Brevet FR2580135A1 — publié le 19861010

PROCEDE DE METALLISATION DES TROUS SERVANT DE LIAISONS ENTRE LES FACES D'UN SUBSTRAT EN COUCHE EPAISSE, SIMULTANEMENT A L'OPERATION DE SERIGRAPHIE. L'invention concerne un procédé pour effectuer une grande quantité de métallisations interfaciales ou parié- tales des trous ou cavités d'un substrat dans la technique des couches épaisses par sérigraphie, ledit substrat étant mainte- nu fixe par la création d'une dépression dans la chambre étan- che porte-substrat du dispositif de sérigraphie, la viscosité de la pâte conductrice ayant une valeur appropriée et l'aspi- ration de ladite pâte dans les trous et/ou cavités prépercés étant effectuée au moyen d'un appareil pouvant y établir un fort débit d'air sous faible dépression. La conception de circuits électriques sur tout substrat par la technique des couches épaisses implique de sa- voir réaliser des liaisons électriques multicouches et/ou in- terfaces fiables. Les progrès apportés dans l'usinage des trous par l'introduction du laser ont permis d'augmenter le nombre de trous par unité de surface dans de très grandes proportions, passant de 1 à 3 trous par cm2 à 4 à 10 trous par cm2, voire davantage. La réalisation d'interconnexions interfaciales nécessite une ou plusieurs métallisations successives des trous. On se limite habituellement à une métallisation par fa- ce. Le procédé de métallisation le plus simple con- siste à réduire la viscosité de la pâte à sérigraphier de fa- çon à faciliter son écoulement dans les trous en même temps qu'elle est étalée sur la surface du circuit sous l'action de la raclette, mais on se trouve très vite limité par des diffi- cultes d'enduction en surface. -2- Dans le procédé le plus couramment utilisé une dé- pression est créée à l'aide d'une pompe à vide dans une cham- bre étanche sous le substrat percé pendant l'opération de sé- rigraphie. La pâte pénètre ainsi dans les trous à faible débit par l'action d'une forte dépression qui sert également à tenir le substrat. La pénétration de la pâte est dépendante des pa- ramètres de la sérigraphie, du nombre et de la répartition des trous. Il s'avère que l'utilisation de cette dépression est insuffisante pour métalliser un grand nombre de trous par uni- té de surface. Un autre procédé plus fiable tel que celui men- tionné dans le préambule consiste à aspirer la pâte au moyen d'un fort débit d'air. Dans ce procédé connu par exemple du brevet allemand n 3 245 458, la sérigraphie du circuit et l'aspiration dans les trous sont réalisées en deux temps sépa- rés sur deux équipements différents. Pour pallier l'inconvénient d'une réalisation en deux opérations distinctes de la sérigraphie du circuit et des liaisons interfaces par métallisation des trous, le procédé de l'invention offre la possibilité d'effectuer les métallisa- tions sur la machine de sérigraphie elle-même et dans le même temps que l'impression de la pâte sur le substrat. Ce procédé est remarquable en ce que le fort débit d'air fourni par ledit appareil est envoyé dans la chambre étanche porte-substrat simultanément à l'opération de sérigra- phie pour transférer ladite pâte de l'écran de sérigraphie sur ledit substrat et pour provoquer son dép8t sur celui-ci et son nappage optimal sur les parois desdits trous et/ou cavités, en complément de l'action de la raclette du dispositif de séri- graphie. Ledit appareil utilisé pour faire circuler de l'air à fort débit et à faible dépression est une turbine à gaz à variateur de vitesse, les paramètres physiques de la veine d'air (vitesse et/ou débit) étant obtenus au moyen d'un équipement de mesure et de contr8le permanent comportant entre -3- autres sur le trajet de circulation d'air en amont de la tur- bine une sonde et son indicateur adaptés. La mesure desdits paramètres physiques permet le contrôle de l'enduction de la pâte dans l'épaisseur du subs- trat et la modification de sa viscosité selon les valeurs des autres paramètres de sérigraphie, la densité et la dimension des trous et/ou cavités dudit substrat0 Ainsi le procédé connu consistant à aspirer la pâ- te à sérigraphier dans les trous par de l'air à grande vitesse permet de métalliser un grand nombre de trous (15 au cm2) avec une bonne fiabilité. La réalisation simultanée selon l'invention de la sérigraphie de la pâte sur le substrat et de l'aspiration de la pâte dans les trous au moyen d'une turbine à gaz donnant un grand débit sous une faible dépression assure le transfert d'une grande quantité d'énergie disponible pour déplacer la pâte dans les trous et provoquer le nappage optimal des parois. La quantité d'encre transférée de l'écran sur le cir- cuit est ainsi accrue par complémentarité de l'action du gaz en mouvement à l'action normale de la raclette. En conséquen- ce, il est possible de choisir des tamis à mailles plus fines (325 mesh au lieu de 200) et donc d'augmenter la définition, c'est-à-dire le pouvoir de résolution des pistes et des lunu- les. La création et la mise en place d'un dispositif de contrôle des paramètres physiques de la veine d'air: cellule de mesure locale des vitesses (anémomètre) et/ou des débits (débitmètre) adaptée au dispositif d'aspiration et associée à un indicateur standard (colonne manométrique ou manomètre), permet à tout instant un réglage fin de ces paramètres par un système de fuite ajustable en fonction du nombre de trous et des paramètres de sérigraphie (paramètres de la machine et pa- ramètres de l'encre). Le contr8le précis de la vitesse et/ou du débit d'air permet l'établissement d'un abaque définissant les' -4 - réglages en fonction du nombre de trous à métalliser et de leurs diamètres. Enfin la mise en