Brevet FR2613536A1 — publié le 19881007

SUBSTRAT POUR CIRCUIT CONDUCTEUR MULTICOUCHE La présente invention se rapporte à un substrat pour circuit conducteur multicouche. Un exemple de susbtrats conventionnels pour circuit conducteur multicouche est décrit dans le brevet U.S. No. 4 245 273. Dans le susbstrat proposé dans le brevet U.S., un jeu de plans 58, 60 et 64, conducteurs de signaux, avec des couches isolantes céramiques insérées entre eux sont pris en sandwich entre des plans 54 et 56 de mise à la masse. Les plans 54 et 56 de mise à la masse sont prévus pour éliminer la diaphonie entre les lignes conductrices de signaux qui se trouvent dans les plans 58, 60 et 64 conducteurs de signaux et pour rendre uniformes les impédances caractéristiques des lignes. L'impé- dance caractéristique Z0 d'une ligne conductrice de signal est donnée par Z0 = (Lo/Co)1/2 o L0 et C0 désignent l'inductance et la capacité de la ligne conductrice du signal, respectivement. Le retard T de propagation du signal de la ligne est o 1/' donné par T0 = (Lo/Co)''. La capacité de la ligne conductrice du signal C0 est proportionnelle à la constante diélectrique ú des couches isolantes qui sont en contact aveclaligne, le retard TO0 de propagation du signal est donc oportionnel à (E)12. Etant donné que le retard 0 est le temps nécessaire pour qu'une impulsion électrique soit transmise le long du chemin du signal, il est préférable qu'il soit aussi bref que possible. Par conséquent, il est favo- rable que la valeur de la constante diélectrique E soit faible. D'un autre côté, une valeur souhaitable de l'impédance caractéristique Z0 va de 40 à 80 ohms. Elle dépend fortement de la largeur de la ligne conductrice du signal et de la constante diélectrique des couches isolantes. Etant donné que la largeur de la ligne est limitée par la résistance nécessaire, en courant continu, de la ligne conductrice du signal et par la densité des lignes conductrices du signal par unité de surface, il est difficile de choisir librement la largeur de la ligne. En outre, du fait que la constante diélectrique est déterminée par le matériau isolant utilisé, il est difficile de choisir librement la valeur de l'impédance caractéris- tique Z0. Un but de l'invention est donc de proposer un substrat pour un circuit conducteur multicouche qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon un aspect de l'invention, on propose un substrat pour circuit conducteur multicouche qui comporte: une pluralité de couches de circuit conducteur stratifiées; une pluralité de couches isolantes pour réaliser une isolation entre lesdites couches de circuit conducteur; et une pluralité de cavités prévues à l'intérieur d'au moinsl'une desdites couches isolantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit prise en liaison avec les dessins joints sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une réali- sation de l'invention; et les figures 2A à 2C sont des vues en coupe pour illustrer le procédé de fabrication d'un substrat représenté sur la figure 1. Sur ces dessins, les mêmes repères désignent respectivement les mêmes éléments de structure. En se reportant à la figure 1, une réalisation de l'invention comporte des couches 11 et 13 de mise à la masse formées dans un substrat 1, une première et une seconde couches 12a et 12b de circuit conduc- teur de signaux, des couches isolantes 19 pour isoler l'une de l'autre les couches de mise à la masse et les couches conductrices de signaux, ainsi que des cavités 18 prévues à l'intérieur des couches isolantes 19. Une couche 15, conductrice de signaux, de surface est prévue sur la surface supérieure du substrat 1, tandis qu'une couche 16, conductrice de signaux, de surface est prévue sur sa surface inférieure. Les couches 15 et 16 sont reliées aux autres couches conductrices de signaux par des trous métallisés 17. Les couches 15 et 16 agissent comme points de soudage pour la liaison avec des conducteurs des circuits intégrés grande échelle (LSI) (non repré- sentés) et comme pastilles pour des broches d'entrée /sortie, respectivement. Le substrat 1 comporte une couche 14 d'alimentation puissance en plus des couches 11, 13, 12a et 12b. Les couches 11, 13 et 14 sont fabriquées sous forme de mailles à travers lesquelles pénètrent les trous métallisés 17. On choisit la direction du tracé des lignes conductrices des signaux qui constituent la couche 12a de circuit conducteur des signaux de façon qu'elle soit perpendiculaire à celle des lignes conductrices des signaux de la couche- 12b de circuit conducteur des signaux. Les couches isolantes 19 sont fabriquées en céramique vitreuse dont la portion principale est l'alumine. Les cavités 18 sont disposées à des distances correspondant à la configuration maillée des couches 11 et 13 de mise à la masse. L'épaisseur de la couche isolante entre les couches 11 et 12a et l'épaisseur de la couche isolante entre les couches 13 et 12b est d'environ 300 microns ( um), tandis que la forme des cavités 18 est un cube dont l'un des côtés a une longueur d'environ 150 um. Le rapport de volume de la totalité des cavités 18 à la totalité de la couche isolante située entre les couches 11 et 13 est d'environ 20%. Dans ce cas, la constante diélectrique