Brevet FR2485866A1 — publié le 19811231

24as866 La présente invention concerne un ensemble formant substrat de câblage et a trait notamment à une structure à fermeture étanche d'un tel ensemble et à une connexion câblée entre ledit ensemble et un circuit externe. Il est difficile de réaliser un tel ensemble selon la technique classique comprenant un substrat de câblage mince. Un tel ensemble comprend une couche de résine synthétique appliquée sur un dispositif, tel qu'un circuit imprimé disposé sur le substrat, et la somme dès épaisseurs de ces éléments détermine l'épaisseur totale de l'ensemble. Mgme si on fait en sorte que chacune de ces épaisseurs soit aussi faible que possible, on ne peut s'attendre à obtenir un ensemble extr8mement mince. Par conséquent, il y a lieu de réaliser un assemblage du substrat de câblage extrCment mince. La présente invention a donc pour objet un ensemble de câblage mince perfectionné destiné à recevoir un composant tel qu'un circuit imprimé, un élément d'intégration à grande échelle (LSI), une résistance, un condensateur, un bobinage etc. U:n autre but de l'invention est de réaliser un ensemble de câblage mince perfectionné permettant d'obtenir des connexions limitées pour les bornes. En bref, un substrat conforme à l'invention permettant de relier un composant électrique à un circuit électrique comprend un substrat de base, une première enche isolante de matière organique déposée sur le substrat de base, un élément de câblage réalisé sur la première couche isolante et relié au composant, une seconde couche isolante d'une matière organique déposée sur la première couche isolante et un élément terminal sur la première couche isolante et faisant saillie de la seconde couche isolante, relié à l'élément de câblage. Une troisième couche isolante d'une matière organique peut 9tre interposée entre les première et seconde couches isolantes, portant un second élément de câblage relié audit élément de câblage. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un ensemble de câblage mince conforme à l'invention; - les figures 2a à 2m représentent les étapes de fabrication de l'ensemble représenté sur la figure 1; - les figures 3 et 5 sont des vues en coupe transversale d'autres ensembles de câblage minces conformes à la présente invention; et - les figures 6a à 6f représentent les étapes de fabrication de l'ensemble représenté sur la figure 5. Sur la figure 1 on voit un ensemble de câblage mince conforme à la présente invention, comprenant un substrat métallique 33, une feuille adhésive 35, un élément de câblage inférieur 39, une couche organique 40, un câblage supérieur 43, des éléectrodes terminales 44, un film organique 47, un dispositif tel qu'un circuit intégré, un élément d'intégration à grande échelle (LSI), une résistance, un condensateur, un bobinage ou analogue, et des plots de connexion 49. La fabrication de cet ensemble est représentéesur les figures 2a à 2m et comprend les étapes suivantes. Figure 2a: on part d'un substrat de base métallique décapé 33, en Al, Cu ou analogue. On pose sur le substrat 33 une feuille adhésive isolante 35. Cette feuille peut être en n'importe quelle matière appropriée, pouvant 9tre une couche de polyamideimide, de polyamicacide, de résine d'éthylène propylène fluoré (PEP) ou analogue, possédant tous une propriété adhésive ou un film de résine polyimide enduit d'un adhésif adéquat.Une ouverture 34 permettant la connexion du dispositif 45 est percée dans la feuille 35 par un procédé de découpage, d'attaque chimique ou analogue. Figure 2b: on dispose sur la surface supérieure de la feuille adhésive isolante 35 une feuille de protection 36; On interpose entre la feuille de protection 36 et l'un des mors d'une presse une résine élastique résistante à la chaleur 37. L'autre mors de la presse est appliqué sur la face inférieure du substrat de base 33 sous une température. plus élevée. Au lieu de prévoir une feuille adhésive isolante 35, on peut envisager l'application d'un adhésif liquide ou sous forme de pate par impression ou à l'aide d'un rouleau, auquel cas il faut