédé selon l'invention présente les avantages sui vante - la robustesse du substrat autorise sa fixation par les procédés mécaniques usuels sur un bati; - le substrat peut faire partie d'un ensemble mécanique dont il constitue l'un des organes étant entendu que les déformations de cet organe sont assez faibles pour ne pas affecter la stabilité du circuit hybride; - le substrat contribue avec le capot, lorsqu'il est métallique, à blinder le circuit hybride. La description qui suit explicite le procédé en référence aux figures 1 à 5 données à titre indicatif et non limitatif, dans lesquelles - la figure l représente la suite des opérations d'une première variante du procédé selon l'invention, - la figure 2 représente une vue cavalière d'un circuit hybride réalisé par la première variante du procédé selon l1inven- tion, - la figure 3 représente la suite des opérations de la variante préférée du procédé selon l'invention, - les figures 4 et 5 représentent un circuit réalisé selon le procédé de la figure 3. La figure 1 représente la suite des opérations de fabrication d'un circuit hybride à bottier plastique mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, - le stade opératoire 1 comporte un polissage du substrat à l'aide d'une pâte contenant de la poudre de diamant, suivi d'un dégraissage à l'aide de trichloréthylène et de fréon, - le stade 2, effectué dans une enceinte étanche, comporte un nettoyage ionique suivi immédiatement d'une pulvérisation en haute fréquence de silice, de préférence par bombardement d'une cible de silice en présence d'une faible pression partielle d'oxygène, pour éviter la dis ociation du bioxyde, en atmosphère d'argon. L'épaisseur de la couche de 1 pm environ, - le stade 3 qui peut être effectué dans le mdme bati consiste en une pulvérisation haute fréquence par bombardement, d'une cible de pentoxyde de tantale, l'épaisseur de la couche est d'environ 0,15 pm, - le stade 4 est un dépôt de nitrure de tantale d'environ 0,01 ym d'épaisseur par pulvérisation réactive de tantale en atmosphère d'argon contenant une certaine pression partielle d'azote, - le stade 5 est le dépôt d'une couche d'alliage platine- or contenant entre 5 et lO de platine selon le brevet français 2 290 762 déposé par la Demanderesse le 6 novembre 1974, - le stade 6 est la formation de la structure du circuit hybride ainsi que celle des conducteurs de sortie et des contacts de connexion du circuit avec l'extérieur, par la technique de masquage et de gravure bien connue de l'homme de l'art, à savoir - dépôt d'une couche de vernis photosensible, - insolation de ladite couche à travers un masque photographique représentant les connexions du circuit, - développement de ladite couche et élimination des zones insolées, - attaque chimique des parties dénudées de la couche mince en alliage platine-or, - élimination des restes de la couche de vernis photo-sensible, - dépôt d'une deuxième couche de vernis photosensible, - insolation de ladite couche à travers un masque représentant les résistances, - développement de ladite couche-et élimination des zones insolées, - attaque chimique des parties dénudées de la couche mince de ni trure de tantale, - élimination des restes de la couche de vernis photosensible, - le stade 7 est ltajustement de la valeur des résis tances du circuit hybride,par parexemple par laser, - le stade 8 est le report des composants discrets sur la structure du circuit hybride. Ces composants sont les uns passifs : condensateurs inductances, les autres actifs : diodes, transistors, circuits intégrés.Ce report est effectué au moyen, par exemple, de colle conductrice de l'électricité telle que la colle référence HP 21 commercialisée par la Société Spotechnique à Vélizy dans le département des Hauts de Seine, ou encore par thermocompression de fils d'or sur les Plots en alliage Pt-Au prévusà cet effet sur le circuit, - le stade 9 est la mise en place d'un capot isolant (en un matériau thermoplastique moulé) recouvrant le circuit hybride et laissant à nu les contacts de connexion vers l'extérieur, au moyen de colle référence H 74 commercialisée par la Société citée ci-dessus. La figure 2 représente une vue cavalière d'un circuit hybride obtenu après la huitième opération de la première variante du procédé selon l'invention. Le circuit est porté par un substrat métallique 21, d'épaisseur suffisante pour permettre la fixation du composant sur un bâti ou tout autre rôle qu'il serait amené à jouer. Le substrat 21 est percé de trous de fization 52 non isolés dont le nombre et la position sont fonction de l'utilisation du circuit. La face supérieure du substrat 21 est recouverte d'une couche de bioxyde de silicium 22 que l'on peut apercevoir à plus grande échelle sur la tranche du circuit. La couche 23 de pentoxyde de tantale recouvrant la couche 22., isole du substrat le circuit hybride proprement dit en nitrure de tantal2e4/1ocalisé à l'intérieur du quadrila- tère 25 tracé en traits interrompus ainsi que les conducteurs de sortie 26 extérieurs à 25.Les conducteurs d'interconnexion sont terminés à proximité de la limite du substrat 21 par des zones de contact, telles que 27 constituées à partir de la couche d'alliage or-platine. À titre d'exemple non limitatif, le circuit contenu dans le quadrilatère 25 comporte des résistances telles que 29, 30 et 31, des conducteurs tels que 33 et 54, des plots de connexion tels que 27, 35 et 36, un transistor 37 collé sur le contact 36 par une colle conductrice de l'électricité et connecté par des fils d'or thermocompressés non représentés, respectivement à l'extrémité de la résistance 31 reliée au conducteur 33 et à l'extrémité de la résistance 29 reliée à la connexion 34. A titre d'exemple illustratif, la demanderesse réalise un circuit comportant un substrat en acier de dimensions égales à 15 x 10 millimètres. Sur ce substrat une couche de bioxyde de silicium de 1 