relative apparente de la couche isolante contenant les cavités est donnée par E -1 2 E1 + 4E2 o E1 et c2 désignent les constantes diélectriques relatives de la couche isolante et des cavités, respectivement. Du fait E et et c2 valent approximati- vement 9 et 1, x 9 x 1 45 = - = 3,5 9 + 4 13 Le substrat 1 est fabriqué par le procédé dit de la feuille verte tel que décrit dans le brevet U.S. No. 4 324 367. On mélange tout d'abord un système de poudre d'aluminium et de poudre de verre de borosi- licate de plomb dans un rapport de poids de 1:1. Les deux types de poudre ont une granulométrie moyenne allant de 1 à 10 um. On mélange un liant organique tel que le polyvinylbutyral (PVB) et un solvant tel que le butylcarbitol avec la poudre mélangée, puis on agite jusqu'à obtenir un coulis. On coule ensuite le coulis sur un film de polyester sous une épaisseur constante au moyen d'une technique de rAclage. On fait ensuite sécher le coulis avec le résultat que l'on obtient sur le film de polyester une feuille verte dont l'épaisseur est 100 Wm. On enlève ensuite du film polyester la feuille verte et on la coupe en pièces de dimension convenable dans lesquelles on perce les trous traversants nécessaires au moyen d'un perforateur de trous traversants. Comme représenté sur la figure 2A, des trous traversants 31 de section circulaire sont percés à travers quatre feuilles vertes 19A, 19B, 19C et 19D. On perce également à travers les feuilles 19B et 19C des trous traversants 32 de section rectangu- laire. Les trous 31 ont un diamètre de 130 Ujm tandis qu'un côté de chacun des trous 32 a une longueur de 175 um. Les feuilles ont une épaisseur de lim. Ensuite, comme représenté sur la figure 2B, on extrude dans les trous traversants 31 une pâte 33 électriquement conductrice par le procédé de la sérigraphie. La pâte conductrice est composée d'or, d'argent ou d'un alliage argent-palladium. La pâte organique 34 est extrudée dans les trous traversants 32 par le procédé de sérigraphie. La pâte organique 34 est constituée d'alcool de polyvinyle ou d'éthyl- cellulose qui brûle dans l'air sans résidu. Ensuite, comme représenté sur la figure 2C, on stratifie les feuilles 19A, 19B, 19C et 19D avec d'autres feuilles (non représentées pour commodité de l'illustration) au moyen d'une machine à strati- fier, après positionnement des feuilles. On applique aux feuilles stratifiées une température et une pression convenables au moyen d'une machine à presser pour lier mutuellement les feuilles vertes pour donner un substrat stratifié monolithique. On fait ensuite chauffer le substrat stratifié pour obtenir l'éva- cuation du liant et la coalescence des particules de verre. En même temps, on chauffe la pâte organique 34 pour obtenir les cavités 18. L'évacuation de la pâte organique par chauffage se produit en dessous de 500 C. Lorsque la température atteint 900C, les particules de verre qui sont dans les feuilles stratifiées réagissent avec les particules d'alumine qui y sont pour fondre mutuellement et se convertir en une céramique vitreuse par cristallisation. Simultanément, après que la pâte organique a brûlé, on soumet la pâte conductrice 33 au frittage simul- tané des particules métalliques pour donner la couche métallique dense. Bien que, dans la réalisation, mentionnée ci-dessus, de l'invention, les couches isolantes 19 soient fabriquées en céramique vitreuse, elles peuvent l'être en résine organique. Si, par exemple, on utilise un polyimide de constante diélectrique 3.5, avec les mêmes dimensions physiques que sur la figure 1, la constante diélectrique apparente est donnée par, x 3,5 ú = 3t5 + 4 2,3 ce qui constitue une amélioration significative en comparaison du cas de la céramique vitreuse. Comme expliqué ci-dessus, selon l'invention, des cavités sont disposées entre une couche de mise à la masse et une couche de circuit conducteur de signaux pour diminuer la constante diélectrique apparente d'une couche isolante qui se trouve entre elles, avec le résultat que le retard de propagation du signal est raccourci et que l'impédance caractéris- tique Z0 peut facilement s'ajuster. Bien que la présente invention ait été décrite en liaison avec sa réalisation préférée, il sera facile à l'homme de l'art de mettre la présente invention en pratique de différentes autres façons. REVENDICATIONS 1. Substrat pour circuit conducteur multicouche, caractérisé en ce qu'il comporte: une pluralité de couches de circuit conducteur stratifiées (11, 13,12a,12b); une pluralité de couches isolantes (19) pour réaliser une isolation entre lesdites couches de circuit conducteur; et une pluralité de cavités (18) prévues à l'inté- rieur d'au moins l'une desdites couches isolantes. 2. Substrat pour circuit conducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs desdites couches de circuit conducteur adjacentes auxdites cavités (18) sont des couches de mise à la masse (11,13). 3. Substrat pour circuit conducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des couches isolantes contenant lesdites cavités est fabriquée en un matériau céramique. 4. Substrat pour circuit conducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des couches isolantes contenant lesdites cavités est fabriquée en polvimide.