Brevet FR2674988A1 — publié le 19921009

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Ces dernières années, avec l'intégration et le compactage poussés des composants à semiconducteurs, une très forte demande s'est manifestée en particulier pour une multiplication des broches, un rétrécissement des espacements des circuits imprimés, et des connexions internes en forme de doigts faisant saillie dans le trou de composant. Tous les circuits imprimés à couche métallique conductrice de ce type, comprenant des connexions internes, ont été obtenus par traitement, par un procédé lithographique ou un procédé de gravure, de la couche métallique conductrice adhérant, directement ou au moyen d'une couche adhésive, sur une couche isolante de résine polyimide ou similaire du corps du film. Comme le montre la Fig 3, la gravure de la couche conductrice métallique sur le motif résist, formé par un procédé lithographique, est plus large à la partie supérieure et plus étroite vers la partie inférieure, ce qui fait que la section droite des éléments des schémas de câblage de la couche conductrice métallique présente une forme trapézoïdale, dans laquelle la partie supérieure est plus étroite et la partie inférieure plus large. Afin de satisfaire au raccourcissement des écartements pour réduire la distance entre les câblages respectifs, il est nécessaire de réduire la largeur des connexions électriques et également d'utiliser une mince couche conductrice métallique pour éviter les court-circuits entre les circuits imprimés à la base desdits circuits imprimés. Toutefois, comme les circuits imprimés, à l'endroit o ils adhèrent à la couche isolante directement ou au moyen d'un adhésif, sont renforcés par la couche isolante, la solidité des circuits imprimés ne pose aucun problème, mais, par ailleurs, une exigence incompatible apparaît, à savoir qu'une épaisse couche conductrice métallique est nécessaire pour que les connexions internes et externes, prenant naissance dans les ouvertures définies, supportent la chaleur et la force qui leur sont appliquées lors de l'ILS mentionné ci-dessus, au moment du scellage à la résine et lors de la connection et du montage sur la feuille de circuit imprimé, la contrainte thermique engendrée au cours de l'utilisation des composants semiconducteurs, etc, et ce afin de maintenir et d'améliorer la solidité des connexions pour les empêcher de se rompre. Comme procédés pour résoudre l'incompatibilité mentionnée ci-dessus, on en propose un dans lequel on conserve seulement la couche conductrice métallique formant les connexions internes sous une forme relativement épaisse, et un autre mettant en oeuvre un alliage d'une grande solidité, comme matériau de la couche conductrice métallique. S La demande de brevet japonais publiée NO Hei 2-69951 décrit un procédé pour n'épaissir relativement que la couche conductrice métallique formant la partie conductrice interne. Suivant ce procédé, même quand l'épaisseur de la couche conductrice métallique à l'intérieur du trou de composant est relativement augmentée, on résout le problème du court-circuit à la partie inférieure du circuit imprimé, lors de sa configuration par gravure, en ajustant sa forme à l'aide d'une gravure douce ou procédé similaire lors de l'étape suivante de prétraitement par électrodéposition d'or ou d'étain, ce qui emp&che le court-circuit, mais les deux problèmes suivants apparaissent: Le premier problème réside dans le fait qu'il est nécessaire, pour s'assurer de l'épaisseur de la couche conductrice métallique formant la partie conductrice interne et réduire l'épaisseur de la couche conductrice métallique en d'autres endroits, de réaliser une gravure sélective avant ou après la configuration, mais cette gravure sélective est longue à mettre en oeuvre et nécessite un processus lithographique coûteux. Le second problème réside dans le fait que, alors qu'il est possible d'ajuster la forme de la partie inférieure des connexions internes dans le trou de composant par une gravure douce, qui est un prétraitement par électrodéposition d'or ou d'étain, la partie inférieure de la partie de soudage des connexions internes en dehors du trou de composant n'est pas suffisamment traitée, si bien que le problème de la prévention du court-circuit entre les circuits imprimés n'est pas résolu. Par ailleurs, la demande de