Brevet FR2643775A1 — publié le 19900831

Procédé de réalisation de lignes Qlectriquement conductrices sur substrat isolant et circuit hyperfréquence en comportant application L'invention concerne la réalisation de lignes conductrices sur un substrat isolant, et notamment sur un substrat en céramique. Elle trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans la réalisation de circuits électroniques constitués par un réseau de #lignes électriquement conductrices de forte épaisseur (supérieure à 0,2 pm environ) sur un substrat isolant en céramique. A l'heure actuelle, on sait réaliser des circuits hyperfréquence sur un substrat céramique ayant des propriétés diélectriques acceptables (substrat en alumine ou en silice en général) par photogravure de couches électriquement conductrices préalablement déposées par une technique sous vide, telle que l'évaporation sous vide et la pulvérisation cathodique. La mise en oeuvre de cette technologie est très coûteuse, car elle exige des équipements onéreux, fait appel à du personnel qualifié et est lente. Il n'est pas possible d'obtenir des épaisseurs suffisantes en mettant en oeuvre des solutions économiques, telles que la sérigraphie, la centrifugation, et le pistolettage à travers un masque. L'invention vise notamment à fournir un procédé de réalisation permettant de réaliser des lignes conductrices de forte épaisseur et pouvant avoir une faible largeur en ne mettant en oeuvre que des moyens relativement simples et n'exigeant pas d'investissement important. Dans ce but, l'invention propose de faire appel aux composés organométalliques de métaux précieux, et notamment d'or et d'argent, qui ont la propriété de se décomposer, en libérant le métal qui précipite alors, lorsque leur températur~e dépasse une valeur déterminée nettement supérieure aux températures ambiantes Ces composés, qui restent d'un coût modéré, peuvent etre mis en oeuvre par un personnel relativement peu qualifié, par des techniques économiques telles que la sérigra-phie, la centrifugation et le pistolettage. Mais ils ne permettent d'obtenir que des épaisseurs de lignefaibles, très insuffisantes pour la réalisation de circuits hyperfréquence qui utilisent un mécanisme de propagation des ondes par effet de peau. Conformément à l'invention, cet inconvénient est écarté en épaississant les lignes obtenues à partir de composés organo-métalliques à l'aide d'un dépôt obtenu par voie électrolytique, c'est-à-dire par un procédé relativement rapide. Cette solution n'était nullement évidente a priori, par suite du risque d'incompatibilité entre une étape de dépôt par décomposition de composés électrométalliques et une étape d'épaississement par dépôt électrolytique entre les deux étapes ou l'absence de liaison adhérente entre les couches successives obtenues. Les bains cyanurés, largement utilisés pour déposer des faibles largeurs de métal précieux, dissoudraient par exemple la couche métallique obtenue par décomposition de composés organo-métalliques. Mais il a été possible de trouver d'autres bains de dépôt électrolytique qui, eux, permettent de disposer une sur-couche qui, de plus, peut être rendue très adhérente à la couche métallique de base obtenue par décomposition, éventuellement moyennant des précautions, notamment si la sur-couche est épaisse. L'invention propose en conséquence un procédé de réalisation de lignes électriquement conductrices sur substrat isolant, suivant lequel on dépose un composé organo-métallique de métal précieux sous forme de lignes (ou de couche ultérieurement photogravée) de faible épaisseur sur le substrat, on décompose thermiquement le composé pour faire précipiter le métal sous forme d'une couche mince de base (d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,2 #)et on épaissit la couche mince par dépôt électrolytique dans un bain aqueux a base de composés de métal précieux compatibles avec la couche mince et on scelle le dépôt électrolytique à la couche mince précipitée par traitement thermique à une température supérieure à 850 C. On utilisera généralement des bains électrolytiques aqueux à base de composés sulfitiques d'or. Lorsque les lignes doivent avoir une forte épaisseur, dépassant 0,7 zm environ, il est avantageux d'épaissir la couche de base en alternant des dépôts électrolytiques ayant une épaisseur individuelle comprise entre 0,4 et 0,8 zm et des traitements thermiques. L'invention propose également un circuit hyperfréquence comprenant un substrat céramique isolant, habituellement en silice ou en alumine, et les lignes électriquement conductrices sur le substrat, obtenues par le procédé ci-dessus défini. L'épaisseur totale des lignes sera généralement comprise entre 0,4 et 2 zm. La largeur de ligne pourra être celle couramment adoptée pour de tels circuits. Parmi les composés organométalliques utilisables pour constituer la couche mince de départ, on peut notamment citer les composés à base d'or. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention et d'exemples non limitatifs. Des échantillons représentatifs de la géométrie de circuits destinés à être utilisés dans la bande allant de 20 à 30 GHz ont été réalisés à partir de substrats constitués par une plaquette polie d'alumine de quelques millimètres d'épaisseur ayant une pureté supérieure à 99%. Les circuits exigeaient des lignes en or d'au moins 1,5 zm d'épaisseur, avec une définition minimale de 50 lignes/mm. La résistivité devait être inférieure à 4 pn.cm (à comparer avec la résistivité de l'or massif, qui est de 2,4 ii0.cm). Il est souhaitable d'avoir une résistivité aussi proche que possible de celle de l'or massif, car cela implique une moindre porosité, une bonne interface entre la couche électrolytique et la couche métallique obtenue par précipitation. Pour cela, on a mis en oeuvre le procédé de la façon suivante 1. Le substrat est nettoyé par immersion dans un bain décapant (bain de Decon par exemple) à 40 C, maintenu en agitation à l'aide d'un générateur d'ultrasons, puis rinçage dans un bain d'eau déminéralisée à 40 C, toujours avec agitation ultrasonique. 