enlever l'adhésif au niveau de l'ouverture 34. Figure 2c: Par conséquent, la feuille adhésive isolante 35, percée de l'ouverture 34, est rendue solidaire du substrat de base métallique 33. La feuille 35 joue le r8le de couche isolante, les parties plates de cette feuille portant des éléments de calage inférieurs. Figure 2d: Une partie du substrat de base 33, en face de l'ouverture 34, est enlevée par attaque chimique pour réaliser un trou 38 destiné à recevoir le dispositif 45. La feuille 35 sert dans ce cas de masque. Figure 2e: Les éléments de câblage inférieurs 39 sont réalisés sur la feuille par un procédé de dépôt, tel que l'évaporation sous vide, le dépôt par faisceau d'ions ou analogue par exemple. Les éléments de câblage inférieurs 39 sont de préférence en un alliage Al-Ni.Cu sous forme de film. La configuration désirée des éléments de câblage inférieurs 39 peut 9tre réalisée selon l'une des étapes suivantes: 1) Après avoir déposé sur toute la surface de la feuille 35 une couche destinée à constituer les éléments 39, on enduit cette couche d'un vernis dit"photorésist". On procéde ensuite à une opération de photogravure pour obtenir le profil des éléments 39. 2) On applique sur toute la surface de la feuille 35 un photorésist adéquat pour réaliser la configuration prédéterminée des éléments 39.Uife matière appropriée à la réalisation des éléments 39 est déposée, dans laquelle le photorésist est retiré. Ce procédé est appelé "lift-off" dans la litérature anglo-saxonne. 3) Après avoir enduit toute la surface de la feuille 35 d'une couche destinée à la réalisation des éléments 39, on applique un photrésist approprié sur les parties de cette couche devant 9tre recouvertes. On procéde à la photogravure pour préparer une configuration désirée des éléments 39. Au lieu d'utiliser un de ces procédés de dépôt que l'on vient de décrire, on peut coller sur la feuille 35 une feuille métallique appropriée dans laquelle les éléments de câblage inférieurs 39 peuvent ttre réalisés. Fiure 2f: Une couche organique 40 et la feuille-de protection 36 sont appliquées sous pression sur la feuille de câblage préparée comme décrit ci- dessus sous une température élevée, par exemple d'environ 2500C. On utilise, ici encore, la résine élastique résistant à la chaleur 37 pour obtenir-une mise sous pression uniforme. La couche organique 40 est apte à se solidariser avec la surface supérieure des éléments de câblage inférieurs 39. Cette couche peut 9tre constituée d'un film de polyimide, rev9tu d'un adhésif approprié. La feuille de protection 36 est prévue pour protéger la couche organique 40o La couche organique 40 est rendue solidaire de la feuille 35 et des éléments de câblage inférieurs 39. Elle est très isolante et peut 8tre soumise à un traitement par attaque chimique pour réaliser des trous traversants. La matière constitutive de la couche organique 40 n'est pas limitée à une couche de polyimide'revêtue d'un adhésif approprié. On peut envisager d'autres matières, par exemple une couche de polyamideimide, de polyamicacide ou analogue possédant une propriété adhésive à l'état semidurci, ou bien une couche de résine d'éthylène propylène fluoré ou analogue dotée d'une plasticité thermique. Aucun adhésif n'est nécessaire. Par ailleurs, toute résine appropriée peut remplacer la couche organique 40, la résine étant sous forme de liquide ou de pâte et appliquée par impression ou à laide d'un rouleau ou analogue. Figure 2g: Le substrat de câblage multi-couches préparé de la façon décrite est représenté. Figure 2h: Après avoir enduit la couche organique 40 d'un photorésist constitué d'une matière organique et d'une matière inorganique, on réalise un trou traversant 41 et une ouverture 42 en se-servant du photorésist comme masque par attaque sous plasma 02. Un avantage apporté par l'utilisation comme masque d'un photorésist composé d'une matière organique appropriée et d'une matière inorganique approprié est que, lorsque la couche organique 40 est soumise à l'attaque sous plasma la matière organique faisant partie du photorésist se trouve également soumise à la