Brevet FR2636170A1 — publié le 19900309

La présente invention concerne un circuit intégré hybride dans lequel une plaque de cuivre est formée directement sur la face principaLe d'un substrat de céramique, ainsi qu'un procédé permettant de le fabriquer. Pour miniaturiser et alLéger des dispositifs éLectro- niques, on les a doté d'un circuit intégré hybride possédant un substrat de céramique fait par exemple d'alumine et une couche de câblage épaisse formée sur le substrat de céramique, par impression sérigraphique et cuisson. Egalement, avec l'augmentation de La densité d'intégration des circuits, on a mis au point des circuits intégrés hybrides possédant une couche d'isolation sur un substrat de céramique. La figure 2 représente un circuit intégré hybride selon la technique antérieure, dans lequel une épaisse couche de cuivre est formée sur un substrat de céramique. Le substrat de céramique 1 est fait par exemple d'alumine et l'épaisse couche de cuivre 2 est formée sur celui-ci. Une couche d'isolation 3 est formée sur la couche de cuivre épaisse 2, et une couche de câblage 4 est formée sur la couche isolante 3. On fabrique ce circuit intégré hybride de la manière suivante. D'abord, on dépose une pâte de cuivre conductrice sur le substrat de céramique 1 par impression sérigraphique, et on cuit en atmosphère d'azote, ce qui donne la couche de cuivre épaisse 2. Ensuite, on applique en impression une pâte isolante sur ladite couche de cuivre 2, et on cuit en atmosphère d'azote, de manière à former la couche isolante 3, puis on dépose en impression une pâte de cuivre conductrice sur ladite couche isolante 3 et on cuit en atmosphère d'azote, de manière à former la couche de ciblage 4. La pâte utilisée pour formeL la couche de cuivre épaisse 2 contient généralement de la poudre de cuivre, un véhicule organique, un solvant, etc., toutes ces substances étant mélangées ensemble. Lorsqu'on applique en impression cette pâte sur le substrat de céramique 1 et qu'on la cuit, des craquelures ou un gaz de réaction 5 se produisent à l'intérieur de la couche de cuivre épaisse 2, si bien qu'il se forme un vide à la jonction entre la couche de cuivre 2 et la couqhe isolante 3, ainsi que, ou bien, dans La couche isolante 3. Par conséquent, la tension admissible pour la couche 3 est faible, la résistance d'adhésion est petite, et un courtcircuit se produit. C'est pourquoi La couche isolante 3 ne joue pas suffisamment son rôle. "Hybrid Technology of New Generation", Electronic Material, (mai 1984), pages 51-60, publié par Kogyo Chosa Kai Publishing Co., Limited décrit un procédé permettant de faire adhérer directement une plaque de circuit en cuivre à un substrat de céramique par la technique DBC (cuivre en liaison directe) ainsi qu'un module de transistor formé par ce procédé. La demande de brevet japonais publiée sans examen (PUJPA) n 52-37914 décrit un procédé permettant de faire directement adhérer un métal à des céramiques ou à un autre métal. Un but de l'invention est de produire un circuit intégré hybride possédant une tension admissible élevée et une résistance d'adhésion améliorée, dans lequel on empêche la création d'un vide, ainsi qu'un procédé permettant de fabriquer celui-ci. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un circuit intégré hybride constitué par: un substrat de céramique, une plaque de cuivre d'une épaisseur de 1 à 100 pm que l'on forme en faisant adhérer un matériau de cuivre au substrat de céramique, une couche isolante d'une épaisseur de 10 à 100 pm formée sur la couche de cuivre par impression sérigraphique, et une couche de câblage d'une épaisseur de 5 à 80 pm que l'on forme sur la couche isolante par impression sérigraphique. Selon un deuxième aspect de L'invention, il est proposé un procédé permettant de fabriquer un circuit intégré hybride, qui comprend les opérations suivantes: chauffer un matériau de cuivre approximativement jusqu'ap point de fusion du cuivre en atmosphère non oxydante, de manière à former une