Brevet FR2556916A1 — publié le 19850621

Cette invention concerne la fabrication d'un substrat destiné à être utilisé dans un circuit électronique et plus particu- lièrement la fabrication d'un tel substrat présentant une ou plusieurs ouvertures traversantes. Lorsque, dans la fabrication d'un circuit électro- nique comprenant un substrat isolant, celui-ci doit avoir une ouverture traversante, il se pose le problème de la création de cette ouver- ture. Si une ouverture ronde est désirée ou acceptable et si le substrat est en un matériau relativement mou, l'ouverture peut être formée simplement par perçage du substrat ou par poinçonnage. Par contre, si l'ouverture doit avoir une autre forme, rectangu- laire par exemple, ou si le substrat est cassant et/ou abrasif, d'autres moyens doivent être utilisés. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'inven- tion, on produit un ou plusieurs substrats présentant une ou plu- sieurs ouvertures traversantes d'un matériau pour substrats par un procédé qui comprend les phases suivantes: le creusement d'une ou de plusieurs rainures en travers d'une face latérale d'un premier barreau du matériau pour substrats, chacune des rainures s'étendant entre une surface supé- rieure et une surface inférieure du barreau; la métallisation de la face dans laquelle est formée la rainure ou dans laquelle sont formées les rainures; la métallisation d'une face latérale d'un second barreau du matériau pour substrats; ainsi que l'assemblage des deux barreaux par leurs faces métallisées, de manière à trans- former chaque rainure en une ouverture s'étendant entre les surfaces supérieures et les surfaces inférieures des barreaux assemblés. Les barreaux assemblés ou combinés peuvent âtre utilisés comme un seul substrat, mais ils peuvent également être découpés perpendiculairement aux ouvertures pour former deux ou davantage de substrats. Dans un cas comme dans l'autre, un ou plu- sieurs tracés de circuit peuvent être imprimés sur la surface supé- rieure ou sur la surface inférieure du substrat formé,- ou de chaque substrat formé, l'autre surface pouvant être métallisée et connectée à un septum formé par les faces métallisées des premier et second barreaux. Un tel substrat ou chaque tranche de substrat obtenue par découpe d'un tel substrat, avec son circuit imprimé et sa surface métallisée, peuvent être découpés en plaquettes formant chacune un substrat pour un circuit électronique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un barreau de matériau isolant pour substrats,dans l'une des faces latérales duquel ont été creusées des rainures; - la figure 2a est une vue en perspective du barreau de figure 1 après métallisation de sa face rainurée; - les figures 2b et 2c montrent deux barreaux pré- sentant chacun une face latérale métallisée par laquelle ils peuvent être assemblés au barreau de figure 2a, selon deux variantes; - les figures 3 et 4 sont des vues en perspective des barreaux assemblés finis obtenus selon ces deux variantes et prêts à être découpés; - la figure 5 est une vue en perspective d'un substrat final portant un circuit imprimé; et - la figure 6 est une coupe partielle prise suivant la ligne 6-6 de figure 5 mais à plus grande échelle, montrant en détail une pastille à composant actif montée en place dans l'ouver- ture du substrat fini. La figure 1 représente un barreau 10 de matériau pour substrats, par exemple d'oxyde de béryllium ou d'alumine, lesquels sont des matériaux de type céramique polycristallin conve- nant pour une utilisation dans des circuits à micro-ondes qui com- portent des composants actifs de puissance. Des matériaux de type monocristallin tels que saphir sont utilisables également. L'oxyde de béryllium est un matériau pour substrats particulièrement bon parce qu'il est un excellent isolant électrique et en même temps un excellent conducteur de chaleur. Comme c'est le cas avec la plupart des matériaux, l'oxyde de béryllium présente cependant aussi quelques inconvénients. Par exemple, l'oxyde de béryllium est rela- tivement poreux, ce qui rend difficile l'impression d'un tracé de circuit précis sur sa surface. Ce problème peut être résolu en appliquant les enseignements du brevet des E.U.A. n 4 376 287. De plus, l'oxyde de béryllium est un matériau abrasif et cassant, de sorte qu'il est difficile d'y ménager des ouvertures. Ce problème est à la base de l'invention. La raison pour pratiquer une ouverture dans le substrat pourra être expliquée le mieux en référence à la figure 6, qui est une coupe d'un circuit à micro-ondes a l'état fini, On comprendra que la figure 6 est dessinée à plus grande échelle que les figures 1-5. La référence 20 désigne le matériau constitutif d'un substrat, qui entoure des parois métallisées 22a et 22b d'une ouverture 22. Dans cette ouverture est placée une pastille 24 for- mant un composant actif de puissance, tel qu'un transistor à effet de champ. Des fils de connexion tels que 26 et 27 relient des Mlé- ments (des électrodes de grille et de drain par exemple) de la surface supérieure 24a de la pastille un circuit imprimé (voir figure 5) sur la surface supérieure 20a