pin est déposée. Les couches d'oxyde et de nitrure de tantale ont une épaisseur égale à 0,15 pm pour l'oxyde et 0,03 pm pour le nitrure. Les contacts obtenus à partir de couche de Pt-Au ont une épaisseur égale à 1,5 pm. Après report des composants du circuit sur la structure du circuit hybride, un capot en céramique est collé suivant le quadrilatère 25. La figure 3 schématise la variante du procédé de fabrication sur substrat en acier selon l'invention appliquée à un circuit hybride multicouche constituant une variante préférée. les opérations 1 à 7 de la variante préférée ont déjà été décrites, en référence avec la figure 1; elles sont suivies des opérations - 17, dépôt par pulvérisation cathodique d'une deuxième couche de bioxyde de silicium débordant légèrement l'encombrement du cir cuit hybride et recouvrant partiellement les conducteurs de sor tie, en laissant nus les contacts d'interconnexion du circuit, - 18, dépôt d'une couche de nitrure de tantale sur la deuxième cou che de bioxyde de silicium, - 19, dépôt d'une deuxième couche d'alliage platine-or sur la deu xième couche de nitrure de tantale.Ces opérations sont identi ques respectivement aux opérations 2, 4 et 5, - 20, matérialisation dans les deuxièmes couches d'alliage platine or et de nitrure de tantale d'une piste conductrice fermée entou rant le circuit hybride par photogravure, - 21, attaque par voie chimique de la deuxième couche d'oxyde de silicium dans la zone située au-dessus de la structure du circuit hybride.Cette façon de procéder permet d'isoler la piste métal lique entourant le circuit hybride des conducteurs de sortie grâce à la deuxième couche de bioxyde de silicium, - 22, ajustement de la valeur des résistances du circuit hybride au moyen de l'appareillage cité à propos de l'opération 7 de la pre mière variante du procédé, - 23, report des composants discrets sur la structure du circuit hybride (cf. opération 8 de la figure 1), 24, brasure du capot métallique dont le contour reproduit la piste conductrice. A titre illustratif, la demanderesse réalise par la variante préférée du procédé de fabrication qui vient d'être décrite un circuit hybride de régulation en température par tout ou rien présentant les cotes suivantes : 34 x 30 x 5 millimètres dans lequi les contacts de sortie sont disposés latéralement du même côté que le capot par rapport au substrat et représenté respectivement en coupe et en élévation sur les figures 4 et 5. L'échelle des épaisseurs a été volontairement dilatée sur la figure 4 et les repères de la figure 2 ont été conservés pour simplifier l'exposé. La figure 4 représente la coupe longitudinale du circuit, le substrat 21 est entièrement recouvert par la couche 22 en bioxyde de silicium. A son tour, la couche 22 est recouverte par la couche 23 d'oxyde de tantale. Le contact de sortie 27 et le conducteur 26 auquel il est relié correspondent à la première couche d'alliage Pt-Au. La deuxième couche de silice isolante 41 attaquée par voie chimique au-dessus de la couche de nitrure de tantale 25 (ultérieurement gravée pour former le circuit 50) ne subsiste plus que sous la forme d'un anneau entourant le circuit 50. Il en est de même de la deuxième couche d'oxyde de tantale 42 et de la couche conductrice 43 sur lesquelles est soudé le capot 45 par l'intermédiaire de la préforme 44. La figure 5 est une vue de dessus, capot 45 enlevé, du circuit; la trace du plan de la figure 4 est représentée en X le circuit 50, de nature quelconque, est figuré par la coupe 50. La figure 5 fait apparaître la piste conductrice annulaire 43 isolée du circuit par le dépôt isolant annulaire 41. REVEN#I CATI ONS 1. Procédé de fabrication d'un circuit hybride à couches minces sur substrat en acier, caractérisé en ce qu'il comporte au moins la suite d'opérations suivantes 10) polissage de la face du substrat en acier destinée à recevoir le circuit hybride et dégraissage du substrat, 20) dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche de bioxyde de silicium d'au moins un micromètre d'épaisseur, 30) dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche de pentoxyde de tantale d'environ 0,15 micromètre d'épaisseur, 40) dépôt d'une couche de nitrure de tantale par pulvérisation cathodique, 50) dépôt d'une couche d'alliage platine-or, 60) photogravures de la structure du circuit hybride et des contacts d'interconnexion à l'extrémité des conducteurs de sortie. 2. Procédé selon revendication I caractérisé en ce qu'il est complété, en outre, par les opérations suivantes 70) ajustement de la valeur des résistances du circuit hybride, 80) report des composants discrets sur la structure du circuit hybride, 90) mise en place par collage d'un capot isolant. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est complété, en outre, par les opérations suivantes : 70) dépôt par pulvérisation cathodique d'une deuxième couche de bioxyde de silicium débordant la surface occupée par le circuit hybride et recouvrant partiellement les conducteurs de sortie, 80) dépôt d'une deuxième couche de nitrure de tantale sur la deuxième couche de bioxyde de silicium, 90) dépôt d'une deuxième couche d'alliage platine-or sur la deuxième couche de nitrure de tantale, 100) matérialisation dans les deuxièmes couches de nitrure de tantale et d'alliage platine-or d'une piste conductrice fermée entourant la structure du circuit hybride, 110) attaque par voie chimique de la zone de la deuxième couche de bioxyde de silicium située au-dessus de la structure du circuit hybride, 120) ajustement des résistances du circuit hybride, 130) report des composants discrets sur la structure du circuit hybride, 140) soudure d'un capot métallique sur la piste fermée. 4. Circuit hybride à couches minces sur substrat en acier fabriqué selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat présente des moyens de fixation en dehors de zone occupée par le circuit hybride.