plaque de cuivre d'une épaisseur de 1 à 100 pin qui est Liée à un substrat de céramique; appliquer une pâte isolante sur au moins une partie de la couche de cuivre par impression sérigraphique et cuire celleci en atmosphère non oxydante, de manière à former une couche isolante d'une épaisseur de 10 à 100 pm; et appliquer une pâte conductrice sur la couche isolante par impression sérigraphique, puis la cuire en atmosphère non oxydante, de manière à former une couche de câblage d'une épaisseur de 5 à 80 pm. La description suivante, conçue à titre d'ilLustration de l'invention, vise à donner une meilleures compréhension de ses caractéristiques avantages; elle s'appuie sur Les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en section droite montrant la partie essentielle du circuit intégré hybride selon un mode de réalisation de l'invention; et la figure 2 est une vue en section droite illustrant le circuit intégré hybride de la technique antérieure. Comme représenté sur la figure 1, le circuit intégré hybride est constitué d'un substrat de céramique 11, d'une plaque de cuivre 12, d'une couche isolante 13 et d'une couche de câblage 14, qui sont séquentiellement formées sur le substrat 11. Selon ce mode de réalisation, le substrat de céramique 11 est fait d'alumine. A la place de l'alumine, on peut utiliser du nitrure d'aluminium, du nitrure de silicium, de la magnésie, du nitrure de bore, etc.; toutefois, l'alumine possèdes des carac- téristiques préférables. La plaque de cuivre 12 présente une épaisseur d'environ pm. Il est souhaitable que la plaque 12 ait cette épaisseur; toutefois, une épaisseur de 1 à 100 pm est admissible. On limite l'épaisseur à l'intérieur de cet intervalle pour les raisons suivantes: une plaque de cuivre plus mince que 1 pm se forme difficilement sur le substrat; et une plaque de cuivre plus épaisse que 100 pm tend à présenter une surface irrégulière. On peut former la plaque de cuivre 12 sur toute la surface du substrat 11, ou bien la former de manièrb à réaliser une configuration, ou motif. La couche isolante 13 possède une épaisseur de 40 pm, mais une épaisseur de 10 à 100 pm est admissible. On forme la couche isolante 13 de la manière suivante: on applique par sérigraphie une pâte isolante contenant du verre de ZnO en poudre sur la plaque de cuivre 12 et on cuit à une température de 600 C en atmosphère d'azote. La couche.isolante 13 est faite à partir de la 2636 1 7 0 pâte isolante contenant du verre de ZnO en poudre; toutefois, le matériau n'est pas limité à cette pâte, et on peut également utiliser une pâte contenant SiO2 ou du titanate de calcium. La couche de câblage 14 possède une épaisseur de 20 pm, mais une épaisseur de 5 à 80 pm est admissible. On forme la couche de câblage 14 de la manière suivante: on applique par sérigraphie une pâte de cuivre conductrice sur la couche isolante 13 et on cuit à une température de 600 C en atmosphère non oxydante (par exemple en atmosphère d'azote, d'argon, etc.). La couche de câblage 14 est faite de cuivre; toutefois, la composition n'est pas limitée au cuivre. Selon le mode dé réalisation ci-dessus décrit, puisque le circuit intégré hybride comprend un substrat de céramique 11 fait d'alumine, une plaque de cuivre 12 formée par adhésion du matériau de cuivre au substrat de céramique 11, une couche isolante 13 formée sur la plaque de cuivre 12 par impression et une couche de câblage 14 formée sur la couche isolante 13 par impression, on empêche qu'il se forme un vide à la jonction entre la plaque de cuivre 12 et la pellicule isolante 13, et, ou bien, dans la pellicule isolante 13. En résultat, la pellicule isolante 13 possède une tension admissible, ou de maintien, élevée, la résistance d'adhésion de la plaque de cuivre 12 est améliorée, et on empêche le court-circuit. On va maintenant décrire en détail ci-dessous un procédé permettant de produire le circuit intégré hybride ci-dessus mentionné, sur la base du résultat d'une expérience. Tout d'abord, on place un matériau de cuivre sur un substrat de céramique 11 et on chauffe à une température de 1 065 C en atmosphère d'azote. En résultat, il sc forme sur le substrat de céramique 11 une plaque de cuivre 12 d'une épaisseur d'environ pm. On peut former La plaque de cuivre 12 autrement, par exemple en faisant déposer sur le substrat de céramique du cuivre vaporisé sous vide (dépot sous vide). Ensuite, on applique par sérigraphie sur la plaque de cuivre 12 une pâte isolante contenant du verre de ZnO en poudre, et on cuit à une température d'environ 600 C en atmosphère d'azote. En résultat, iL se forme sur la plaque de cuivre 12 une couche isolante 13 ayant une épaisseur de 40 pm. Ensuite, on applique par sérigraphie une pâte de cuivre conductrice sur la couche isolante 13 et on cuit à une température d'environ 600 C en atmosphère d'azote. En résultat, il se forme sur la couche isoLante 13 une couche de câblage 14 d'une épaisseur de pm. Comme décrit ci-dessus, La plaque de cuivre 12, la couche isolante 13 et la couche de câblage 14 sont séquentiellement formées sur le substrat de céramique 11, de manière à produire un circuit intégré hybride. Selon le mode de réalisation ci-dessus décrit, on chauffe un matériau de cuivre placé sur un substrat de céramique 11 à une température d'environ 1 065 C en atmosphère d'azote, de manière à former une plaque de cuivre 12 possédant une épaisseur d'environ pm. Après cela, on forme une couche isolante 13 d'une épaisseur de 40 pm, à partir d'une pâte isolante contenant du verre de ZnO en poudre, sur la plaque de cuivre 12. Par conséquent, il ne se produit pas de vide à la jonction entre la plaque de cuivre 12 et la couche isolante 13, et, ou bien, dans la couche isolante 13. Ainsi, la tension admissible de la couche isolante 13 augmente, la résistance d'adhésion de La plaque de cuivre 12 par rapport au substrat 11 est améliorée, et il ne se produit pas de court-circuit. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du circuit et du procédé dont La description vient d'être donnée à titre simplement iLlustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 263 6 1 7 0 REVENDICATIONS 1. Circuit intégré hybride, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat de céramique (11); une plaque de cuivre (12) d'une épaisseur de 1 à 100 pm que l'on forme en faisant adhérer un matériau de cuivre audit substrat de céramique; une couche isolante (13) d'une épaisseur de 10 à 100 pm que l'on forme sur ladite plaque de cuivre par sérigraphie; et une couche de câblage (14) d'une épaisseur de 5 à 80 pm que l'on forme sur ladite'couche isolante par sérigraphie. 2. Circuit selon La revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat de céramique est fait d'alumine, de nitrure d'aluminium, de nitrure de silicium, de magnésie ou de nitrure de bore. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche isolante est faite d'une pâte isolante contenant du verre de ZnO en poudre. 4. Procédé de fabrication d'un circuit intégré hybride, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: faire adhérer une plaque de cuivre d'une épaisseur de 1 à pNm à un substrat de céramique en chauffant la plaque de cuivre à une température qui approche le point de fusion du cuivre, en atmosphère non oxydante; appliquer par sérigraphie une pâte isolante sur au moins une partie de ladite plaque de cuivre, et cuire celle-ci en atmosphère non oxydante, de manière à former une couche isolante d'une épaisseurde 10 à 100; et appliquer par sérigraphie une pâte conductrice sur Ladite couche isolante, et cuire celle-ci en atmosphère non oxydante, de manière à former une couche de câblage d'une épaisseur de 5 à Nm. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que Ledit substrat de céramique est fait d'alumine, de nitrure 263617 0 d'aluminium, de nitrure de silicium, de magnésie ou de nitrure de bore. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couche isolante est faite d'une pâte isolante contenant du verre de ZnO en poudre.