Brevet FR2614168A1 — publié le 19881021

La présente invention se rapporte, a'.e -an.ère générale, aux dispositifs à circuits électroniques et à un procédé pour fabriquer de tels dispositifs dans lesquels un certain nombre d'éléments semi-conducteurs montés sur un substrat sont interconnectés par un câblage à couches multiples. Les procédés connus pour former le tracé des câblages consistent: 1) à appliquer une feuille de cuivre sur un substrat verre-époxyde et à dissoudre cette feuille de cui- vre à l'aide d'un agent chimique, c'est-à-dire, à la "déca- per", pour former un circuit imprimé, par exemple; 2) à former une couche conductrice et une cou- che isolante sur le substrat par. un procédé d'évaporation sous vide ou par un procédé de puivérisation anodique, puis à produire le tracé des circuits par un procédé de décapa- ge chimique; 3) à former le tracé par sérigraphie en utili- sant une pâte épaisse; ou autrement. Lorsqu'on utilise ces techniques connues pour interconnecter un certain nombre d'éléments semi-conducteurs montés sur un substrat, on dispose ces éléments sur un subs- trat sur lequel le dessin du câblage a été préalablement formé. Ensuite, on a recours à un procédé de liaison pour relier les éléments semi-conducteurs au tracé de câblage. Il est également connu de noyer ou d'enterrer un certain nombre d'éléments semi-conducteurs dans un substrat de ré- sine en s'arrangeant pour que les électrodes des éléments semiconducteurs soient - découvertes pratiquement dans le plan du substrat de résine. Ensuite, les éléments semi-conduc- teurs sont directement connectés par le câblage. Ce procédé offre l'avantage de produire des structures plus minces du fait que la fixation des conducteurs n'est plus nécessaire. Toutefois, lorsque l'on a recours aux procédés 1) et 2) ci-dessus pour former des tracés de câblage, on se heurte aux difficultés suivantes f =:t que les tracés de câblage doivent être formés sur des éléments semi-conduc- teurs sur lesquels les éléments semi-conducteurs sont déjà placés. Il en résulte que les agents de décapage risquent d'endommager les éléments semi-conducteurs. De plus, puisque la structure résultante doit être nettoyée afin d'en élimi- ner les résidus, le procédé de fabrication devient compliqué. Par ailleurs, le procédé 3) nécessite une cuisson à haute température après l'impression sérigraphique avec une pâte épaisse. Dans ce cas, la température élevée de la cuisson risque aussi d'endommager les éléments semi-conducteurs. Ces difficultés augmentent encore avec le nombre de couches de câblage. On voit donc que dans ces techniques classiques les éléments semiconducteurs risquent d'être endommagés par l'agent de décapage ou par la température élevée quand on interconnecte ceux-ci avec le câblage multicouches après que ces éléments semi-conducteurs ont été montés sur le substrat. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif à circuits électroniques et un procédé pour fabriquer un tel dispositif avec un câblage multicouches, sans endommager les éléments semi- conducteurs auparavant montés sur le substrat. Selon la présente invention, un procédé pour fabriquer un dispositif à circuits électroniques consiste à appliquer une première pellicule photosensible sèche sur un substrat sur lequel un certain nombre d'éléments semi- conducteurs ont été formés; à former des premières ouver- tures dans les parties de ladite première pellicule photo- sensible sèche correspondant aux électrodes desdits éléments semiconducteurs; à remplir lesdites ouvertures avec une matière conductrice; à former des premiers tracés de câbla- ge conducteurs sur ladite première pellicule photosensible sèche de manière à contacter sélectivement ladite matière conductrice dans lesdites premières ouvertures; à appli- quer une couche de résine pzhc-cosensible sur ladite première pellicule photosensible et sur lesdits premiers tracés de câblage;'. à superposer une seconde pellicule photosensible sèche sur ladite couche de résine photosensible; à former des secondes ouvertures dans ladite seconde couche photo- sensible sèche et dans ladite couche de résine photosensible; à remplir lesdites secondes ouvertures avec une matière conductrice; et à former des seconds tracés de câblage sur ladite seconde pellicule photosensible sèche de manière à contacter sélectivement la matière conductrice présente dans lesdites secondes ouvertures. La résine photosensible utilisée peut être un liquide couché sur l'ensemble et peut avoir la même compo- sition que les pellicules sèches. La matière conductrice peut aussi être utilisée sous la forme d'une résine pâteuse renfermant une poudre métallique et elle peut être appli- quée par sérigraphie. L ':nvenzon sera mieux comprise à la lumière de la description suivante, faite en regard du dessin annexé, dont les figures 1 à 5 sont des vues schématiques en coupe illustrant le procédé pour fabriquer un dispositif à cir- cuits électroniques conforme à un mode de réalisation de l'invention. Sur le dessin, on voit un substrat isolant 1 fait d'une résine thermoplastique, de préférence; parmi ces résines, les préférées sont les polycarbonates, les polysulfones, les polyéthylènetéréphthalate et similaires. Un certain nombre d'éléments semi-conducteurs 2, par exemple, des "puces" électroniques, sont insérés dans les trous du substrat 1, trous qui sont plus grands que les éléments semi- conducteurs 2. La surface du substrat 1 et celle des élé- ments semi-conducteurs 2', qui supportent des électrodes 3 (cosses d'entrée et de sortie) sont situées pratiquement dans un même plan. On fixe ensuite les éléments semi-conduc- teurs 2 dans les trous du substrat de résine 1, en provo- quant un retrait de la résine thermoplastique par un procé- dé de pressage à chaud. Comme le montre la figure 2, une première pelli- cule photosensible sèche à base de résine acrylique est ensuite appliquée à une température de 80 C sur la surface du substrat de résine 1 et sur les éléments semi-conducteurs 2. On expose et on développe cette pellicule photosensible sèche 4 et on y forme des ouvertures 5 correspondant aux électrodes 3 des éléments semi-conducteurs 2. Sur la figure 3, on voit qu'une pâte conductrice de l'électricité a été utilisée pour remplir les ouvertures 5 de la pellicule 4 et a été durcie à 800C. Il en résulte la formation des conducteurs 6. La pâte de cette résine conductrice contient une poudre métallique, par exemple, de la poudre de cuivre incorporée dans une résine, par exem- ple, dans une résine époxyde, phénolique ou de polyester. Ensuite, on forme les premiers tracés de câblage 7 sur la pellicule photosensible sèche 4 par une opération de séri- graphl5 avec la même pâte conductrice, suivie d'une cuisson de durcissement à 80 C. Ceci a pour résultat que les élec- trodes 3 des éléments semi-conducteurs 2 et les premiers tracés de câblage 7 sont -connectés par les conducteurs 6. Ensuite, comme le montre la figure 4, on appli- que une couche de résiné photosensible liquide 8, d'une épaisseur de 2 à 5 pm, par un procédé de couchage centrifuge, sur la pellicule sèche 4 et sur les tracés de câblage 7, puis séchée. La composition de la couche de résine photo- sensible 8 est, de préférence, la même que celle de la pellicule sèche 4, par exemple, acrylique. Ensuite, on superpose une seconde pellicule photosensible sèche 9, ayant, de préférence, la même composition, sur celle-ci. Sur la figure 5, on voit l'exposition de la seconde pellicule photosensible sèche 9 et de la couche de résine photosensible 8 pour former des ouvertures. On remplit ensuite ces ouvertures avec une pâte de résine con- ductrice de l'électricité que l'on durcit par un traite- ment thermique pour former les seconds conducteurs 10. Des seconds tracés de câblage 11 sont alors formés par séri- graphie en opérant avec la même pate de résine conductrice. On obtient ainsi un dispositif électronique comportant deux couches de tracés de câblage s'étendant sur un certain nom- bre d'éléments semi-conducteurs 2. SI l'on applique la seconde pellicule photosen- sible sèche 9 directement sur la première pellicule photo- sensible sèche 4 sans interposer la couche de résine photo- sensible 8, des bulles d'air se formeraient inévitablement entre la seconde pellicule photosensible sèche 9 et les premiers tracés de câblage 7, car l'épaisseur des premiers tracés de câblage 7 n'est que de 10 à 20 pm. Il en résulte que le révélateur peut entrer dans ces bulles d'air pen- dant l'exposition et le développement. De ce fait, la se- conde pellicule photosensible sèche 9 risque de se décoller de la surface de la première pellicule photosensible sèche 4, et il devient difficile de former les seconds tracés de câblage 11. C'est la raison pour laquelle la présente in- vention prévoit d'appliquer la seconde pellicule photosen- ' sible sèche 9 à chaud sur la couche de résine photosensible 8. Etant donné que la couche de résine photosensible 8 ni- velle les inégalités de la surface sur laquelle la pelli- cule 9 est appliquée, elle évite la formation de ces bulles d'air. Il devient alors facile de former les seconds tra- cés de câblage 11. Lorsqu'il n'y a qu'une seule couche de résine photosensible 8 sans la seconde pellicule photosensible sèche 9, il est difficile de couvrir complètement la surfa- ce des premiers tracés de câblage 7. Etant donné que la couche de résine photosensible 8 ne peut pas être appliquée avec une épaisseur supérieure à 2 - 5 jum, des trous d'épin- gle se forment dans cette couche de résine 8. Or, ces trous d'épingle provoquent des court-circuits entre les deux tracés de câblage 7 et 11. En conséquence, la couche de résine photosensible seule ne peut pas assurer de manière satisfai- sant l'isolation des tracés de câblage. Ce problème pourrait aussi être résolu en formant une couche de résine photosen- sible 8 et une seconde pellicule photosensible sèche 9. La température à laquelle les pellicules photo- sensibles sèches sont appliquées et à laquelle on durcit la pâte de résine conductrice est d'environ 80 C. Cette température est sensiblement inférieure à la température de cuisson de la couche de pâte épaisse (qui est d'environ 900 C). Ceci a pour résultat d'éviter que les éléments semi- conducteurs soient endommagés. L'invention n'implique aucune opération de dé- capage de métal puisque les tracés de câblage sont produits par sérigraphie, En conséquence, les éléments semi-conduc- teurs ne sont pas endommagés et aucun résidu n'est produit comme c'est généralement le cas avec les procédés de dé- capage de métaux.. Un dispositif à circuits électroniques conforme à l'invention comprend un substrat isolant supportant un certain nombre d'éléments semi-conducteurs dont chacun a une surface supportant des électrodes placées sensiblement dans le. même plan que la surface du substrat, une couche isolante sur cette surface du substrat et qui couvre les- dites surfaces des éléments, ladite couche étant percée d'ouvertures s'étendant aux électrodes, une matière conduc- trice remplissant lesdites ouvertures afin de constituer des conducteurs et des tracés de câblage disposés en deux couches séparées et sélectivement connectés auxdits conduc- teurs. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et représen- té. On pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir pour cela du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I ONS l - Dispositif à circuits électroniques qui comprend un substrat isolant supportant un certain nombre d'éléments semi-conducteurs dont chacun a une surface sup- portant des électrodes placées sensiblement dans le même plan que la surface du substrat, une couche isolante sur cette surface du substrat et qui couvre lesdites surfaces des éléments, ladite couche étant percée d'ouvertures s'éten- dant aux électrodes, une matière conductrice remplissant lesdites ouvertures afin de constituer des conducteurs et des tracés de câblage disposés en deux couches séparées et sélectivement connectés auxdits conducteurs. 2 - Dispositif à circuits électroniques selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits tracés de câblage sont disposés dans une couche sur ladite couche isolante et en ce qu'une seconde couche isolante couvre ledit tracé de câblage, ladite seconde couche étant percée d'ouvertures ou de passages qui s'étendent au premier tra- cé de câblage, une matière conductrice remplissant lesdites ouvertures afin de former des conducteurs, cependant qu'un second tracé de câblage est disposé dans une couche sur ladite seconde couche isolante et est sélectivement connecté auxdits conducteurs. 3 - Dispositif à circuits électroniques selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite seconde couche isolante comprend une couche de résine photosensible, située sur le premier tracé de câblage, et une seconde pelli- cule photosensible sèche s'étendant sur la couche de résine photosensible. 4 - Dispositif à circuits électroniques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments semi-conducteurs sont noyés ou enter- rés dans le substrat. - Procédé pour fabriquer un dispositif à cir- cuits électroniques qui consiste à appliquer une première pellicule photosensible sèche sur un substrat sur Iequel un certain nombre d'éléments semi-conducteurs sont formés; à percer des premières ouvertures dans les parties de lad-ze première pellicule photosensible sèche correspondant aux électrodes desdits éléments semi-conducteurs; à remplir lesdites premières ouvertures avec une matière conductrice; à former des premiers tracés de câblage conducteurs sur ladite première pellicule photosensible sèche de manière à contacter sélectivement ladite matière conductrice dans lesdites premières ouvertures; à appliquer une couche de résine photosensible sur ladite première pellicule photo- sensible et sur lesdits premiers tracés de câblage; à su- perposer une seconde pellicule photosensible sèche sur la- dite couche de résine photosensible; à percer des secondes ouvertures dans ladite seconde pellicule photosensible sèche et ladite couche de résine photosensible; à remplir lesdites secondes ouvertures avec une matière conductrice; et à for- mer des seconds tracés de câblage sur la seconde pellicule photosensible sèche de manière à contacter sélectivement ladite matière conductrice dans lesdites secondes ouvertures. 6 - Procédé pour fabriquer un dispositif à cir- cuits électroniques selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits éléments semi-conducteurs sont noyés ou enterrés dans ledit substrat. 7 - Procédé pour fabriquer un dispositif à cir- cuits électroniques selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une des surfaces de chaque élément semi-conduc- teur est placée sensiblement dans le même plan qu'une sur- face du substrat. 8 - Procédé pour fabriquer un dispositif à cir- cuits électroniques selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 7, caractérisé en ce qu'on remplit lesdites ou- vertures avec une pâte conductrice. 9 - Procédé pour fabriquer un dispositif à cir- cuits électroniques selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 8, caractérisé en ce que les étapes pour former les tracés de câblage comprennent une phase consistant à appliquer une pâte conductrice par sérigraphie. - Procédé pour fabriquer un dispositif à circuits électroniques selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 9, caractérisé en ce que pour former les ouver- tures on expose ladite pellicule photosensible sèche avec un négatif correspondant auxdites ouvertures, puis on dé- veloppe ladite pellicule photosensible. ll - Procédé pour fabriquer un dispositif à circuits électroniques selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 10, caractérisé en ce que pour les étapes de couchage et pour ladite étape d'application on utilise des matières ayant la même composition.