brevet japonais publiée NO Hei 2-69951 décrit un procédé d'utilisation, comme matériau constituant la couche conductrice métallique, d'une feuille de cuivre calandrée contenant 10 % ou moins d'impuretés et d'épaisseur 20 pm ou moins, mais ce procédé soulève les deux problèmes suivants: Le premier problème réside dans le fait que la feuille calandrée présente un taux de calandrage, une structure cristalline, etc, différents entre la direction selon laquelle le traitement de calandrage a été effectué sur la feuille et la direction perpendiculaire à la direction précédente, si bien que diverses propriétés physiques de la feuille, telles que le coefficient de dilatation thermique, les caractéristiques de gravure, etc, présentent des propriétés directionelles, ce qui fait que les configurations du support de film, telles que p ex la disposition des circuits imprimés, sont limitées. Le second problème réside dans le fait que, puisque la feuille de cuivre calandrée est fabriquée suivant un procédé spécifique de calandrage, différent de celui mis en oeuvre pour la feuille électrolytique de cuivre généralement utilisée comme feuille conductrice métallique pour le support de film, son coût de production est le double ou plus de celui de la feuille électrolytique de cuivre, et aussi la feuille d'alliage est elle-même spécifique et son coût est supérieur à celui des feuilles en général, ce qui fait que le coût du procédé ci-dessus, utilisant une feuille calandrée en alliage de cuivre, est plus élevé. La présente invention est basée sur ces données, et son objectif est de fournir un procédé de fabrication d'un support de film possédant une solidité suffisante des connexions, qui ne met pas en oeuvre de processus lithographiques longs, peu économiques et compliqués, qui n'utilise pas de feuille calandrée en alliage de cuivre, limitant la configuration du support de film et plus chère, et qui produit une couche conductrice métallique de faible épaisseur ne provoquant pas de court-circuit entre les circuits imprimés. Afin de réaliser l'objectif ci-dessus, la demanderesse a effectué des recherches approfondies pour trouver un procédé de fabrication d'une couche conductrice métallique de faible épaisseur, ne provoquant pas de court-circuit entre les circuits imprimés, tout en conservant et améliorant la solidité des connexions électriques, en particulier des connexions internes, des connexions externes, etc, formées dans des ouvertures définies, et sans renforcement par la couche isolante. Il ressort de ces recherches que la demanderesse a trouvé que, lorsqu'une portion définie de la couche isolante du corps du support de film est enlevée à l'aide d'une machine à découper, pour former une ouverture définie, et qu'en même temps une portion de la couche conductrice métallique, en tant que couche inférieure de l'ouverture définie, est également enlevée par découpe afin de diminuer son épaisseur, alors la résistance à la rupture de la couche conductrice métallique, par rapport à la surface de section transversale, est améliorée. La présente invention comporte les caractéristiques suivantes isolante en résine polyimide. ( 3) Un procédé de fabrication d'un support de film à connexions d'excellente solidité, qui consiste à enlever du corps d'une structure à trois couches, obtenue par collage d'une couche conductrice métallique sur une couche isolante en résine organique par l'intermédiaire d'une couche adhésive, des portions définies de ladite couche isolante en résine organique et de ladite couche adhésive, en tant que couche inférieure de ladite couche isolante en résine organique, à l'aide d'une machine à découper afin de former une ouverture, et à découper en même temps une portion de la couche inférieure de ladite couche conductrice métallique, afin de diminuer l'épaisseur de la couche conductrice métallique de la couche inférieure de ladite ouverture. ( 4) Un procédé de fabrication d'un support de film à connexions d'excellente solidité selon la caractéristique ( 3), dans lequel ladite couche isolante en résine organique est une couche isolante en résine polyimide, en résine poly(téréphtalate d'éthylène) ou en résine renforcée par du verre, et ladite couche adhésive est une couche adhésive époxy, uréthane, acrylique, méthacrylique ou isocyanate. Dans les dessins annexés, la Fig IA représente le