Brevet FR2649829A1 — publié le 19910118

SUBSTRAT CERAMIQUE MULTICOUCHE POUR CABLAGE ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à un substrat céramique multicouche pour câblage et,plus particulièrement, à la structure des trous de passage qui sont formés dans un tel substrat pour câblage Un substrat céramique multicouche pour câblage est très utilisé en tant que substrat pour câblage pour des types variés d'équipement électronique. Ce type de substrat pour câblage possède une pluralité de couches céramiques à l'état vert qui sont connectées dans une confi- guration feuilletée Les trous de passage sont formes, un dans chaque couche à l'état vert en alignement l'un avec l'autre et sont remplis avec une pâte conductrice. Un motif de câblage par- ticulier est formé sur la surface de chaque couche à l'état vert et connecté au trou de passage de la couche. Les motifs de câblage sur les couches à l'état vert voisines sont connectés d'une couche à l'autre par les trous de passage. Dans la structure ci-dessus, tous les trous de passage interconnectant les motifs de câblage prévus sur les couches à I 'état vert individuelles ont la même configuration, de sorte que la résistance à la conduction est indésirable- ment élevée. Pour éliminer ce problème, chacun des trous de passage peut être prévu avec un diamètre plus grand ou,autrement, une pluralité de trous de passage peut être désignée pour chacun des usages déterminés. Cependant avec la disposition de plus grand diamètre, il arrive souvent que la quantité de pâte conductrice introduite soit in- suffisante ou nue la pâte s'échappe. De tels évé- nements empêcheraient le substrat pour câblage -d'atteindre une résistance souhaitée en dépit des trous de passage plus grands.La disposition à trous de passage multiples n'est pas praticable sans qu'une zone prévue sur la surface du substrat pour câblage pour interconnecter les trous de passage soit accrue en dimension, empêchant une répartition dense des éléments de câblage sur la surface du substrat. RESUME DE L'INVENTION C'est donc un but de la présente inven- tion de fournir un substrat céramique multicouche pour câblage fiable et de haute performance. C'est un autre but de la présente. inven- tion de fournir un substrat céramique multicouche pour câblage qui réduise la résistance à la conduc- tion des trous de passage. C'est un autre but de la présente inven- tion de fournir un substrat céramique multicouche pour câblage amélioré d'une manière générale. Selon la présente invention, un sub- strat céramique multicouche pour câblage ayant un empilement d'une pluralité de couches céramiques, chacune étant formée avec des trous de passage qui sont connectés l'un à l'autre par une pâte conductrice insérée dedans, comprend une pluralité de premiers trous de passage parallèles formés dans chacune des couches céramiques, qui constituent - une région de couche intermédiaires, et écartés 3 2649829 l'un de l'autre dans une direction perpendicu- laire à une direction d'épaisseur de la couche de céramique, un seul second trou de passage formé dans chacune des couches céramiques qui constituent les régions de couches de surface entre lesquelles les régions de couches intermédiaires sont intercalées, et une zone de contact pour connecter le seul second trou de passage à la pluralité de premiers trous de passage parallèles BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les buts ci-dessus et autres, les earac- téristiques et avantages de la présente invention deviendront plus apparents à partir de la descrip- tion détaillée suivante associée aux dessins d'ac- compagnement dans lesquels: La Figure 1 est une coupe montrant un substrat céramique multicouche pour câblage de l'art antérieur; La Figure 2 est une coupe montrant un substrat céramique multicouche pour câblage de l'art antérieur ayant une pluralité de trous de passage parallèles; La Figure 3 est une coupe montrant un substrat céramique multicouche pour câblage réalisant la présente invention; La Figure 4 est une coupe selon le plan IV-IV de la.Figure 3; et La Figure 5 est une coupe montrant une modification du mode de réalisation illustré. 4 2649829 DESCRIPTION DES MODES PREFERES DE REALISATION Pour mieux comprendre la présente inven- tion, une brève référence sera faite à un sub- strat céramique multicouche pour câblage de l'art antérieur, montré en Figure I. Corrme montré, le substrat pour câblage de l'art antérieur possède un empilement de couches céramiques à l'état vert I chacune étant prévue avec un trou de passage 2 et un motif de câblage particulier, non mon- tré Le trou de passage 2 est rempli avec une pâte conductrice et est connecté au motif de ca- blage associé. Les motifs de câblage sur les cou- ches à l'état vert voisines sont connectés l'un à l'autre par les trous dé passage 2. Pour fabriquer un tel substrat multicouche. pour câblage., les trous de passage 2 sont formes dans les couches indivi- duelles. à l'état vert I avant que la dernière ne soit empilée. Ensuite, la pâte conductrice est insérée dans les trous.de passage 2 des couches à l'état vert 1 par impression d'un film épais qui est connue en soi de la technique, tandis qu'un motif de câblage particulier est for- mé sur la surface de chaque couche à l'état vert 1. Les couches à l'état vert 1 avec les trous 2 et les motifs de câblage sont empilées et ensuite unifiées en une structure lamellaire par pression à chaud ce qui est aussi connu de la technique. Finalement, la structure lamel- laire est chauffée pour en éliminer un liant. Dans la structure ci-dessus, tous les trous de passage 2 interconnectant les motifs de câblage prévus sur les couches à l'état.vert individuelles 1 ont la même configuration, de sorte que leur résistance à la conduction est indésirablement élevée, corrme établi antérieurement. Pour éliminer ce problème, il a été habituel d'augmenter le diamètre des trous de passage 2 ou, comme montré en Figure 2, de prévoir une pluralité *de trous de passage 2 pour chacune des différentes destinations Spécifiquement, dans la configuration 'de la Figure 2, une pluralité de trous de passage parallèles 2 est formée côte à côte dans chaque couche à l'état vert I. Cependant, avec la disposition de diamètre plus grand, il arrive souvent que la quantité de pâte conductrice insérée soit insuffisante ou que la pâte s'échappe pendant l'opération d'impression du film épais. De tels événements empêcheraient le substrat pour càblaae d'atteindre une résistance souhaitée en -dépit des trous de passage plus grands 2. La disposition à trous de passage multiples montrée en Figure 2 n'est pas praticable sans qu'une zone 3 prévue sur la surface du substrat pour câblage pour l'interconnexion des trous de passage soit accrue en dimension, empêchant les éléments de câblage d'être disposés de façon dense sur la -surface du substrat. Se référant aux Figures 3 et 4, un substrat céramique multicouche pour câblage réali- sant l'invention est montré. Dans ceS Figures, les composants et les éléments de la structure semblables sont désignés par les mêmes numéros de référence, et une description redondante sera évitée pour la simplicité. Il est à remarquer que les valeurs numériques spécifiques qui seront citées sont les valeurs mesurées avant 6 2649829 que le substrat ne soit chauffé et décrois- sent usuellement de 11 à 13 pour-centS à cause de la contraction après chauffage Corrme montré dans les Figures 3 et 4, le substrat pour càblage possède une pluralité de couches céramiques à l'état vert empilées l'une sur l'autre, c'est à dire des couches à l'état vert la constituant les régions des couches de surface opposées et des couches à l'état vert lb constituant une région de couches intermédiaires. Les couches à l'état vert intermédiaires lb sont formées chacune avec des premiers trous de passage 11 parallèles qui sont écartés les uns des autres dans la direction perpendiculaire à la direction de l'épaisseur de la couche à l'état vert. Comnme montré en Figure 4, cinq trous ce cette sorte Il sont formés dans chaque couche à l'état vert lb, et chacun a un diamètre A qui est essentiellement le même que le diamètre du trou de passage de l'art antérieur, à savoir 0,25 millimètre. Ces trous de passage 11 qui sont situés au plus près l'un de l'autre sont espacés d'une distance B qui est choisie égale à 0,67 millimètre. Les couches à l'état vert la constituant les régions des couches de surface sont prévues chacune avec un seul second trou de passage 12. Chacun des seconds trous de passage 12 est connecté aux premiers trous de passage 11 par une zone de transfert 13 qui sert de zone de contact et sera décrite spécifiquement plus loin. Corrme montré en Figure 4, les zones de transfert 13 sont circulaires si observées dans une vue en plan, et chacune possède un diamètre de 2,0 millimètres afin d'être connectée à tous les cinq trous de passage il Le substrat céramique multicouche pour câblage ayant la structure ci-dessus est fabri- qué selon la procédure suivante. D'abord, les couches céramiques à l'état vert la et lb sont produites. Spécifiquement, de la poudre d'aluminium et un liant pour la solidification sont dissous dans un solvant or- ganique pour préparer une suspension épaisse, et ensuite la suspension épaisse est déposée à l'aide d'une raclette pour former un film Les couches à l'état vert résultantes la et lb ont une épaisseur de 0,l millimètre et une surface d'environ 15D millimètres carrés chacune. Ensuite, les trous de passage sont formés dans les couches à l'état vert la et lb. Le nombre de trous de passage formé dans les couches à l'état vert la et lb est d'environ 2000 au total. Parmi eux,environ 1000 trous de passage attribués aux signaux sont exécutés chacun comme le trou de passage unique 2 classique, Figure 2, tandis qu'environ 1000 autres trous de passage adaptés pour l'alimentation en énergie et la mise à la terre sont exécutés comme les trous de passage 11 formés dans les couches à I'état vert intermédiaire lb,Figures 3 et 4. Après cela, la pâte conductrice est insérée dans les trous de passage par impression d'un film épais et,en même temps, un motif de câblage prédéterminé est produit sur la surface de la couche. Dans le mode de réalisation illustré, la pâte conductrice est exécutée avec du tung- stène (W). Il est à remarquer que la pâte conduc- trice est facilement insérée dans les trous de passage parce que le diamètre de chaque trou est aussi petit que celui de l'art antérieur, à savoir 0,25 millimètre. A cette étape de la fabrication, les zones de transfert 13 sont im- primées sur les couches à l'état vert individuelles, intermédiaires lb. Les couches à l'état vert la et lb produites sélectivement avec les premiers trous de passage 11, les seconds trous de passage 12, les zones de transfert 13 et les motifs de câblage corrmne établi ci-dessus sont empilées ensemble à l'aide d'un gabarit, non montré. Dans le mode de réalisation illustré, le substrat pour câblage possède trente couches à l'état vert inter- médiaires lb, cinq couches à l'état vert supé- rieures la, et cinq couches à l'état vert infé- rieures la. L'empilement des couches à l'état vert la et lb est unifié ensemble par pression à chaud pour former une structure lamellaire. La pression à chaud est effectuée à 100 degrés centigrades pendant environ I heure et en appli- quant une pression de 150 kilograrrmes par centi- mètre carré. Le substrat pour câblage résultant est épais d'environ 3,5 millimètres. Finalement, la structure lamellaire est chauffée pour en éli- miner le liant À Des expériences ont montré que les trous de passage du substrat céramique multicouche pour câblage fabriqués par la procédure cidessus ont une résistance à la conduction de 6,5 milli- ohms.11 sera par conséquent observé que la con- figuration à trous de passage du mode de réalisa- tion illustré réduit considérablement la résistance sans recourir à un diamètre plus grand, si on la compare à la configuration du type à un seul trou de passage de l'art antérieur, Figure I,dont la résistance est de 14,0 milliohms. Dans le mode de réalisation illustré, les premiers trous de passages formés dans chaque couche à l'état vert lb ne sont pas électriquement connectés l'un à l'autre. Autrement, come montrés en Figure 5., ils peuvent être électriquement connectés dans la couche à 1' état vert lb par une zone de connexion 21 Spécifiquement, en Figure , la zone de connexion 21 est imprimée sur toutes les couches céramiques à l'état vert intermédiaires lb selon le même dessin que la zone de trans- fert 13. Quand tous les premiers trous de passage Il sont connectés ensemble dans la configuration montrée en Figures 3 et 4, ils sont susceptibles de désalignement qui peut arriver au cours de l'empilement: si l'une quelconque des couches à l'état vert lb est désalignée même fai- blement par rapport aux autres le courant attendu pour circuler entre les trous de passage 11 ne sera pas constant -et de ce fait provoquera une conduction incomplète Par contre,l'autre confi- guration de la Figure 5 maintient sûrement les trous de passage- Il en connexion avec la zone de connexion 21 même si l'une quelconque des couches à l'état vert lb est désalignée. De plus, les zones de connexion 21 servent à réduire la résistance à la conduction des trous de passage à 3,9 milliohms ce qui est même infé- rieur à la résistance qu'on peut atteindre avec le mode de réalisation précédent En résumé, il sera observé que la présente invention fournit un substrat céramique multicouche pour câblage fiable et de haute per- formance Spécifiquement, la résistance des trous de passage dans les couches intermédiaires est réduite pour admettre que la pâte conductrice est sûrement insérée dans les trous de passage, tandis que la résistance à la conduction de l'ensemble des trous de passage est réduite sans effectuer de répartition dense des éléments de càblaae sur la surface du substrat. Des modifications diverses deviendront possibles pour ceux qui sont compétents dans cette - technique après avoir reçu les enseignements de- la présente description sans s'écarter de son domaine li REVENDICATIONS i. Un substrat céramique multicouche pour câblage possédant un empilement d'une plura- lité de couches céramiques (la, lb), chacune étant formée avec des trous de passage qui sont connectés l'un à l'autre à l'aide d'une pâte conductrice insérée dans lesdits trous de passage, comprenant: une pluralité de premiers trous (11) de passage parallèles formée dans chacune des couches céramiques (lb) qui constituent une région de couches intermédiaires et écartés l'un de l'autre dans une direction per- pendiculaire à une direction d'épaisseur de ladite couche céramique; un seul second trou (12) de passage formé dans chacune des couches céramiques (la)'qui constituent des régions de couches de surface entre lesquelles la région de couches intermédiaires est intercalée; et une zone de contact (13) pour connecter ledit seul second trou de passage à ladite pluralité de pre- miers trous de passage parallèles. 2. Un substrat pour câblage selon la revendication I, comprenant de plus ure zone (21) de connexion pour connecter ladite pluralité de pre- miers trous (11) de passage parallèles l'un à l'autre. 3. Un substrat pour câblage selzr la revendication 2, dans lequel ladite zone de contact et ladite zone de connexion sont imprimées sur lesdites couches céramiques constituant la région de couches intermédiaires.