Brevet FR2549677A1 — publié le 19850125

La présente invention concerne les plaquettes multicouches de circuit et en particulier l'inspection de ces plaquettes pendant leur fabrication Les plaquettes multicouches de circuit ont été définies comme l'ensemble d'interconnexion qui contient plus de deux couches de circuit Les plaquettes multicouches, développées à partir des applications spatiales et militaires au début de années 60, sont maintenant utilisées dans de nombreuses applications commercia10 les Les divers types de plaquettes multicouches entrent dans plusieurs catégories qui posent toutes des problèmes communs, à des degrés variables. Un premier problème posé par la fabrication des plaquettes multicouches est leur stabilité dimension15 nelle ou leur manque de cette propriété, lorsque les couches individuelles sont traitées Ainsi, chaque couche est réalisée dans la prévision d'un positionnement précis par rapport aux autres couches qui forment la plaquette multicouche Cependant, à moins que toutes les couches 20 subissent des modifications dimensionnelles identiques pendant le traitement individuel, la précision qui existait dans le travail d'origine peut être perdue Ceci peut provoquer un défaut d'alignement très important de la plaquette multicouche et peut conduire à sa mise 25 au rebut Dans d'autres cas, les défauts de positionnement peuvent être compensés après association des couches et, pendant le perçage, par utilisation d'un décalage compensateur au cours de l'opération de perçage. La présente invention concerne l'inspection, 30 au cours de la fabrication des plaquettes de circuit, de plusieurs couches positionnées avec précision Deux cibles au moins sont formées sur chaque couche afin qu'elles soient positionnées avec précision pendant la fabrication des couches Chaque cible a une position qui correspond à une cible d'au moins une-autre couche, les ciblesde chaque couche formant un dessin qui est propre à cette couche Pendant la fabrication, le posi tionnement de chaque cible d'une couche peut être vu par rapport aux dessins de cibles de test par des techniques radiographiques Ainsi, la stabilité dimensionnelle de chaque couche individuelle peut être déterminée pendant la fabrication et après celle-ci, alors que le positionnement relatif des couches empilées peut être déterminé par positionnement relatif des dessins de cibles par rapport à un dessin de cibles de test Sous la forme empilée, le dessin de cibles de test, correspondant aux cibles d'une couche, peut être formé par les cibles d'au moins deux autres couches. Comme indiqué précédemment, chaque couche peut être inspectée pendant sa fabrication ou après celleci et peut être jetée si elle sort des plages de tolérances. 15 Après empilement et avant association, le positionnement relatif des couches empilées peut être inspecté avec réglage ou remplacement correspondant des couches mal positionnées, avant association Après l'association, le positionnement relatif des couches peut être déterminé 20 et d'autres coûts de fabrication peuvent être économisés, ou des mesures de compensation peuvent être prises pendant la finition de la fabrication. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la descrip25 tion d'exemples de réalisation qui va suivre, en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente plusieurs couches qui -peuvent former une plaquette multicouche de circuit, et illustre le principe mis en oeuvre selon l'invention,; 30 la figure 2 montre comment-un mauvais alignement peut être détecté, parmi plusieurs couches d'une plaquette multicouche de circuit; la figure 3 représente des dessins à plusieurs cibles qui peuvent être utilisés dans le cadre de 1 'in35 vention et montre comment ils indiquent un défaut d'alignement; et la figure 4 représente d'autres dessins qui peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. La présente,invention concerne l'inspection, au cours de la fabrication,de plaquettes de circuit com5 prenant plusieurs couches positionnées avec précision. Deux cibles au moins sont formées sur chaque couche et sont positionnées avec précision par rapport aux cibles des autres couches, chaque cible ayant une position qui correspond à celle d'une cible d'au moins une autre cou10 che, les cibles de chaque couche formant un dessin propre à cette couche Comme décrit plus en détail dans la suite, le dessin original de cibles de chaque couche peut être établi par les positions des cibles de cette couche, les configurations des cibles de cette couche, ou les deux Les cibles sont formées de manière qu'elles puissent être vues à l'aide des techniques radiographiques connues De préférence, les cibles sont formées, avec les autres éléments de circuit imprimé, sur la couche sur laquelle elles sont portées. Dans le présent mémoire, la "position" d'une cible sur une couche est la position de cette cible par rapport aux autres éléments de circuit de cette couche, si bien que l'alignement des cibles d'une plaquette multicouche indique l'alignement des éléments de circuit 25 portés par ces couches. Lors de la mise en oeuvre des techniques d'inspection selon l'invention, tout système radiographique convenable peut être utilisé L'un de ceux quipeut être utilisé, avec de