plan d'un support de film, la Fig l B représente une section transversale, selon A-A', d'un support de film à structure bicouche, la Fig IC représente une section transversale, selon A-A', d'un support de film à structure tricouche, la Fig 2 A représente un plan de soudage par connexions internes d'une puce de semiconducteur sur un support de film, la Fig 2 B représente une section transversale, selon A-A', d'un support de film à structure bicouche, la Fig 2 C représente une section transversale, selon A- A', d'un support de film à structure tricouche. Dans ces figures, a est une perforation, b est une patte de contr Ble, c est un trou pour conducteur externe, d est un conducteur externe, e est un conducteur interne, f est le trou 1 C O de composant, g est la couche isolante, h est la couche adhésive, i est la ligne de découpe, j est la puce de semiconducteur et k est l'électrode faisant saillie. la Fig 3 représente une section transversale du support de film, lors des étapes de lithographie et de gravure pour sa production Dans cette figure, p est le photorésist, q est la couche conductrice métallique, r est la couche isolante, x représente les étapes exposition-développement et y représente l'étape de gravure. Des exemples de matériaux composant la couche conductrice métallique, décrite dans les caractéristiques ( 1) et ( 2) ci-dessus, sont Cu, AI, Au, Ag, Fe, Sn et Pb, ou des alliages de ces métaux, ou encore des matériaux métallisés par les précédents. On peut former le corps du support de film de la structure à deux couches décrite dans la caractéristique ( 1) ci-dessus, par exemple en coulant une solution de résine polyimide ou une solution de précurseur de polyimide sur une couche conductrice métallique à base du matériau ci-dessus, ou en utilisant un métal choisi parmi les précédents pour une métallisation sous vide de la couche de résine polyimide ou une électrodéposition sur cette couche. On donne par ailleurs, comme exemples, un produit fabriqué par stratification d'une résine polyimide thermoplastique sur une couche conductrice métallique, et un produit fabriqué par collage d'une couche conductrice métallique et d'une couche en résine polyimide, avec une résine polyimide thermoplastique comme adhésif. Des exemples représentatifs de résines de la couche isolante utilisée dans la caractéristique ( 2) ci-dessus sont des résines en polyimide, poly(téréphtalate d'éthylène), des résines époxy renforcées par du verre, ainsi par ailleurs que des résines en poly(téréphtalate de butylène), en poly(acide parabanique), en polyphénylsulfone, en poly(éther-imide), en poly C(éther-cétone), en aramide, etc En outre, on peut citer comme exemples les produits obtenus par renforcement de ces résines avec des fibres de verre, des fibres de Kevlar, etc. Des exemples de matériaux constituant la couche adhésive utilisée dans la caractéristique ( 2) ci-dessus sont des adhésifs à base d'époxy, d'uréthane, d'acide acrylique ou méthacrylique, d'isocyanate, etc. Des exemples de machines à découper, mises en oeuvre dans les caractéristiques ( 1) et ( 2), sont les robots à commande numérique, comme type de machine-outil à commande numérique, tels que robots à servocommmande, classés parmi les systèmes de régulation, robots X, Y, Z croisés, classés parmi les systèmes de commande, etc. Selon la présente invention, des ouvertures, telles que p.ex un trou de composant, sont pratiquées par découpe de parties définies de la couche isolante en résine organique, composée p ex de résine polyimide, du corps du support de film, et en même temps, une portion de la couche conductrice métallique, en tant que couche inférieure du corps du support, est également découpée, ce qui permet de réduire l'épaisseur de la couche conductrice métallique, en tant que couche inférieure de la portion définie, de manière à ne pas causer de court-circuit entre les circuits imprimés, et aussi de maintenir et améliorer la solidité des connexions électriques, même en l'absence de renfort p ex par la couche isolante en résine organique. La demanderesse pense que, lorsque une force mécanique s'exerce sur la couche conductrice métallique, lors de la découpe par une machine à découper, la structure de la couche conductrice métallique est modifiée, ce qui augmente la résistance à la rupture On a donc réalisé l'expérience suivante: On