du substrat 20. La surface inférieure 24b de la pastille 24 (formant la source par exemple) est en contact électrique avec une substance conductrice 28, telle que soudure tendre, êpoxy, pièce métallique insérée ou une combi- naison de ceux-ci, qui remplit la partie restante de l'ouverture. Avac la p stille 24 placée dans l'ouverture, comme représenté, les connexions, cenme celles ddsignées par 26 et 27, peuvent être très courtes, ce qui se traduit par une inductance minimale aux fréquences utilisées dans les circuits à micro-ondes. Si la partie 24 devait être montée sur la surface 20a du substrat 20, les connexions 26, 27 devraient obligatoirement Etre nettement plus longues, ce qui créerait une inductance excessive. Une premire opération pour fabriquer un circuit à micro-ondes consiste, voir figure 1, à creuser une ou plusieurs rainures 32 (au nombre de trois dans cet exemple) dans une face latérale d'un barreau de subszrat 10, dont une partie longitudinale seulement est représentée. Une rainure rectangulaire comme les rainures 32 facilite le montage d'une pastille rectangulaire, comme décrit en référence à la figure 6, mais les rainures peuvent avoir toute forme convenable. Les rainures 32 sont usinées dans le barreau de substrat 10 au moyen d'un équipement classique de fraisage par exemple. La figure 2a montre que la face rainurée 34 du barreau 10 est ensuite métallisée, ce qui est réalisable selon n'importe quel procédé de métallisation adéquat. Les parois des rainures 32 peuvent également être métallisées, suivant l'appli- cation. Le pointillage 36 de figure 2 marque les zones métallisées du barreau 10. La couche métallisée est constituée typiquement d'une couche de chrome relativement mince qui adhère au barreau et d'une couche relativement épaisse (25-50 pm) de cuivre qui adhère à la couche du chrome. La figure 2b montre un barreau de substrat 40 de même grandeur et formé du même matériau que le barreau 10, avec lequel il peut être combiné. Le barreau 40 présente à cet effet une face latérale 42 destinée à être reliée à la face 34 du bar- reau 10. La face 42 est également métallisée, selon la même technique et avec les mêmes matériaux constitutifs que la couche de métalli- sation 36. Dans certains cas, il est souhaitable de ne pas creuser des rainures 32 relativement profondes dans le barreau 10. A la place du barreau 40, on utilise alors un barreau 44, voir figure 2c, également de même grandeur et formé du même matériau, mais dans l'une des faces latérales duquel ont été creusées des rainures 46. Ces rainures ont été réalisées de la même manière et avec le même espacement que les rainures 32 du barreau 10. La face rainurée 48 du barreau de substrat 44 est également métallisée, comme la face latérale 42 du barreau 40, ainsi que l'indiquent les pointillages. La figure 3 montre les barreaux 10 et 40 après leur assemblage par leurs faces rainurées 34 et 42. L'assemblage des barreaux par leurs faces métallisées peut être réalisé selon n'importe quelle technique classique, par exemple par thermocompression sous atmosphère inerte. Cet assemblage a pour résultat que les rainures 32 sont transformées chacune en une ouverture traversante (au nombre de trois sur la figure 3) qui s'étendent dela surface supérieure 52a è la surface inférieure 52b du barreau combiné 52 ainsi obtenu. La couche de métallisation 58 s'étendant entre ces deux surfaces s'appelle un "septu'm" et établit une liaison électrique entre les deux sur- faces. La figure 4 montre le barreau combiné obtenu selon la variante de réalisation, o la face rainurée et métallisée 34 (figure 2a) du barreau de substrat 10 est réunie à la face rainurée et métallisée 48 (figure 2c) du barreau de substrat 44. Le barreau combiné 52 avec ses ouvertures 50 et son septum 58 correspondent sensiblement à ceux de figure 3. L'opération suivante consiste à découper le barreau de substrat en pièces de substrat de grandeur finale. Il est possible bien entendu d'employer les barreaux combinés ou assembles 52 comme un seul substrat. Dans la pratique, il est mieux de découper d'abord les barreaux combinés 52 en tranches ou plaques suivant des lignes, comme celles désignées 54a et 54b sur la figure 3, perpendiculaire- ment aux ouvertures 50. Les barreaux combinés peuvent également être découpés, ensuite par exemple, suivant des lignes en pointillé comme celles désignées par 56a et 56b sur la figure 3, qui sont perpendi- culaires aux coupes en plaques et parallèles aux ouvertures 50, pour produire des plaquettes formant des substrats finis. La figure 5 représente un tel substrat fini à une échelle plus grande que celle employée dans les figures 1 à 4 mais plus petite que l'échelle de la figure 6. Le substrat fini de figure 5 résulte donc d'un tranchage suivant les lignes en pointillé 54a, 54b et d'une découpe en travers suivant les lignes en pointillé 56a, 56b de figure 3. Le nombre de tranches obtenues par des découpes suivant les lignes 54a, 54b des barreaux combinés 52 dépend de l'épaisseur du barreau (qui est typiquement de 2,5 cm) et de l'épaisseur désirée du substrat fini. Typiquement, on tire 10 à 20 tranches