même attaque, de sorte qu'il se forme une pente douce autour du trou 41 de façon a permettre une connexion stable avec ce trou 41. Au lieu d'une attaque sous plama, on peut envisager une attaque par voie humide par hydrazine, NaOH par exemple. Dans ce cas, il faut faire très attention que les éléments de câblage inférieurs 39 ne soient pas endommagés lorsque la matière constitutive de la couche organique 40 est soumise à l'attaque par voie humide. Toute matière organique peut être gravée par attaque sous plasma 02, auquel cas un film de polymaide enduite d'un adhésif approprié peut être avantageusement mis en oeuvre, mais l'attaque par voie humide ne permet pas de graver tout adhésif. Figure 2i: On procéde à un dépôt, tel que dépôt par faisceau d'ions, pour réaliser des éléments de câblage supérieurs 43 et un film métallique de contact dans le trou 41. Par conséquent, le film métallique est en contact avec les éléments de c9blage inférieurs 39. En même temps, des éléectrodes terminales 44 sont réalisées pour assurer les connexions avec des bornes externes. Chacun des éléments de câblage supérieurs 43 et des électrodes terminales 44 est réalisé à partir d'un film métallique à trois couches comprenant une couche de chacun des métaux Al, Ni et Au ou d'un film à deux couches comprenant une des combinaisons Al et Ni, Al et un alliage Ni-Cu, Cr et Ni, Cr et Ni, ou Cr et un alliage Ni-Cu. Les deux couches constituées de Al et d'un alliage Ni-Cu sont à préférer du fait que la couche de Al adhère mieux à la couche organique 40 tandis que la couche Ni assure un bon contact avec un matériau de soudure devant être utilisé par la suite. Chacun des éléments de câblage supérieurs 43, des électrodes terminales 44 et des éléments de câblage inférieurs 39 est constitué d'un film évaporé 2 48-5866 pour assurer leur adhérence à la couche organique 40, 35 ou 47 et d'au moins un autre film évaporé assurant un bon contact avec une des couches voisines. Chaque configuration de câblage pour les éléments de câblage supérieurs 43 et des électrodes terminales 44 peut être réalisée selon les indications données ci-dessus sous 1), 2) et 3) lors de la description de la figure 2e. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, le dispositif 45 est connecté électriquement au substrat de câblage à l'aide d'un matériau de soudure de manière à réaliser un montage du dispositif sur support souple, comme le décrit le brevet américain nO 3 763 404, par exemple. Pour ce faire, le matériau de soudure est imprimé entre les parties connectées. Les parties connectées peuvent être choisies voisines des éléments de crblage supérieurs ou des éléments de câblage inférieurs. La partie connectée est choisie pour 9tre à proximité des éléments de câblage inférieurs 39 de la manière suivante. Zigyre2Li: On dispose, dans le trou 38,le dispositif 45 soumis à aucun procédé de formation en vue de son montage sur support souple. La surface supérieure du dispositif 45 ne dépasse pas les substrats de câblage. On réalise ensuite des liaisons conductrices moins extérieures avec la configuration cablée pour terminerle circuit. La liaison peut être obtenue par mise sous pression thermique ou à l'aide d'un cristal eutectique Au-Su en fonction de la matière constitutive des éléments conducteurs et des éléments de cfblage. Si on désire assurer une bonne dissipation thermique, on peut envisager de réaliser la liaison à l'aide d'une p9te conductrice. Si le dispositif - est constitué par une "puce à poutre", on peut connecter deux ou plusieurs dispositifs. Figure 2k: Sur le substrat de câblage portant le dispositif 45, on fait adhérer une couche organique 47 sous pression et sous une température élevée. Cette couche doit pouvoir adhérer au substrat de câblage sous pression et sous une température élevée et doit 8tre soumise à une attaque sous plasma ou analogue. De préférence, cette couche 47 est une couche de polyimide enduite d'un adhésif approprié, chaque couche depolyamideimide, polyamicacide et analogue pouvant adhérer à l'état semi-durci tandis qu'un film de résine éthylène propylène