oeuvre du procédé est peu onéreu- se et s'adapte aisément à toute machine de sérigraphie en cou- che épaisse surtout si celle-ci est déjà équipée d'une chambre porte-substrat branchée sur un réseau de vide. La description suivante en regard des dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisâe. La figure 1 montre une vue en coupe verticale de la machine à s6rigraphier. La figure 2 représente une vue schâmatique de l'ensemble du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La machine à sérigraphier vue en coupe verticale sur la figure 1 comporte l'écran tamis 1 portant l'image du circuit à sérigraphier et disposé au-dessus de la chambre por- te-substrat 3. Le tamis 1 porte la pâte à sérigraphier 4 de- vant être étalée sur le substrat au moyen de la raclette 5. La face supérieure de la chambre porte-substrat 3 est constituée par le substrat percé 2 reposant sur la contreplaque 6 qui lui est adaptée. La contreplaque 6 est reliée par ses bords à une sortie 7 communiquant avec une pompe à vide non représentée. Selon l'invention la chambre à vide 3 est munie d'une sortie 8 reliée à une turbine à gaz non représentée pour l'aspiration d'air à grande vitesse. Au cours de l'opération de sérigra- phie, l'écran tamis 1 est descendu verticalement jusqu'à ce qu'il arrive au contact du substrat 2, tandis que la raclette est déplacée horizontalement de façon à étaler la pâte 4 sur le substrat 2 et à la faire pénétrer à l'intérieur des trous 9 prépercés dans le substrat. Le schéma général de principe de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comporte (fi- gure 2): - une turbine à gaz 10 à vitesse variable qui déplace l'air - 5 dans un tube de 30 mm de diamètre avec un débit de 4 10-2 m3.s-1 et sous une pression de 2 104 Pascal. - un système de fuite constante permanente 11 pour protéger le moteur de la turbine pendant les périodes o le débit est faible en amont (ce système est facultatif si le moteur de la turbine est équipé d'un circuit de refroidissement). - une vanne 3 voies 12 assurant la fonction marche-arrêt de l'aspiration de l'air à travers le substrat. Le fonction- nement de cette vanne peut être manuel lorsqu'elle doit être installée près de la machine à sgrigraphier. Elle sert alors à arrêter l'aspiration au niveau de la plaque porte-subs- trat. Le même fonctionnement peut être électrique si le système est logeable dans un local technique. Il est alors commandé depuis la machine de sérigraphie. - un système de fuite réglable 13 assurant l'adaptation de la vitesse (ou du débit) d'air en fonction du nombre de trous percés dans le substrat. - une cellule de mesure des pressions ou des vitesses 14, - un indicateur des pressions ou des vitesses 15: colonne manom9trique, manomètre ou indicateur adapté à la cellule de mesure 14. - une vanne 3 voies manuelle, ajustable 16 constituant un adaptateur du zéro de la cellule de mesure de pression. - la chambre porte-substrat étanche 17 sur laquelle la cana- lisation d'aspiration 18 est raccordée. Elle reçoit sur sa face supérieure le substrat à métalliser-19, substrat pr6percé que l'on pose en appui dans un logement de la chambre 17. - l'ensemble 20 de l'écran et de la raclette de la machine à sérigraphier. Les flèches en trait plein indiquent le sens d'écoulement d'air. La flèche en traits pointillés indique le sens du déplacement de la raclette. 258 135 Le bruit produit par le déplacement du fluide im- pose la nécessité de placer une partie du matériel de cette installation en galerie technique. Selon que la vanne 13 est à commande manuelle ou à fonctionnement électrique, les éléments de l'installation places en galerie technique sont situés à gauche du trait mixte 21 ou à gauche du trait mixte 22. Enfin du fait de l'augmentation du risque de con- tamination de la pâte par les poussières environnantes, il est indispensable de travailler en salle propre (classe supérieure à 10 000 U.S.). -7- REVENDICATIONS: 1. Procédé pour effectuer une grande quantité de mé- tallisations interfaciales ou pariétales des trous ou cavités d'un substrat dans la technique des couches épaisses par snri- graphie, ledit substrat étant maintenu fixe par la création d'une dépression dans la chambre étanche porte-substrat du dispositif de sdrigraphie, la viscositd de la pate conductrice ayant une valeur appropriée et l'aspiraton de ladite pâte dans les trous et/ou cavits pr6percés étant effectuée au moyen d'un appareil pouvant y Etablir un fort débit d'air sous fai- ble ddpression, caractdrisd en ce que le fort débit d'air fourni par ledit appareil est envoyé dans la chambre étanche porte-substrat simultandment à l'opération de sérigraphie pour transférer ladite pâte de l'écran de sérigraphie sur ledit substrat et pour provoquer son d6pSt sur celui-ci et son nap- page optimal sur les parois desdits trous et/ou cavits, en complément de l'action de la raclette du dispositif de séri- graphie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit appareil utilisé pour faire circuler de l'air à fort débit et à faible dépression est une turbine à gaz à va- riateur de vitesse, les paramètres physiques de la veine d'air (vitesse et/ou débit) étant obtenus au moyen d'un Équipement de mesure et de contrôle permanent comportant entre autres sur le trajet de circulation d'air en amont de la turbine une son- de et son indicateur adaptés. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mesure desdits paramètres physiques permet le con- tr8le de l'enduction de la pâte dans l'épaisseur du substrat et la modification de sa viscosité selon les valeurs des au- tres paramètres de sérigraphie, la densité et la dimension des trous et/ou cavités dudit substrat.