découpe une feuille de cuivre électrolytique d'épaisseur 35 pm et de résistance à la rupture 32,3 kg/mm 2, à l'aide d'une machine à découper, de manière à obtenir une épaisseur déterminée, puis on mesure sa résistance à la rupture On trouve, comme on le voit dans le Tableau 1, que, plus la portion de feuille coupée est grande, c'est-à-dire plus son épaisseur est faible, plus sa résistance à la rupture est él evée. Tableau 1 Variation de la résistance à la rupture causée par la découpe d'une feuille de cuivre électrolytique Essai N Epaisseur Résistance à Augmentation de après découpe la rupture la résistance & (Pm) (kg/mm 2) la rupture (kg/mm 2) Témoin 35 32,3 - 1 1 30 36,0 3,7 1 2 25 40,8 8,5 1 3 20 45,5 13,2 1 4 18 48,3 16,0 1 5 15 53,3 21,0 E.Compar 25 32,5 0,2 Comme exemple comparatif, on réalise un essai de réduction de l'épaisseur à 25 pm de la feuille de cuivre électrolytique ci-dessus, en décapant uniformément sa surface totale Il n'en résulte pas d'augmentation de la résistance à la rupture. D'après la mesure des surfacespar diffraction aux rayons X, il ressort que, pour toutes les feuilles de cuivre électrolytique découpées, la réflexion de la face ( 111) devient plus forte, alors que celles des faces ( 200) et ( 220) deviennent plus faibles, par rapport à la feuille de cuivre électrolytique témoin, c'est-à-dire qu'il s'est produit un alignement sélectif des faces cristallines, et on suppose aussi que les particules cristallines ainsi que la taille des particules cristallines ont diminué; on pense donc que l'alignement sélectif des faces cristallines et les modifications des particules cristallines et de la taille des particules cristallines contribuent largement à l'accroissement de la résistance & la rupture. On réalise le même essai que dans le Tableau 1, en utilisant une feuille d'alliage 426, d'épaisseur 50 pm et de 2 résistance à la rupture 56,2 kg/mm 2 Cet essai permet de confirmer que la résistance à la rupture augmente avec la diminution de l'épaisseur après découpe, comme on le voit dans10 le Tableau 2. Tableau 2 Variation de la résistance à la rupture causée par la découpe d'une feuille d'alliage 426 Essai N Epaisseur Résistance & Augmentation de après découpe la rupture la résistance à (Pm) (kg/mm 2) la rupture (kg/mm 2) Témoin 50 56,2 - 2 1 40 62,1 5,9 2 2 35 68,4 12,2 2 3 30 73,8 17,6 Les essais ci-dessus ont montré que la résistance à la rupture de la couche conductrice métallique est augmentée par la découpe de la couche; on met donc en oeuvre le matériau résultant dans un élément pour support de film et on réalise les exemples suivants. Exemple 1 A un mélange de p-phénylènediamine et d'éther de diaminodiphényle (rapport molaire: 7/3) en dispersion dans de la N-méthylpyrrolidone, on ajoute une proportion équimolaire de dianhydride d'acide biphényltétracarboxylique, puis on fait réagir le tout à température ambiante pendant 24 heures, on coule la solution N-méthylpyrrolidonique résultante de précurseur polyimide sur une feuille de cuivre électrolytique de 35 Vm d'épaisseur, on chauffe le matériau résultant à 150 C pendant 1 heure afin d'évaporer la N-méthylpyrrolidone, on augmente la température à 3500 C en 30 minutes, et on maintient le matériau résultant à cette température pendant 1 heure afin5 de compléter la réaction d'imidation; on obtient ainsi un corps de support de film à structure bicouche possédant une couche polyimide de 40 pm d'épaisseur. On procède à l'ouverture d'un trou de composant de 6 mm 2 dans le corps de support de film à structure bicouche, au moyen d'une machine à découper à commande numérique, et on découpe en même temps la feuille de cuivre électrolytique L'épaisseur de la feuille de cuivre électrolytique dans le trou de composant après découpe vaut 20 pm. On soumet le corps de support de film résultant, muni du trou de composant, à un traitement lithographique et à un décapage avec une solution de Cu C 12, puis on soumet le matériau résultant à un dép St non électrolytique d'étain afin d'obtenir un support de film Le support de film présente 100 connexions internes, espacées de 160 pm, larges de 55 pm et épaisses de 19 pm, l'épaisseur du dép St d'étain étant de 0,5 pm. On fait coïncider avec les trous du corps de support de film ci-dessus des puces LSI de 100 pm 2, comprenant 100 électrodes en or faisant saillie, puis on soude