Brevet FR2584259A1 — publié le 19870102

La présente invention se rapporte à un substrat céramique multicouche comportant un circuit et, plus particulièrement, à un substrat céramique comportant un réseau conducteur imprimé de fine configuration. Des substrats céramiques multicouches comportant un circuit sont formés de plusieurs couches de céramique en forme de ruban qui sont laminées ensemble. Chaque couche comporte un réseau conducteur et des connexions ou des trous. Après l'alignement des couches et un frittage à haute température, on obtient un substrat céramique modulaire comportant des circuits. Un substrat céramique est un substrat compact, fiable et efficace à interconnexion électrique tridimensionnelle. Sur l'une ou sur les deux faces apparentes du substrat, on réalise des circuits conducteurs et des emplacements pour des chips ou autres composants électriques. On relie ces circuits extérieurs ou ces emplacements qui sont électriquement connectés au câblage interne du substrat, à un ou plusieurs chips ou autres composants électriques. La qualité principale des substrats céramiques comportant un circuit est leur caractère compact. Les substrats céramiques répondant à la demande du marché présentent des réseaux extérieurs conducteurs et des emplacements pour des broches extrêmement petits. En outre, le positionnement et l'espacement des emplacements doivent être rigoureusement connus et fidèlement reproductibles, de façon à pouvoir aisément connecter au substrat sans aucun ajustement complémentaire des appareils externes pour tests, des chips et analogues, qui présentent une configuration fixe des broches. La fabrication de substrats céramiques comporte la réalisation des conducteurs électriques et des connexions sur des rubans céramiques non cuits appelés plaquettes vertes. Les plaquettes céramiquesvertes sont empilées et laminées pour obtenir un assemblage modulaire de substrat non cuit comportant des circuits. Ledit assemblage laminé de plaquettes vertes et de conducteurs électriques est ensuite soumis à la cuisson à des températures de 1400 à l6000C pour une période de 6 à 40 heures. A la suite de ce traitement, les plaquettes rétrecissent en dimension d'environ 15%, de sorte que la position finale et l'espacement des conducteurs et des connexions est seulement prévisible à plus ou moins 1%. L'espacement entre les broches de certains chips et des appareil de mesure exige une plus grande précision, ce qui nia pas été réalisé jusqu'à présent. La présente invention à pour objet un procédé de fabrication d'un substrat céramique multicouche comportant une fine configuration de réseau conducteur extérieur, qui est caractérisé par les étapes suivantes: - on soumet à la cuisson plusieurs plaquettes céramiquesvertes dont les faces sont munies de réseaux intermédiaires conducteurs et d'intercon nexions pour former un substrat céramique modulaire multicouche ayant une face supérieure qui est munie de connexions extérieures de sortie, - on réalise sur ladite face supérieure plusieurs plots de contact qui sont répartis sur ladite face aux endroits correspondant aux coor données d'un système de coordonnées de fine configuration, certaines connexions extérieures de sortie étant reliées électriquement aux cer tains plots respectifs de contact, chaque plot. étant suffi samment grand pour assurer le contact électrique avec sa connexion respective, quelle que soit la variation de l'espacement de ces connexions extérieures subie lors du retrait dudit substrat au cours de la cuisson, - on revêt la face supérieure d'une couche isolante présentant des inter ruptions découvrant une portion desdits plots pour assurer le contact électrique, et - on réalise un réseau conducteur sur ladite couche isolante et on con necte sélectivement certains conducteurs aux certaines portions décou vertes des plots de contact. Ainsi, on soumet à la cuisson un certain nombre de plaquettes céramiques non cuites, qui sont pourvues de réseaux conducteurs intermédiaires et de connexions, de façon à réaliser après la cuisson un substrat céramique modulaire multicouche présentant sur sa face supérieure plusieurs connexions extérieures de sortie. Sur la face supérieure on forme des plots de contact. L'emplacement exact des plots de contact correspond aux coordonnées ou aux intersections d'une grille d'un système de coordonnées de fine configuration. Certaines connexions sont recouvertes par des plots et connectées électriquement par conséquence à certains plots de contact. Chaque plot de contact est suffisamment grand pour assurer son contact avec sa connexion respective, quel que soit l'espacement final entre les connexions, car le degré de retrait de plaquettes non cuites ne peut être déterminé avec précision. Sur la face supérieure du substrat céramique, on forme un revêtement isolant comportant des interruptions en pointillé à travers la couche isolante. Chaque interruption découvre une portion centrale du plot de contact respectif pour assurer le contact électrique avec le plot. Finalement, on réalise des conducteurs sur la couche isolante qui sont