fluoré ou analogue possède une plasticité thermique. Par ailleurs, toute résine appropriée peut remplacer la couche organique 47, la résine étant sous forme liquide ou sous forme de pâte pouvant -tre appliquée par impression ou au rouleau ou analogue. Le procédé de mise sous pression que l'on vient de décrire peut -tre appelé un procédé de mise sous pression à plat. Tout élément de mise en couches peut ttre utilisé pour la mise sous pression. Le substrat de c9blage préparé de cette façon comprend les éléments de câblage supérieurs et inférieurs 39 et 43, et le dispositif 45, le tout pouvant ttre mis complètement à l'abri de l'atmosphère. L'épaisseur de chacune des couches organiques 35, 40 et 47 est de l'ordre de plusieurs dizaines de microns. Le dispositif 45 peut ttre enterré dans le substrat de câblage qui est assez mince. L'application de la couche organique 40 sur la feuille 35 peut se faire par un procédé d'application au rouleau. Figure 21: On dispose sur la couche organique 47 un photorésist approprié comme masque. On procède à une attaque sous plasma pour enlever le film au- dessus de l'électrode terminale 44 et pour réaliser des trous 48 destinés à contenir des bornes. On plonge le substrat de c9blage dans une soudure liquide pour réaliser des plots de soudure 49 sur les électrodes terminales 44. Les électrodes terminales 44 assurent un contact suffisant avec la soudure liquide pour réaliser les plots de soudure 49. La distance entre les électrodes terminales 44 est fonction de la précision de l'impression du photorésist et de l'importance de la surgravure par attaque sous plasma.Des expérimentations ont démontré que cette distance peut être faible, d'environ 350 microns, alors que la distance selon les techniques connues est de l'ordre de 0,8mm. Par conséquent, un grand nombre de connecteurs conducteurs peut 9tre prévu. Il va sans dire que tout embout de conducteurs peut 9tre soudé sur les plots 49. Figure 2m: On parfait le substrat de câblage ainsi préparé de la façon représenté sur la figure 2m, laquelle est identique à la figure 1. La couche organique 40 et les éléments de cablage supérieurs 43 peuvent ttre supprimés, selon une variante de réalisation du substrat de câblage, auquel cas la couche organique inférieure 35 et la couche organique 47 sont disposées de façon que les éléctrodes terminales 44 soient fixées directement sur les éléments de câblage inférieurs 39. La figure 3 représente, en coupe transversale, une autre variante de réalisation du substrat de câblage conforme à la présente invention. Ce substrat de câblage comprend des couches céramiques 11, des éléments de câblage inférieurs 12, des éléments de câblage supérieurs 13, des trous traversants 14, un dispositif 15, une couche organique 16 comme décrit cidessus, des plots de soudure 17, des électrodes terminales 18 et un trou 50 destiné à recevoir le dispositif. Ce substrat peut $tre réalisé de la manière décrite ci-dessuso La figure 4 est une vue, en coupe transversale, d'un autre mode de réalisation d'un substrat de cblage conforme à la présente invention, Ce substrat de c9blage comprend des éléments de câblage inférieurs 9, des éléments de c9blage supérieurs 20, des trous traversants 21,des couches organiques 35, 40 et 22, un dispositif 23, des électrodes terminales 24, des plots de soudure 25, un substrat de résine 51 et un substrat métallique ou céramique 52. Dans cet exemple, le trou destiné à recevoir le dispositif est un trou traversant recouvert du substrat de résine 51. La figure 5 est une vue, en coupe transversale, d'un autre mode de réalisation du substrat de c9blage conforme à la présente invention. Les figures 6a à 6f représentent les étapes de fabrication du substrat de la figure 5. En se référant à la figure 5, un ensemble de câblage mince conforme à la présente invention comprend un substrat métallique 133, une feuille adhésive , un câblage inférieur 138, un dispositif 139 tel qu'un circuit intégré, un élément d'intégration à grande échelle (LSI), une résistance, un condensateur un bobinage ou analogue et des bornes de connexion 140. On