petites modifications dépendant de la dimension des plaquettes multicouches de circuit auxquelles l'invention se rapporte, est vendu sous la marque de fabrique "Mikrox" par Nicolet XRD Corporation, une filiale de Nicolet Instrument Corporation Un dispositif correspondant est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amé35 rique n 4 159 436 décrit le 26 janvier 1979 à Raymond V Ely et intitulé "Electron Beam Focussing for X-Ray Apparatus" L'avantage de ces systèmes radiographiques est qu'ils forment une source de rayons X qui est essentiellement une -"'source ponctuelle" et qui permet un grandissement de la partie inspectée L'utilisation d'une caméra et d'un moniteur de télévision, la caméra étant sensible aux rayons X, permet l'observation en temps réel de la partie inspectée Dans le présent mémoire cependant, le terme "observation" recouvre à la fois l'affichage en temps réel sur un moniteur de télévision et l'exposition d'un film puis son observation ultérieure. 10 On se réfère maintenant à la figure 1 qui représente six couches 10 à 15 qui peuvent être associées afin qu'elles forment une plaque multicouche de circuit. Par raison de clarté, les éléments du circuit des différentes couches ne sont pas représentés Dans le coin inférieur gauche de chaque couche, un dessin de cibles est disposé, les cibles étant représentées sous forme de figures continues qui doivent être formées de manière qu'elles puissent être détectables par mise en oeuvre de la technique particulière d'observation utilisée. Dans le cas des techniques radiographiques, les cibles sont opaques au rayonnement et peuvent être formées pendant la constitution des éléments de circuit sur les diverses couches, et avec un positionnement déterminé par rapport à eux Cette disposition déterminée permet 25 une détermination-de l'alignement entre les cibles des couches afin que le positionnement des éléments de circuit des diverses couches soit déterminé. Sur la figure 1, toutes les cibles ont la même configuration (carrée), bien qu'elles occupent des posi30 tions prédéterminées Par exemple, la couche 10 a des cibles dans des positions qu'on peut identifier comme des positions 1 et 2, alors que la couche 11 a des cibles dans les positions 1, 2 et 3 Chacune des couches 12 à 15 a une cible dans la position 1, la couche 12-ayant 35 des cibles supplémentaires dans les positions 3 et 4, la couche 13 dans les positions 4 et 5, la couche 14 dans les positions 5 et 6 et la couche 15 dans les positions 6 et 7. Lorsque les couches 10 à 15 sont empilées les unes sur les autres d'une manière considérée comme convenablement alignée, une observation radiographique indique si l'aiignement convenable est en fait présent Ceci est représenté sur la figure 2 sur laquelle un dessin régulier de cibles est représenté, les cibles présentant un défaut d'alignement étant représentées aux positions 1, 4 et 5 Comme l'indique la figure 1, les cibles des couches empilées forment un dessin de cibles de test, les cibles de la couche 13 n'étant pas alignées sur celles du dessin de cibles de test Ainsi, la couche 13 présente un défaut d'alignement La figure 2 montre aussi comment le degré de défaut de positionnement peut - être estimé Par exemple, lorsque toutes les cibles ont une -15 dimension connue et lorsqcue,l'une des couches est mal positionnée si bien qu'elle recouvre le dessin de cibles de test formé par les autres couches de la moitié de la dimension des cibles, la couche mal positionnée présente un défaut de positionnement d'une quantité égale 20 à la moitié de la dimension des cibles Comme l'indique la figure 2, la direction du défaut d'alignement peut. aussi être déterminée. La figure 3 représente d'autres dessins qui peuvent être utilisés pour l'identification de différentes 25 couches d'une plaquette multicouche de circuit Les dessins de la figure 3 dépendent non seulement de la position des cibles mais aussi de leur configuration Par exemple, le dessin indiqué de façon générale en 20 est un dessin à-trois cibles ayant un losange dans la première position, 30 un carré dans la seconde position et un losange dans la dixième position Le dessin 21 est formé avec un cercle dans la seconde position et un losange dans la troisième. Les autres dessins peuvent être tels que représentés. Une plaquette-de circuit à neuf couches ayant 35 les dessins représentés dans la partie supérieure de la figure 3 donne un dessin représenté à la ligne 29 de la figure 3 lorsque toutes les couches sont convenable- ment alignées La ligne 30 montre ce qui serait observé si la couche du dessin 24 présentait un défaut de positionnement vers le haut et vers la gauche, la couche du dessin 26 étant mal positionnée vers le bas et vers la droite La ligne-31 montre ce qui serait observé si la couche du dessin 28 présentait un défaut d'alignement vers la gauche comme indiqué sur la figure 3. La figure 4 représente des dessins 35-37 qui peuvent être utilisés sur une plaquette à trois couches, 10 les dessinsne différant que par leur configuration. Ainsi, en ce qui concerne les positions comme indiqué en référence aux figures 2 et 3, chacun des dessins 35 à 37 est formé de cibles dans la première et la seconde position, les dessins différant par la différence