sélectivement connectés aux certains plots à travers les interruptions dans la couche isolante. Les plots de contact, la couche isolante et le réseau conducteur peuvent être imprimés sur le substrat à l'aide de masques. Selon une forme de réalisation avantageuse, on procède à la post-cuisson du substrat après chaque opération d'impression Pour l'impression des plots, de la couche isolante et des conducteurs, on utilise un facteur de grossissement de 1000 Le substrat céramique peut être fait en alumine ou en oxyde de béryllium. La structure des conducteurs est de préférence obtenue par métallisation au molybdène-manganèse. La cuisson des plaquettes céramiques vertes provoque un retrait d'environ 15% pour une dimension finale qui est déterminée avec une précision de 1%. Les interruptions de la couche isolante sont espacées avec une précision d'au moins 0,0254 mm par rapport au système de coordonnées. De préférence, le substrat a la forme d'un rectangle, dont la largeur peut atteindre 171,45 mm et la longueur 254 mm. Avantageusement, les interruptions dans la couche isolante et les connexions extérieures de sortie ont la forme ronde de diamètre d'environ 0,203 mm, tandis que les plots de contact sont également ronds de diamètre d'environ 0,762 mm. L'invention a également pour objet le substrat céramique multicouche ccnpoRant une fine configuration de réseau conducteur obtenu par application du procédé sus-nommé et qui est caractérisé en ce qu'il comprend: - plusieurs plaquettes céramiques non cuites à ltorigine et qui ont subie ensemble la cuisson, dont les faces sont munies de réseaux conducteurs intérieurs et d'interconnexions, qui forment un substrat céramique mo dulaire ayant une face extérieure munie de plusieurs connexions ex térieures de sortie, - plusieurs plots de contact présents sur la face extérieure et qui sont répartis aux endroits correspondant aux coordonnées d'un système de coordonnées de fine configuration, chaque plot étant suffisamment grand pour assurer le contact électrique avec sa connexion extérieure respec tive, quelle que soit la variation de l'espacement de ces connexions extérieures subie lors du retrait au cours de la cuisson, - une couche isolante présentant des interruptions découvrant une portion d'un desdits plots de contact respectifs pour assurer le contact Clectrique,et - un réseau conducteur situé sur cette couche isolante et connecté sélec tivement aux certaires portions découvertes desdits plots de contact. Il est avantageux d'utiliser l'oxyde de béryllium pour la fabrication du substrat céramique, car son pouvoir de dissipation calorifique s1 élève jusqu'à 30 watts. On peut le former-comme boitier pour chips de haute densité nontés à plat. Le boitier pour chips peut présenter un espacement aussi faible que 0,381 mm. En variante, le substrat céramique peut se présenter comme un support pour détecteurs infrarouge, dispositifs CCD et analogues. Le substrat céramique peur également être utilisé comme bloc micro-ondes ou son support. Le substrat peut comporter un autre réseau de conducteurs formé sur la face du substrat opposée à sa face supérieure. En outre, chaque plaquette céramique à l'état non cuit peut comprendre une couche de ruban céramique d'épaisseur variant de 0,127 à 0,635 mm. D'autres particularités de l'invention apparaitront à la lumière de la description d'un mode de réalisation présenté à titre d'exemple et illus tré par les dessins, dont la figure 1 est une vue en coupe transversale selon 1-1 de la figure 2 du substrat selon l'invention et la figure 2 est une vue de dessus du substrat. Le substrat céramique 10 comprend plusieurs réseaux conducteurs intermé diaires 12 qui sont formés sur des plaquettes céramiques noh cuites laminées, non représentées. Les connexions 14 sont également r#alisées sur les plaquettes. Ces connexions 14 servent à assurer l'interconnexion entre les réseaux conducteurs intermédiaires 12. Des connexions extérieures 16 sont formées sur une plaquette extérieure non cuite, non représentée, pour assurer des contacts électriques avec le câblage interne consistant en réseaux conducteurs intermédiaires 12. Les plaquettes non cuites sont laminées ensemble à des températures élevées d'environ 1400-1600 C pour réaliser un corps céramique solide 18 qui dépasse en hauteur la distance désignée par la flèche 20. On notera que l'épaisseur du corps céramique est nettement exagérée sur le dessin pour faciliter la compréhension. Aux connexions extérieures 16 doivent être connectés un réseau conducteur et des plots auxquels seront reliés des appareils de mesure, des chips ou des éléments similaires. Toutefois, étant donné la température élevée à laquelle s'effectue le traitement, le retrait des plaquettes non cuites peut atteindre 15% en largeur et en longueur et l'espacement d entre les plots ne peut pas être déterminé avec une meilleure précision que de 1%. Pour compenser l'incertitude au sujet de la position finale des connexions 16, on dispose de plusieurs grands plots de contact 22 qui recouvrent les connexions extérieures 16. Les positions de plots 22 correspondent au