réalise cet ensemble comme le montre les figures 6a à 6f selon les étapes suivantes. Figure 6à: On part d'un substrat de base métallique décapé 133 en Al, Cu ou autre. On prévoit une feuille adhésive isolante 135 pour revêtir la face du substrat 133. Cette feuille peut être en n'importe quelle matière appropriée, par exemple une couche de polyamideimide, de polyamicacide, de résine éthylène propylène fluoré ou analogue possédant tous une propriété adhésive ou bien un film de résine polyimide revêtu d'un adhésif. Une ouverture 134 permettant la connexion du dispositif 139 est percée dans la feuille 135 par poinçonnage, attaque chimique ou autre. Figure: On dispose une feuille de protection 136 sur la surface supérieure de la feuille adhésive isolante 135. On interpose, entre la feuille de protectiO 136 et un des mors d'une presse, une résine élastique résistant à la chaleur 137. L'autre mors de la presse est appliqué contre la face inférieure du substrat de base 133 sous uze température élevée. Au lieu de prévoir une feuille adhésive isolante 35, on peut envisager l'application d'un adhésif sous forme de liquide ou de pâte par impression ou au rouleau, auquel cas l'adhésif recouvrant l'ouverturd 134 doit -tre éliminé. Figure 6c: Par conséquent, la feuille adhésive isolante 135, percée de l'ouverture 134, est rendue solidaire du substrat de base métallique 133. La feuille 135 sert de couche isolante, dont les parties plates portent les éléments de câblage inférieurs. Figure 6d: Une partie du substrat de base 133 en regard de l'ouverture 134 est enlevée par attaque pour réaliser le trou 138 destiné à recevoir le dispositif 139. Pour ce faire, on utilise la feuille 135 comme masque. Figure 6d': Unie fois le trou 134 réalisé à l'aide de la feuille 135 servant de masque, on procéde à une sous-gravure à l'intérieur du trou 134 pour que le bord de la feuille reste partiellement à l'intérieur du trou 134. Ce bord sert à empêcher un court-circuit entre le bord du substrat de base métallique 133, sur le côté du trou 134, et la borne de connexion 140 et, s'ils existent des éléments de connexion conducteurs. Figure 6e: On met en oeuvre tout procédé de dép8t approprié, tel qu'un procédé d'évaporation sous vide, un procédé de dépft au faisceau d'ions ou autre pour réaliser des éléments de câblage inférieurs 138 sur la feuille 135. Les éléments de câblage inférieurs 138 sont de préférence en un alliage Al-Ni.Cu sous forme de film. Les configurations de câblage des éléments de câblage inférieurs 138 peuvent etre réalisés selon l'une des étapes suivantes: 1) Après avoir déposé sur toute la surface de la feuille 135 une couche destinée à former les éléments 138, on applique un photorésist approprié sur cette couche. On procède ensuite à une opération de photogravure pour délimiter les éléments 138. 2) On applique sur la surface de la feuille 135 tout photorésist approprié permettant de préparer une configuration prédéterminée des éléments 138. On dépose une matière appropriée à la réalisation des éléments 138, dans laquelle le photorésist est enlevé. Ce procédé est appelé "lift-off" dans la litérature anglo-saxonne. 3) Après avoir appliqué sur toute la surface de la feuille 135 une couche destinée à la réalisation des éléments 138, on applique unphitorésist destiné à recouvrir des parties déterminées de cette couche. On procède à une attaque chimique pour réaliser une configuration désirée des éléments 138. Au lieu d'utiliser une de ces procédés de dépôt que l'on vient de décrire, on peut fixer sur la feuille 135 une feuille métallique dans laquelle les éléments de câblage inférieurs 138 peuvent être réalisés. FigMure 6f:Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, le dispositif 139 est connecté électriquement au substrat de c9blage à l'aide d'une soudure de façon à réaliser le montage du dispositif sur support souple. Par conséquent, la soudure est imprimée entre les parties connectées. Les parties connectées peuvent être choisies voisines des éléments de c9blage inférieurs. La partie connectée est choisie de la manière suivante pour être