ou plaques d'un barreau combiné, ayant chacune une épaisseur de 0,4 à 0,6 mm. Le nombre de coupes en travers, c'est-à-dire suivant les lignes 56a, 56b et les lignes parallèles à celles-ci, dépend du nombre de rainures creusées dans le barreau de départ et du nombre d'ouvertures désirées dans chaque substrat fini. Ce dernier présente typiquement une ou plusieurs ouvertures. Les découpes décrites ci-dessus d'un substrat combiné 52 suivant les deu: directions ortho- gonales procurent typiquement 40 à 150 substrats finis. Après le tranchage mais avant la coupe en travers pour former les plaquettes constituant les substrats finis, les circuits imprimés désirés sont formes sur la surface supérieure de chacune des plaquettes à découper. Le circuit imprimé pour chacun de ces substrats finis correspond par exemple à celui représenté sur la figure 5. Un plan conducteur de masse 70 est créé de façon classique sur la surface inférieure de chaque tranche ou plaque. La représentation de la plaquette de substrat 20 de figure 5 com- porte un arrachement 72 à l'angle avant droit pour montrer une partie de ce plan de masse 70. Dans un mode de réalisation pratique, certaines lignes (certains conducteurs) du circuit imprimé seront en contact avec le septum 58. Un exemple d'une telle ligne est dési- gné par 60. D'autres lignes du circuit imprimé sont sciemment main- tenues à l'écart du septum. Des exemples de telles lignes sont désignés par 62 et 64. Les éléments de circuit connectés entre les diffé- rentes lignes imprimées du circuit peuvent être constitués par des composants imprimés sur le substrat et par des composants discrets. Le condensateur 66 connecté entre les lignes 62 et 60 est un exemple d'un composant imprimé. Un composant actif, tel que la pastille 24 formant un transistor à effet de champ, est mis en place dans l'ouver- ture du substrat fini représenté sur la figure 5. Il est également possible de monter d'autres éléments de circuit, tels que des connecteurs ou d'autres dispositifs utilisés sur des substrats dans les ouvertures comme celle désignée par 22 sur la figure 6. Comme mentionné précédemment, des fils de connexion sont disposés entre différentes électrodes sur la pastille 24 et le circuit imprimé porté par le substrat fini. Le fil 26 établit ainsi une connexion entre la pastille 24 et le conducteur 64 du circuit imprimé, tandis que le fil 27 établit une connexion entre la pas- tille 24 et le conducteur 62. On comprendra que la figure 6, décrite dans ce qui précède, correspond à une partie de la coupe suivant la ligne 6-6 de figure 5 et montre à plus grande échelle une partie du circuit fini de cette dernière figure. 5 6 9 16 Bien que les ouvertures créées selon l'invention dans un substrat conviennent particulièrement pour y insérer des pastilles formant un ou plusieurs composants actffs, comme décrit en référence aux figures 5 et 6, il va de soi que de telles ouver- tures peuvent également être utilisées pour y loger d'autres élé- ments, sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I ONS 1. Procédé pour fabriquer d'un matériau pour substrats (oxyde de béryllium ou aluminium par exemple) un ou plusieurs substrats (20) isolants qui présentent chacun au moins une ouverture traversante (22), caractérisé en ce qu'il comprend: a. le creusement d'une ou de plusieurs rainures (32) dans une face latérale (34) d'un premier barreau (10) de ce matériau; b. la métallisation (36) de cette face rainurée; c. la métallisation d'une face latérale (42) d'un second barreau (40) de ce matériau; et d. l'assemblage des deux barreaux par leurs faces métallisées (36, 42),de manière que chaque rainure devienne une ouver- ture (50) s'étendant entre la surface supérieure et la surface inférieure des barreaux assemblés, si bien que lorsque le substrat est formé par ces barreaux assemblés, un circuit imprimé (60, 62, etc.) peut être formé sur la surface supérieure ou la surface inférieure des barreaux assemblés et l'autre surface des barreaux assemblés peut être métallisée et reliée à un septum (58) formé par les faces métallisées des barreaux. 2. Procédé selon la revendication 1, et comprenant en outre, après (d), la découpe des barreaux assemblés (52), perpen- diculairement aux ouvertures (50), en deux ou davantage de tranches ou plaques de substrat, de sorte que la surface supérieure ou la surface inférieure de chaque plaque ainsi obtenue peut être pourvue d'un circuit imprimé et que l'autre surface peut être métallisée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre, après (d) selon la revendication 1, la découpe du substrat, ou de chaque plaque de substrat, parallèlement aux ouvertures (50), de manière que chaque substrat obtenu par cette découpe présente au moins une ouverture (50). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, o chaque substrat formé est doté d'un circuit électronique imprimé qui comporte une pastille (24) formant un ou plusieurs com- posants actifs, le procédé comprenant en outre l'installation de cette pastille dans une ouverture (50) et la réalisation de connexions (26, 27) entre la pastille et des éléments du circuit imprimé.