système de coordonnées 24 de fine configuration. Bien que la position relative des connexions extérieures 16 varie par rapport au centre 26 de plots de contact en raison de l'imprévisible espacement entre les connexions 16, dans le pire des cas s'il y a cumul, le déport d est tel, que le contact entre chaque connexion et son plot de contact respectif est toujours assure. Ensuite, pour réaliser une surface sur laquelle on pourra fixer des conducteurs, on forme une couche isolante 28 qui recouvre toute la su#rface du substrat céramique à l'exception de petites interruptions 30 pénétrant à travers la couche isolante. Les interruptions 30 sont de préférence rondes, leur diamètre est comparable à celui de connexions extérieures 16. En couvrant la majeure partie de la surface de plots 22, on obtient une plus grande surface sur laquelle seront formés les réseaux conducteurs 32 et les emplacements pour chips 34. Les réseaux conducteurs et les emplacements 34 peuvent être connectés aux plots de contact 22 se trouvant au dessous à travers les interruptions 30. Puisque des plots de contact 22, la couche isolante 28 et le conducteur extérieur 32, ainsi que les emplacements pour chips 34 sont formés après que le substrat principal a été soumis à la cuisson, la post-cuisson (frittage à température élevée) de ces structures situées sur le dessus du corps céramique n'a pas pour effet un retrait supplémentaire du corps céramique. Ainsi, l'espacement relatif entre ces structures peut être réalisé avec une grande précision. Selon l'invention, on obtient un réseau conducteur 32 et des emplacements pour chips 34 qui restent en alignement avec un système extérieur de #oor- données de fine configuration. Pour cette raison, les chips, l'appareillage de mesure, autres supports de chips ou élements similaires, dont on connait l'espacement des broches, peuvent être fixés de façon fiable à la base céramique dont le retrait est compensé. Selon les réalisations de l'objet de l'invention, on a obtenu des connexions et des interruptions dans la couche isolante mesurant 0,203 mm de diamètre et des plots de contact mesurant 0,762 mm de diamètre. Chaque plot de contact 22, la couche isolante 28, le conducteur 32 et la structure d'emplacement 34 ont été obtenus par impression au masque en utilisant un facteur de grossissement de 1000. Les conducteurs étaient préparés à partir de molybdène-manganèse et le substrat à partir de matériaux à base d'alumine ou de béryle. Les substrats céramiques selon l'invention ont trouvé application particulièrement avantageuse dans la fabrication de produits exigeant une très faible tolérance dimensionnelle des surfaces de dessus et de fond. Des lignes ultrafines et des espacements de 0,025 mm ont été obtenus au moyen du substrat céramique. La couche isolante protège le circuit contre contamination et sert de couche barrière, ce qui conduit à la réduction des surfaces nécessitant le recouvrement protecteur. Les substrats céramiques peuvent être utilisés comme modules-mères ou modules de reproduction ou des support pour chips de haute densité. Le substrat céramique peut également être utilisé comme support pour détecteurs infrarouge, des dispositifs CCD et analogues. De même, il peut servir de bloc micro-ondes et de substrat, s'il est en oxyde de béryllium, car il permet de maitriser les paramètres critiques électriques et thermiques et de dissiper la chaleur d'au moins 30 watts. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. Elle s'étend également à toutes les variantes à la portée de l'homme de l'art, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS. 1. Procédé de fabrication d'un substrat céramique multicouche comportant une fine configuration de réseau conducteur extérieur, caractérisé par les étapes suivantes: - on soumet à la cuisson plusieurs plaquettes céramiques non cuites dont les faces sont munies de réseaux intermédiaires conducteurs (12) et d'interconnexions (14) pour former un substrat céramique modulaire multicouche (18) ayant une face supérieure qui est munie de connexions extérieures de sortie (16), - on réalise sur ladite face supérieure plusieurs plots de con tact (22) qui sont répartis sur ladite face aux endroits corres pondant aux coordonnées d'un système de coordonnées (24) de fine configuration, certaines connexions extérieures de sortie (16) étant reliées électriquement aux certains plots (22) respectifs de contact, chaque plot étant suffisamment grand pour assurer le contact électrique avec sa connexion respective, quelle que soit la variation de l'espacement de ces connexions extérieures (16) subie lors du retrait dudit substrat au cours de la cuisson, - on revêt la face supérieure d'une couche isolante (28) présentant des interruptions (30) découvrant une portion desdits plots-(-22) pour assurer un contact électrique, et - on réalise un réseau conducteur (32) sur ladite couche isolante (28) et on connecte sélectivement certains conducteurs aux certaines por tions découvertes des plots de contact. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on imprime à l'aide de masques sur ledit substrat lesdits plots de contact (22), ladite couche isolante (28) et ledit réseau conducteur (32). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on procède à la cuisson du substrat après chaque opération d'impression. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération d'impression est réalisée avec un grossissement de 1000. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le substrat céra mique comprend l'oxyde d'aluminium. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le substrat céramique comprend l'oxyde de béryllium. 7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conducteur formé sur la couche isolante comprend une combinaison de molybdène et de manganèse. 8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cuisson desdites plaquettes céramiques crues provoque un retrait d'environ 15% pour une dimension finale dont la précision est déterminée à 1% près. 9. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites inter ruptions (30) de la couche isolante (28) sont espacées avec une pré cision d'au moins 0,0254 mm par rapport au système de coordonnées (24). 10. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit substrat céramique est substantiellement un rectangle, dont la largeur peut atteinre 171,45 mm et la longueur 254 mm; 11. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites inter ruptions (30) et lesdites connexions extérieures (16) de sortie ont la forme ronde de diamètre d'environ 0,203 mm, tandis que lesdits plots ~ de contact (22) sont également ronds de diamètre d'environ 0,762 mm. 12. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de réalisation desdites connexions et desdits-réseaux intermédiaires conducteurs (12) sur lesdites plaquettes vertes suivie de l'empilement et de l'alignement desdites plaquettes vertes et de la cuisson d'un tel empilage à une température de 1400 à 16000C. 13. Substrat céramique multicouche comportant une fine configuration de réseau conducteur obtenu par l'application du procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend: - plusieurs plaquettes céramiques vertes ayant subie ensemble la cuisson, et dont les faces sont munies de réseaux conducteurs intérieurs (12) et d'interconnexions (32),qui forment un substrat céramique modu laire (18) ayant une face extérieure munie de plusieurs connexions extérieures de sortie (16), - plusieurs plots de contact (22) présents sur la face extérieure et qui sont répartis aux endroits correspondant aux coordonnées d'un système de coordonnées (24) de fine configuration, chaque plot (22) étant suffisamment grand pour assurer le contact élec trique avec sa connexion extérieure (16) respective, quelle que soit la variation de l'espacement de ces connexions extérieures subie au cours du retrait dudit substrat au cours de la cuisson, - une couche isolante (28) présentant des interruptions (30) découvrant une portion d'un desditsplots (22) de contact respectifs pour assurer le.contact électrique; et - un réseau conducteur (32) situé sur cette couche isolante (28) et connecté sélectivement aux certaines portions découvertes desdits plots de contact. 14. Substrat céramique selon la revendication 13, caractérisé en ce que les dits plots de contact (22), ladite couche isolante (28) et ledit réseau conducteur (32) sont imprimés à l'aide de masques sur ledit sub strat. 15. Substrat céramique selon la revendication 14, caractérisé en ce que le substrat est soumis à une post-cuisson après chaque opération d'impression 16. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce que le substrat contient l'oxyde d'aluminium. 17. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce que le substrat contient l'oxyde de béryllium. 18. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit conducteur comprend une combinaison de molybdène et de manganèse. 19. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'espacement entre les portions découvertes des plots de contact est réalisé avec une précision d au moins 0,0254 mm 20. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est substantiellement rectangulaire, sa largeur peut attein-dre 171,45 mm et sa longueur 254. mm. 21. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce que les portions découvertes des plots de contact et les connexions extérieures de sortie ont la forme ronde de diamètre d'environ 0,203 mm, tandis que les pastilles de contact sont également rondes de dia mètre d'environ 0,762 mm. 22. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend un boitier pour chips dont l'espacement est de l'ordre de 0,381 mm. 23. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend un autre réseau de conducteurs formé sur la face du substrat opposée à la face supérieure. 24. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est en forme de support. 25. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc micro-ondes et son substrat en oxyde de béryllium. 26. Substrat céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce que chaque plaquette céramique crue comprend une couche de ruban céramique d'épaisseur variant entre 0,127 mm et 0,635 mm.