Brevet FR2524705A1 — publié le 19831007

PROCEDE COMPOSITE DE FABRICATION DE CIRCUIT HYBRIDE ET CIRCUIT HYBRIDE OBTENU PAR UN TEL PROCEDE La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de circuit hybride, dit composite parce que faisant appel successivement à des technologies différentes. L'invention a également pour objet un circuit hybride obtenu par un tel procédé. On rappelle qu'on entend par circuit hybride un circuit électronique réalisé sur un substrat isolant, sur lequel sont disposées des couches résistives, destinées à former des résistances, et des couches conductrices, formant des pistes de connexion entre les résistances précédentes d'une part et des composants rapportes sur le circuit d'autre part. On connaît principalement deux technologies distinctes pour la réalisation des couches formant les circuits hybrides: - la première est connue sous le nom de "couches épaisses"; elle consiste à déposer sur un substrat isolant, par sérigraphie, des couches successives selon des motifs prédéfinis: la première couche est en général conductrice et forme les pistes de connexion; la seconde couche est résistive et elle constitue des résistances. Ainsi qu'il est connu, la réalisation d'une couche par sérigraphie consiste à déposer une pâte à travers un écran de soie puis à la sécher et la cuire à une température de l'ordre de 9000 C; les épaisseurs obtenues sont de l'ordre de 10 à 20 um. Le circuit hybride final peut comporter plus de deux couches, celles-ci devant être alors séparées par des couches isolantes déposées de la même façon. - la seconde est dite "couches minces"; elle consiste à déposer successivement sur le substrat la couche résistive et la couche conductrice, dont l'épaisseur est très inférieure aux épaisseurs obtenues par la technologie précédente (ici de l'ordre du micron) puis à graver successivement les deux couches selon les motifs désirés. Cette technique permet d'obtenir des circuits de meilleure qualité électrique (hyperfréquence, haute tension, très haute stabilité), mais elle est sensiblement plus onéreuse que la précédente; de plus, elle ne permet pas en pratique de réaliser plusieurs plans conducteurs à des prix de revient supportables. Par ailleurs, il est souhaitable dans certaines applications de pouvoir utiliser l'autre face (verso) du substrat pour y réaliser par exemple un plan de masse, des connexions d'alimentation, des points de soudure de connecteurs ou même un marquage. Lorsque le circuit hybride concerné est un circuit de haute qualité réalisé selon la technologie "couches minces", la réalisation d'une seconde face augmente assez sensiblement le prix de revient du circuit puisqu'il faut alors réaliser deux faces selon la technologie décrite plus haut et, lors de la gravure, protéger la première face, déjà gravée, pendant l'attaque de la deuxième. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication économique, utilisant le dépôt sérigraphique, du verso d'une plaquette portant au recto un circuit réalisé selon la technologie "couches minces Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé composite de fabrication de circuit hybride qui comporte les étapes suivantes: - le dépôt, sur l'une des faces d'un substrat isolant, d'une couche mince résistive recouvrant sensiblement toute sa surface; - le dépôt, sur la couche précédente, d'une couche mince conductrice recouvrant sensiblement toute sa surface; - la gravure des deux couches précédentes, selon des motifs prédéfinis; - le dépôt par sérigraphie sur la deuxième face du substrat d'au moins une couche d'un matériau conducteur selon un motif prédéfini; - le chauffage de la couche précédente. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et illustrée par les dessins annexés qui représentent: - la figure 1, a à f, les différentes étapes d'un premier mode de fabrication d'un circuit hybride selon l'invention; - la figure 2, les différentes étapes d'un deuxième mode de fabrication d'un circuit hybride selon l'invention - la figure 3, un schéma illustrant la fixation des connexions sur un circuit hybride selon l'invention. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. De plus, pour la clarté du dessin, les proportions entre les épaisseurs des différentes couches n'ont pas été respectées. Sur la figure la, on a représenté un substrat isolant 1, sur la face recto (1R) duquel il est prévu de réaliser un circuit hybride selon la technologie "couches minces", et sur la face verso (lg) duquel on désire réaliser un circuit ne portant pas de composants, par exemple des connexions d'alimentation, un plan de masse, etc. Du fait que l'on désire utiliser la technique "couches minces", le substrat 1, en forme de plaquette, est préférentiellement en alumine. Sur la face verso de ce substrat, on commence la fabrication par le dépôt sérigraphique d'une couche conductrice 2 selon un motif prédéfini, c'est-à-dire que l'on dépose une pâte comportant un matériau conducteur, tel que de l'argent ou un alliage d'argent et de palladium, à travers un masque de soie ;la pâte sérigraphiée est ensuite séchée et cuite à une température préférentiellement comprise entre 8000 et 10000 et, plus particulièrement entre 8500 et 950 , pendant une durée de l'ordre de 30 à 60 minutes, et cela afin d'une part d'éliminer les liants de la pâte et d'autre part d'assurer l'adhérence de la couche 2 sur le substrat 1. La figure lb représente l'étape suivante du procédé de fabrication, pendant laquelle on dépose sensiblement sur la totalité de la face recto 1R du substrat 1 une couche mince résistive 3. Cette couche est par exemple en tantale et elle est déposée par pulvérisation cathodique, son épaisseur étant alors de l'ordre de 100 à 400 A. Dans une variante, la couche 3 peut être à base de nickel et de chrome. La figure Ic représente l'étape suivante, dans laquelle on dépose une couche mince conductrice 4 sensiblement sur toute la surface de la couche 3. Cette couche 4 est par exemple constituée par de l'or, déposé par recharge électrolytique sous une épaisseur de l'ordre de quelques microns. L'étape suivante représentée à la figure Id illustre la protection qu'il est nécessaire de réaliser sur la couche sérigraphiée 2, afin de pouvoir réaliser l'étape de gravure du recto de la plaquette sans abîmer le verso. Cette couche de protection 5 peut être par exemple un ruban adhésif, choisi de telle sorte qu'il ne laisse pas de trace sur la couche 2 et le substrat 1 lorsqu'il est retiré. L'étape suivante (figure le) est celle de la gravure du recto de la plaquette, par procédé photographique et attaque chimique, ne laissant subsister des couches 3 et 4 que des motifs prédéfinis. L'étape suivante (figure If) consiste à retirer le film protecteur 5. La dernière étape consiste à réaliser la stabilisation thermique des résistances (couche 3), qui peut se faire ainsi qu'il est connu dans des conditions assez variables; à titre d'exemple, elle peut être réalisée à une température de l'ordre de 2000 pendant environ 12 à 15 heures, ou encore à une température de l'ordre de 4500 pendant environ 5 ou 6 minutes. On obtient alors un circuit dont le recto est du type "couches minces" à haute qualité et le verso est réalisé en "couche épaisse". La figure 2 représente un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, dans lequel on réalise d'abord le recto de la plaquette. Dans une première étape (10), on dépose au recto d'un substrat isolant, qui est préférentiellement le même que celui de la figure 1, une couche mince résistante également du type de la couche 3 de la figure lb et selon le même procédé. L'étape suivante (11) consiste à déposer une couche mince conductrice sur l'ensemble de la couche résistive précé dente ; comme précédemment, cette couche mince conductrice est avantageusement identique à la couche 4 de la figure lc et déposée de la même manière. On procède ensuite (étape 12) à la gravure du recto de la plaquette comme illustré sur la figure le, à ceci près qu'il est ici inutile de protéger le verso de la plaquette puisqu'elle ne porte encore aucun circuit. Comme précédemment, on procède ensuite (étape 13) à la stabilisation thermique des résistances gravées lors de l'étape précédente. On réalise ensuite (étape 14) le dépôt sérigraphique d'une pâte conductrice au verso du substrat comme illustré sur la figure la, selon un motif déterminé. Toutefois la pâte dont il s'agit est différente de la précédente en ce qu'elle cuit à une température sensiblement inférieure, par exemple de l'ordre de 1200 à 2000 et, préférentiellement entre 1700 et 200 , et en tous cas inférieure à la température de destruction des couches minces gravées au recto de la plaquette. Des pâtes susceptibles de convenir existent dans le commerce, par