voisine des éléments de c9blage inférieurs 138. A l'intérieur du trou 134 on dispose le dispositif 139, soumis à aucune formation pour qu'il soit monté sur support souple. La surface supérieure du dispositif 139 ne dépasse pas vers l'extérieur les substrats de cablage. On réalise alors des liaisons conductrices moins extérieures avec 4a configur- ation c9blée pour obtenir un circuit. On peut utiliser un système de mise sous pression thermique ou un système au cristal eutectique Au-Su en fonction de la matière constitutive des éléments conducteurs et des éléments de ctblage. Si l'on cherche à obtenir une bonne dissipation de la chaleur, on peut envisager une liaison réalisée à l'aide d'une pute conductrice ou analogue. Il se peut que le dispositif 139 soit une "puce à poutre" à liaisons par fils et, dans ce cas, on peut connecter deux ou plusieurs dispositifs. De préférence, on prévoit une couche supplémentaire de matière organique pour recouvrir le substrat de câblage ainsi réalisé. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent 9tre apportées au dispositif décrit et représenté sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Substrat de câblage permettant de relier un composant électrique et un circuit externe, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat (33) destiné à recevoir le composant électrique une première couche isolante (35) d'une matière organique réalisée sur le substrat; des moyens de câblage (39) réalisés sur la première couche isolante, ces moyens de câblage étant reliés au composant électrique; une seconde couche isolante (47) d'une matière organique réalisée au-dessus de la première couche isolante; et des éléments terminaux (44) prévus sur la première couche isolante et faisant saillie de la seconde couche isolante en matière organique, ces moyens étant reliés auxdits moyens de câblage (39). 2. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième couche isolante (40) d'une matière organique interposée entre la première couche isolante (35) et la seconde couche isolante (47), cette troisième couche isolante portant des seconds moyens de câblage (43) reliés auxdits moyens de cablage (39). 3. Substrat selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un trou traversant de liaison électrique (41) est prévu entre la première couche isolante (35) et la troisième couche isolante (40). 4. Substrat selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une parmi la première couche isolante (35), la seconde couche isolante (47) et la troisième couche isolante (40) comprend une matière organique constituée par une des substances suivantes: le polyamideimide, le polyimide, le poly- amicacide, l'éthylène propylène fluoré ou analogue. 5. Substrat selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la première couche isolante (35), de la seconde couche isolante (47) et de la troisième couche isolante (40) est, dans chaque cas, de l'ordre de plusieurs dizaines de microns. 6. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant électrique est constitué par un circuit intégré, un élément d'intégration à grande échelle (LSI), une résistance, un condensateur, un bobinage ou autre. 7. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend uine couche métallique, céramique ou autre. 8. Substrat selon la revendication 1,-caractérisé en ce qu'il comprend des plots de soudure (49) reliés aux éléments terminaux (44), ces plots de soudure conduisant au circuit externe. 9. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux ou plusieurs éléments terminaux sont prévus, la distance séparant des éléments terminaux étant de l'ordre de quelques microns. 10. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de cablage (39) comprennent au moins deux couches discrètes. 11. Substrat selon la revendication 2, caractérisé en ce que les seconds moyens de cablage comprennent au moins deux couches discrètes. 12. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord de la première couche isolante est disposé à l'intérieur d'une ouverture pratiquée dans le substrat pour recevoir le composant électrique.