de 15 configurations des cibles qui les forment Un défaut de positionnement des dessins 35 à 37, lorsque les couches qui les portent sont empilées les unes sur les autres, donne une indication sur le défaut d'alignement de ces couches. L'invention non seulement donne une indication sur le défaut d'alignement des couches mais encore peut être utiliséepour la détermination de la stabilité dimensionnelle ou de son défaut, dans une couche-unique Dans le cas de plusieurs couches, un dessin de cibles de test 25 pour chaque couche est formé par les cibles d'au moins deux autres couches Dans une variante un calibre peut être utilisé, celui-ci portant un dessin de cibles de test correspondant au dessin de la couche qu'on souhaite inspecter Le recouvrement convenable de la couche par 30 le calibre et l'observation comme décrit précédemment permet l'utilisation de l'alignement du dessin de couches par rapport au dessin de cibles de test pour l'établissement de la stabilité dimensionnelle ou de l'instabilité de la couche traitée _ Evidemment, de nombreuses variantes et modifications peuvent être apportées à l'invention compte tenu des enseignements qui précèdent Ainsi, la présente inven- I 7 tion peut être utilisée pour l'inspection dans toute étape de la fabrication des plaquettes multicouches de circuit, et notamment pendant et après le traitement de chaque couche, l'alignement relatif des couches em5 pilées avant leur association, et l'alignement relatif des couches d'une plaquette dont les circuits sont associés. L'alignement avant association des couches empilées peut être inspecté tant que ces couches sont placées dans les plaques de recouvrement avant association, par exemple par formation de canaux d'inspection dans ces plaques, avec des dispositifs convenables de fermeture de ces canaux. De nombreux dessins de cibles peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention qui n'est pas limitéepar les dessins représentés En fait, les cibles individuelles peuvent être des figures pleines ou au trait et peuvent être placées le long d'un ou plusieurs côtés de chaque couche Bien qu'on considère que 20 les dessins de cibles sont contenus vers l'intérieur de la marge de chaque couche, lorsque cela est possible en pratique, elles peuvent être disposées dans le "dessin" du circuit porté par chaque couche Bien entendu, diverses modifications peuvent 25 être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement 'à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. _ 2549677 REVENDICATIONS 1 Procédé d'inspection destiné à la fabrication de plaquettes de circuit ayant plusieurs couches alignées avec précision, caractérisé en ce qu'il comprend: 5 la formation d'au moins deux cibles sur chaque couche qui doit être positionnée avec précision, chaque cible ayant une position correspondant à la cible d'au moins une autre couche, les cibles de chaque couche formant un dessin qui est propre à cette couche, et l'observation du positionnement de chaque cible d'une couche par rapport à un dessin de cibles de test par des techniques radiographiques. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'observation comprend: le positionnement d'une couche afin qu'elle soit empilée sur un calibre, celui-ci portant un dessin de cibles de test comprenant des cibles correspondant au dessin de la couche qui est empilée sur le calibre, et l'observation du positionnement de chaqcue cible de la couche empilée sur le calibre avec la cible correspondante du dessin de cibles de test du calibre à l'aide de techniques radiographiques. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'observation comprend: le positionnement-de plusieurs couches, dans l'ordre voulu, sous forme empilée les unes sur les autres, le dessin de cibles de test des cibles d'une couche étant formé par les cibles d'au moins deux autres couches, et l'observation du positionnement de chaque cible de chaque couche empilée par rapport au dessin de cibles de test formé par les cibles des autres couches empilées, par des techniques radiographiques. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de positionnement comprend le montage des diverses couches dans des plaques de recouvrement utilisées avant association des couches, et l'opération d'observation comprend l'observation du positionnement - de chaque cible de chaque couche empilée par rapport au dessins de cibles de test formé par les cibles des autres couches empilées, par mise en oeuvre de techniques radiographiques, après l'étape de montage. 5 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'association des diverses couches dans l'ordre voulu, l'opération d'observation étant réalisée après l'opération d'association. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de formation comprend la formation des cibles dans des positions qui forment un dessin qui est propre à une couche 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de formation comprend la formation 15 des cibles avec des configurations de cibles qui forment un dessin qui est propre à une couche. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de formation comprend la formation des cibles à des positions et avec des configurations 20 qui forment un dessin qui est propre à une couche.