exemple fabriquées par la Société DEMETRON sous le n0 62900153 ou par la Société CERMALLOY sous le n0 PC200S. La cuisson de cette pâte constitue l'étape suivante (15). Enfin, dans une dernière étape (16), on réalise les connexions de sortie du circuit hybride comme représenté sur la figure 3. En effet, les pâtes de sérigraphie susceptibles de cuire à basse température connues à l'heure actuelle ne sont pas soudables, c'est-à-dire que les pâtes à souder usuelles ou les alliages d'argent, de plomb et d'étain utilisés pour la soudure des connexions de sortie dissolvent les couches obtenues par une telle technique. Par contre il est possible de coller, à l'aide de colles conductrices particulières (par exemple celle qui est commercialisée par la Société AMICON sous le n0 C850), un peigne faisant la liaison entre le recto et le verso de la plaquette.Ce peigne peut par exemple avoir la forme représentée sur la figure 3 où l'on distingue le recto 1R d'une plaquette 20 portant le circuit hybride "couches minces", aboutissant à des plots de connexion repérés 21. Sur chacun de ces plots vient se connecter une dent 23 d'un connecteur 22 en forme de trident, dont les deux autres dents sont collées au verso ly de la plaquette. Un avantage de ce deuxième mode de fabrication est qu'il permet de commencer la fabrication par les phases "couches minces" qui sont, ainsi qu'il est connu, les plus délicates à réaliser, nécessitant des matériaux purs et une atmosphère propre. En outre, comme mentionné plus haut, il permet d'éviter l'étape de protection de la couche sérigraphiée (figure Id). Par contre, dans le premier mode de réalisation, les connexions de sortie sont fixées par soudure sur les deux faces, par exemple du même Connecteur trident; cela permet d'utiliser des équipements de soudure automatiques existants et donc, à ce niveau, de diminuer les coûts de fabrication. D'une manière générale, l'invention n'est pas limitée au dépôt d'une seule couche conductrice (2) sur le verso de la plaquette, mais peut comporter en outre sur le verso une ou plusieurs couches conductrices, isolantes ou résistives. REVENDICATIONS r 1. Procédé composite de fabrication de circuit hybride, comportant les étapes suivantes - le dépôt, sur l'une des faces (1R) d'un substrat (1) isolant, d'une couche mince résistive (3) recouvrant sensiblement toute sa surface; - le dépôt, sur la couche précédente (3), d'une couche mince conductrice (4) recouvrant sensiblement toute sa surface; - la gravure des deux couches précédentes (3, 4) selon des motifs prédéfinis; ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre les étapes suivantes: - le dépôt par sérigraphie sur la deuxième face du substrat d'au moins une couche (2) d'un matériau conducteur selon un motif prédéfini; - le chauffage de la couche précédente. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une étape de stabilisation thermique des résistances gravées dans la couche résistive. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les étapes de dépôt sérigraphique (2) et de chauffage de la couche sérigraphiée sont réalisées, dans cet ordre, en premier, que le procédé comporte ensuite une étape supplémentaire de dépôt d'une couche de protection (5) sur la couche sérigraphiée (2), ladite couche de protection (5) étant retirée après l'étape de gravure. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le chauffage de la couche sérigraphiée (2) est réalisé à une température comprise entre 8000 et 10000. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les étapes de dépôt de la couche résistive (3), de dépôt de la couche conductrice (4) et de gravure sont réalisées, dans cet ordre, en premier. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le chauffage de la couche sérigraphiée est réalisé à une température comprise entre 1200 et 2000. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une étape de soudage sur la première face et de collage sur la deuxième face d'au moins une connexion (12) de sortie du circuit. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dépôt de la couche mince résistive (3) est réalisé par pulvérisation cathodique. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dépôt de la couche mince conductrice (4) est réalisé par électrolyse. 10. Circuit hybride, caractérisé par le fait qu'il est obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes.