Brevet FR2670987A1 — publié le 19920626

La présente invention a pour objet un procédé de réalisation de traversées conductrices à travers un substrat isolant. Elle trouve son application notamment dans le domaine des circuits imprimés et intégrés comprenant un substrat isolant dont les faces comportent des métallisations. Notamment l'invention s'applique pour les circuits microondes. Ces circuits micro ondes se présentent en général sous forme de substrats métallisés recto et verso. Le recto représente la géométrie, obtenue par exemple par gravure chimique, du circuit, le plus souvent à constantes réparties, sur lequel sont reportés les composants, dans la plupart des cas des semi-conducteurs se présentant soit en microboîtiers, soit sous forme de pastilles nues. Le verso comporte en général une métallisation totale, ou plan de masse, réunie, par soudure tendre ou par collage à l'aide d'une colle conductrice, à un support conducteur, tel qu'une embase métallique ou le fond intérieur d'un boîtier également métallique. Dans de tels circuits, il est impératif que chaque connexion de mise à la masse de certaines des bornes des composants soit aussi courte que possible, de façon à minimiser les effets liés à la self inductance parasite due à la longueur de cette connexion. Comme les composants sont sur le recto du substrat, et la masse sur le verso du substrat, on est donc amené à prévoir des traversées conductrices à travers le substrat, de façon à amener la masse au niveau du recto du substrat, pour réaliser chaque connexion de mise à la masse à l'aide d'un fil ou d'un ruban aussi court que possible qui reste dans le plan du recto sans avoir à traverser le substrat pour aller faire contact avec la masse du verso, ce qui serait le cas en l'absence de traversées conductrices. Ces traversées conductrices sont souvent appelées "vias" par l'homme du métier. La solution connue généralement adoptée consiste à métalliser les tranches des substrats, pour les connexions de masse proches d'un des bords du substrat, ou les flancs de trous percés dans le substrat, pour les connexions de masse situées à distance des bords du substrat. Toutefois, cette métallisation des tranches et des trous est toujours une opération délicate qui nécessite la maîtrise des états de surface des tranches et des flancs des trous. De plus, dans le cas où le circuit supporte des composants actifs qui doivent dissiper de la chaleur, c'est le plus souvent l'embase métallique sur laquelle est soudé le plan de masse qui sert de radiateur. Or, le comportement, du point de vue de la conduction thermique, des tranches ou des trous métallisés laisse à désirer. Pour éviter les inconvénients précédents, on peut prévoir une embase métallique usinée avec des plots saillants, d'une hauteur égale à celle du substrat, et des trous non métallisés dans le substrat, trous que viennent traverser les plots de l'embase après montage du substrat sur celle-ci. Ce procédé a cependant pour inconvénient des difficultés de réalisation dues à la nécessité de réaliser une embase munie de plots, et à la nécessité d'ajuster les positions des plots de l'embase et celles des trous du substrat. Un autre procédé, décrit dans la demande européenne N. 0 362 161, consiste à prévoir un substrat muni de trous, trous que l'on remplit de métal par dépôt électrolytique. Ce procédé est cependant de mise en oeuvre longue, complexe et coûteuse. La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents en procurant un procédé simple, rapide et d'un coût relativement réduit, pour réaliser des traversées conductrices ayant un bon comportement sur le plan électrique comme sur le plan thermique. A cet effet, elle a pour objet un procédé de réalisation d'au moins une traversée conductrice à travers un trou traversant d'un substrat isolant dont les faces comportent des métallisations, procédé caractérisé par le fait que - on dépose une couche de matériau d'assemblage conducteur sur un support conducteur destiné à supporter ledit substrat isolant, au moins dans la zone destinée à se trouver en regard dudit trou traversant et d'une desdites métallisations, - on dispose ledit substrat isolant sur ladite couche, - on dispose dans ledit trou traversant un pavé conducteur dont la section parallèle audit substrat isolant est de même forme que ledit trou traversant mais de dimensions légèrement inférieures, - on rend liquide le matériau d'assemblage conducteur de ladite couche, le pavé conducteur se trouvant en conséquence, à cause des phénomènes de capillarité du matériau d'assemblage conducteur rendu liquide, automatiquement centré et nivelé dans ledit trou traversant, et, - on rend solide le matériau d'assemblage conducteur pour que ladite métallisation et ledit pavé conducteur se trouvent assemblés audit support conducteur. Le procédé de l'invention est particulièrement simple, du fait qu'il ne nécessite aucun ajustement de la position du pavé conducteur dans le trou traversant, celle-ci se faisant automatiquement par capillarité. De plus, le procédé de l'invention ne rajoute aucune étape complexe au procédé déjà utilisé d'assemblage du substrat sur son support, ou embase, qui nécessite de toutes façons de déposer une couche de matériau d'assemblage, de disposer le substrat isolant sur cette couche, et de rendre liquide puis solide le matériau d'assemblage pour fixer la métallisation du substrat, et donc le substrat, sur son support. Par rapport à cette succession d'étapes, l'invention prévoit une unique opération supplémentaire, qui consiste à déposer un pavé conducteur dans chaque trou traversant.Cette opération qui, comme on l'a vu, ne nécessite aucune précaution particulière pour ajuster les pavés dans les trous, peut être très rapide. Avantageusement, pour rendre liquide le matériau d'assemblage conducteur de ladite couche, on le chauffe, et pour le rendre solide, on le refroidit. Cette manière de procéder est particulièrement simple et permet d'utiliser, comme matériau d'assemblage conducteur, la plupart des soudures ou des colles conductrices conventionnelles. En particulier, les colles conductrices polymérisables présentent au cours de la polymérisation une phase liquide tout à fait adéquate, pour obtenir un bon centrage du pavé selon l'invention. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de la mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une vue de dessus d'un circuit microonde, - la figure 2 représente une vue en coupe selon la ligne Il-Il du circuit microonde de la fig. 1, - les figures 3a à 3e représentent le circuit microonde de la fig. 1 pour chacune des cinq étapes du procédé de l'invention, et, - la figure 4 représente une variante de l'invention. En se référant à la figure 1, un circuit, ici un circuit microonde, comprend un substrat isolant 1 en alumine dont les faces comprennent des métallisations. Sur la figure 1, seules les métallisations 12 du recto sont visibles, en forme de ruban destinés à relier les électrodes d'un composant 5, par exemple un transistor, au reste du circuit, non représenté dans un souci de simplicité. Sur la figure 2, il apparaît que la face inférieure, ou verso, comporte également une métallisation 13, occupant ici la totalité de cette face, pour former un plan de masse. Le composant 5 est ici relié au reste du circuit, non représenté, par l'intermédiaire de rubans 51, 52 et 53. L'un de ces rubans 53 est électriquement relié à la masse par l'intermédiaire d'une traversée conductrice 4, métallique, qui traverse un trou traversant 11 pratiqué dans le substrat 1 et est soudée, comme la métallisation 13 formant plan de masse, à un support conducteur 2, par l'intermédiaire d'une couche de soudure 3. Comme on le voit sur la figure 2, du fait que la traversée 4 se termine dans le plan de la face supérieure, ou recto, sur la figure, du substrat 1, la longueur du ruban 53, qui est relié à la masse, est aussi courte que possible. De façon connue, les métallisations 12 et 13 sont obtenues par photolithographie et gravure, et seront constituées par exemple par une couche d'or adhérente à l'alumine pour assurer une bonne conduction. La traversée métallique 4 est réalisée comme cela va maintenant être décrit en référence aux figures 3a à 3e. Sur la figure 3a on a représenté une vue en coupe du substrat 1, après réalisation des métallisations 12 et 13 et du trou traversant 11, par des techniques connues. Sur la figure 3#b, on a représenté une vue en coupe du support conducteur 2, ici en cuivre, sur lequel on a déposé une couche 3 de matériau d'assemblage. Ce matériau d'assemblage peut être de la soudure ou de la colle conductrice, par exemple, en poudre, en pâte ou encore préformée. Le matériau d'assemblage est choisi pour se prêter à la soudure par refus ion ou polymérisation, comme cela sera mieux compris dans la suite. Comme le montre la figure 3#c, on dispose le substrat 1 sur la couche 3, puis comme le montre la figure 3d on dispose, dans le trou traversant 11, un pavé conducteur 4 indépendant. Le pavé 4 est réalisé dans du cuivre, ou du laiton, ou du nickel, ou de manière générale dans tout matériau apte à être soudé ou collé, éventuellement recouvert d'une couche d'or. La forme du pavé 4 est adaptée à celle du trou 11, c'est-à-dire que la section du pavé parallèle au substrat 1 est de même forme que la section du trou 11 parallèle au substrat 1, tout en étant de dimensions légèrement inférieures. Le pavé 4 peut donc se déplacer à l'intérieur du trou 11 et il est facile à introduire dans ce trou 11. Le trou 11 et le pavé 4 peuvent être tous les deux cylindriques, tous les deux parallélépipèdiques, et ainsi de suite. Ici, la hauteur du pavé 4, c'est-à-dire sa dimension perpendiculairement aux faces du substrat 1, est égale à l'épaisseur du substrat 1. Sur la figure 3d, le pavé 4, ayant été disposé sans précautions particulières dans le trou 11, se trouve par exemple en biais relativement à l'axe de ce dernier. Il sera toutefois automatiquement remédié à cette situation au cours de l'étape de soudure par refusion, ou polymérisation, du substrat 1 sur le support 2, illustrée par la figure 3e. Au cours de cette étape, on chauffe sans pression, de façon connue, la couche 3 de soudure, pour la rendre liquide. Le pavé conducteur 4 flotte alors sur la couche 3 rendue liquide, et les phénomènes de capillarité produisent un centrage et un nivelage automatique du pavé. Ceci est dû au fait que la soudure liquide remonte le long des faces conductrices du pavé 4, alors qu'elle ne remonte pas le long des flancs du trou traversant 11, qui n'est pas métallisé. On refroidit ensuite la couche 3 de soudure, que l'on rend ainsi solide, ce qui a pour effet d'assembler, d'une part, la métallisation 13 et, d'autre part, le pavé 4 au support 2. Le substrat 1 et le pavé 4 sont ainsi fixés dans une position relative satisfaisante. On procède ensuite au montage du composant 5, en assemblant le ruban 53 au sommet du pavé 4. Du fait que, grâce au pavé 4, la masse électrique affleure la face supérieure du substrat 1, l'interconnexion avec la masse se fait dans le plan de cette face en respectant la condition de longueur minimum. Les dimensions relatives du pavé 4 et du trou 11 sont prévus de telle manière qu'aucune remontée de soudure ou de colle de la couche 3 ne puisse se produire dans l'espace en forme de manchon qui sépare le pavé 4 du trou 11. On notera que le pavé 4 est reporté sur le support 2, ou embase, en une seule opération en même temps que le substrat 1, pour former une traversée, ou via. Les interconnexions possibles sont de tous types et de toutes natures, par exemple des fils ou des rubans. Mais un composant aussi peut être soudé en partie sur la métallisation du substrat et en partie sur le sommet d'un pavé ou via. La hauteur des vias est égale à l'épaisseur du substrat s'ils servent à de simples interconnexions de conducteurs ou de composants. Elle peut être aussi inférieure à l'épaisseur du substrat, de façon à pouvoir comporter un composant électronique, comme une pastille nue 6, par exemple, dont la face supérieure sera de niveau avec la face supérieure du substrat pour, là aussi, minimiser ses interconnexions avec le circuit. Ceci est représenté sur la figure 4. Les connections 63 sont alors dans le plan supérieur de la métallisation du substrat. Naturellement, le procédé de l'invention s'applique quelle que soit la nature du substrat isolant, quelle que soit la nature de la métallisation de ce substrat, quel que soit le procédé de métallisation du substrat, et quel que soit le procédé qui permet d'obtenir la géométrie métallisée du circuit en face recto. Ainsi, il n'est pas obligatoire que la métallisation 13 de la face verso du substrat soit un plan de masse, et cette métallisation peut comporter, en totalité ou en partie, des pistes ou rubans conducteurs. Dans ce cas le support 2 a une forme adaptée de façon à ne pas courtcircuiter ces pistes ou rubans, et à se trouver en contact avec les métallisations 13 du substrat 1 au moins dans la zone destinée à se trouver en regard des trous traversants tels que 11. En principe, la soudure par refus ion se fait par chauffage de façon à rendre liquide le matériau de la couche 3, puis par refroidissement pour le solidifier. Ceci n'est pas obligatoire, et il serait possible d'utiliser d'autres procédés de soudure, notamment par exposition du matériau de la couche 3 à des rayonnements susceptibles de le liquéfier et de le solidifier. Revendications 1. Procédé de réalisation d'au moins une traversée conductrice à travers un trou traversant (11) d'un substrat isolant (1) dont les faces comportent des métallisations (12, 13), procédé caractérisé par le fait que - on dépose une couche (3) de matériau d'assemblage conducteur sur un support conducteur (2) destiné à supporter ledit substrat isolant (1), au moins dans la zone destinée à se trouver en regard dudit trou traversant (11) et d'une desdites métallisations (13), - on dispose ledit substrat isolant (1) sur ladite couche (3), - on dispose dans ledit trou traversant (11) un pavé conducteur (4) dont la section parallèle audit substrat isolant (1) est de même forme que ledit trou traversant (11) mais de dimensions légèrement inférieures, - on rend liquide le matériau d'assemblage conducteur de ladite couche (3), le pavé conducteur (4) se trouvant en conséquence, à cause des phénomènes de capillarité du matériau d'assemblage conducteur rendu liquide, automatiquement centré et nivelé dans ledit trou traversant (11), et, - on rend solide le matériau d'assemblage conducteur pour que ladite métallisation (13) et ledit pavé conducteur (4) se trouvent assemblés audit support conducteur (2). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour rendre liquide le matériau d'assemblage conducteur de ladite couche (3), on le chauffe, et pour le rendre solide, on le refroidit. 3. Circuit microondes obtenu selon le procédé d'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les traversées conductrices de mise à la masse comprennent des pavés conducteurs (4) indépendants, de hauteur au plus égale à celle du substrat isolant (1), soudes ou collés sur le support conducteur (2). 4. Circuit microondes selon la revendication 3, dans lequel la somme des épaisseurs du pavé (4) et d'un composant (6) fixé sur celui-ci est égale à l'épaisseur du substrat isolant (1).