2. Le substrat est séché, par exemple par passage en étuve de 2 h à 2000 C. 3. La couche mince de base est obtenue par décomposition d'un composé organométallique d'or. On a essentiellement utilisé, comme composé, le produit vendu sous la référence n0 6552 par Engelhard. On a utilisé le tracé de lignes par sérigraphie, mais d'autres procédés connus sont également utilisables. 4. Le composé déposé est séché pendant une quinzaine de minutes à une température qui n'est pas impérative mais est avantageusement supérieure à 100 C (140 C par exemple). 5. le composé est chauffé à une température et pendant un temps suffisants pour provoquer la précipitation de l'or. Les conditions de précipitation dépendent de la nature du composé organométallique d'or utilisé. Dans la pratique, une température d'au moins 700 C est généralement nécessaire. On a obtenu de bons résultats avec un maintien de 2 h à 850 C dans le cas du produit n0 6552. Le procédé de sérigraphie utilisé fournit alors une couche mince de base de 0,12 zms 6. Avant épaississement électrolytique, la mouillabilité de la couche mince de base est avantageusement augmentée.Pour cela, on peut plonger le support revêtu dans un bain sulfo-chromique à 20%, maintenu à une température de 50ex, pendant une dizaine de secondes. Le support est ensuite rincé à l'eau déminéralisée. 7. Les lignes sont épaissies par voie électro- lytique en une ou plusieurs passes, suivant l'épaisseur totale désirée. On utilise un bain de dorure compatible avec la couche mince de base. On peut notamment utiliser un bain de dorure aqueux contenant des composés sulfitiques d'or, tel que le bain ne ECF 61 d'Engelhard. De bons résultats ont été obtenus avec un bain à 600C et une densité de courant de 21 mA/cm. On obtient alors une vitesse de dépôt de 170 nm/mn. 8. La couche électrolytique est scellée sur la couche mince de métal obtenue par précipitation par maintien à une température du même ordre que celle utilisée pour la décomposition, par exemple pendant 1 h à 850 C. Si l'épaississement recherché ne dépasse pas environ 0,7 zm, il suffit d'une seule étape d'épaississement et de scellement. 9. Si on veut obtenir une surépaisseur électrolytique importante, dépassant environ 0,7 Sm, il est souhaitable d'effectuer l'épaississement en plusieurs étapes, Dès que la surépaisseur obtenue sur la couche mince dépasse une valeur qui sera souvent comprise entre 0,15 et 0,20 zm (par exemple au bout d'une minute de dépôt dans les conditions exposées ci-dessus) on interrompt le dépôt électrolytique et on soumet le substrat revêtu à un traitement thermique à haute température, par exemple par passage dans un four å défilement. Après le premier dépôt électrolytique, on peut adopter, pour chaque épaississement supplémentaire, des durées plus longues, conduisant par exemple chaque fois à une surépaisseur dépassant 0,5 zm, avant traitement thermique.On peut notamment utiliser des surépaisseurs successives comprises entre 0,4 et 0,8 zm. En utilisant ce procédé, on a obtenu des échantillons répondant aux exigences exposées plus haut et présentant une adhérence élevée. Un essai d'adhérence classique, effectué à l'aide de ruban adhésif de marque "SCOTCH", a montré qu'un réseau à 50 lignes/mm résiste au test, La résistivité obtenue est d'environ 2,6 FQ.cm, ce qui montre que le dépôt est massif et parfaitement scellé à la couche mince de base. D'autres essais, effectués avec un support en silice polie, ont permis d'obtenir une épaisseur totale de 1,5 pm. Les lignes comportaient alors une couche de base de 0,12 zm d'or ; une première couche d'épaississement a porté l'épaisseur totale à 0,8 rm. Après traitement à 850 C, un épaississement supplémentaire de 0,7 zm, lui-même suivi d'un traitement à 850 C, a permis d'obtenir une épaisseur totale de 1,5 zm. Le réseau de lignes a ensuite été obtenu par photogravure classique. Un autre échantillon, sur substrat en alumine polie, a permis d'obtenir un réseau de lignes de 1,5 zm d'épaisseur constitué d'une couche de base obtenue par sérigraphie d'un composé organométallique d'or, puis deux épaississements électrolytiques conduisant chaque fois à une surépaisseur de 0,7 mm. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de lignes électriquement conductrices sur substrat isolant, caractérisé en ce que : on dépose un composé organo-métallique de métal précieux sous forme de lignes de faible épaisseur sur le substrat ; on décompose thermiquement le composé pour faire précipiter le métal sous forme d'une couche mince d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,2 zm ; on épaissit les lignes par dépôt électrolytique dans un bain aqueux a base de composés de métal précieux compatibles avec la couche mince et on scelle le dépôt électrolytique à la couche mince précipitée par traitement thermique a une température supérieure à 850"C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaississement est effectue par une succession de plusieurs passes ayant chacune une phase de dépôt électrolytique et une phase de traitement thermique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'augmentation d'épaisseur par phase est comprise entre 0,4 et 0,8 pm. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche précipitée sur le substrat est immergée dans un bain d'augmentation de mouillabilité, avantageusement dans un bain sulfochromique, et rincée avant dépôt électrolytique. 5. Circuit hyperfréquence comprenant un substrat céramique isolant, avantageusement en silice ou en alumine, et des lignes électriquement conductrices sur le substrat, obtenues par le procédé selon les revendications 1 à 4, et d'épaisseur comprise entre 0,4 et 2 pm.