l'ensemble à 4500 C pendant 1 seconde, afin d'obtenir un échantillon pour mesurer la solidité des connexions internes On mesure la solidité des connexions internes à l'aide d'un appareil d'essai de traction Il en ressort que toutes les ruptures observées sont du type coupure de connexions internes, et que la résistance du film est de 28 g/connexion en moyenne. Exemple Comparatif 1 On procède à l'ouverture d'un trou de composant de 6 mm 2 dans le corps de support de film utilisé dans l'Exemple 1, au moyen d'une machine à découper à commande numérique, de manière à ne pas endommager la feuille de cuivre électrolytique, puis on soumet le matériau résultant à un traitement de décapage avec une solution de Cu Cl 2 pour donner à la feuille de cuivre électrolytique une épaisseur de 20 pm et obtenir un support de film de la même manière que dans l'Exemple 1, en utilisant le support de film, muni de trou de composant, obtenu ci-dessus. Ce support de film présente 100 connexions internes, espacées de 160 pm, larges de 57 pm et épaisses de 19,5 pm, l'épaisseur du dép St d'étain étant de 0,5 pm. Le soudage d'ensemble est réalisé avec les mêmes puces LSI et dans les mêmes conditions que dans l'Exemple 1, puis on mesure la résistance des connexions internes de l'échantillon résultant à l'aide d'un appareil d'essai de traction Toutes les ruptures observées sont du type coupure de connexions internes, et la résistance est de 22 g/connexion en moyenne. Exemple 2 On stratifie une feuille de cuivre électrolytique, de 35 pm d'épaisseur et de résistance à la rupture 32 kg/mm 2, sur une bande polyimide disponible dans le commerce (polyimide Ubilex(R) fabriquée par Ube Kosan Co, Ltd, épaisseur 75 pm) sur laquelle est appliqué un adhésif, afin d'obtenir un corps de support de film à structure tricouche, puis on procède à l'ouverture d'un trou de composant de 6 mm 2 dans le corps de support de film utilisé dans l'Exemple 1, au moyen d'une machine à découper à commande numérique, et on coupe aussi la feuille de cuivre électrolytique L'épaisseur de la feuille de cuivre électrolytique dans le trou de composant vaut 19 pm après découpe. On traite, de la même manière que dans l'Exemple 1, le corps du support de film résultant pourvu du trou de composant, afin d'obtenir un support de film Ce support de film présente connexions internes, espacées de 160 pm, larges de 56 pm et épaisses de 17 pm, l'épaisseur du dép St d'étain étant de 0,4 pm. Le soudage d'ensemble est réalisé avec les mêmes puces LSI et dans les mêmes conditions que dans l'Exemple 1, et on mesure la résistance des connexions internes de l'échantillon résultant Selon l'essai de traction, toutes les ruptures observées sont du type coupure de connexions internes, et la résistance est de 26 g/connexion en moyenne. Exemple Comparatif 2 On ouvre un trou de composant dans la même bande de polyimide de 6 mm que dans l'Exemple 2, puis on stratifie sur elle une feuille de cuivre électrolytique de 18 pm d'épaisseur et de résistance à la rupture de 34 kg/mm 2, et on traite, de la même manière que dans l'Exemple 1 le corps du support de film à structure tricouche résultant, pourvu du trou de composant, afin d'obtenir un support de film. Ce support de film présente 100 connexions internes, espacées de 160 pm, larges de 60 pm et épaisses de 17 pm, l'épaisseur du dép St d'étain étant de 0,4 pm Le soudage d'ensemble est réalisé avec les mêmes puces LSI et dans les mêmes conditions que dans l'Exemple 1, puis on mesure la solidité des connexions internes de l'échantillon résultant, à l'aide d'un appareil d'essai de traction Toutes les ruptures observées sont du type coupure de connexions internes, et la résistance du film est de 20 g/connexion en moyenne. Comme cela a été décrit en détail dans ce qui précède, on produit, selon le procédé de la présente invention, une couche conductrice métallique de faible épaisseur, sans mettre en oeuvre de traitement sélectif de gravure nécessitant un processus lithographique compliqué, long et coûteux, sans utiliser de feuille calandrée en alliage de cuivre, qui s'accompagne d'une limitation de la configuration du support de film et est coûteuse, et également sans causer de court-circuit entre les schémas de câblage lors de la structuration, ce qui permet de fabriquer un support de film possédant une solidité de connexions suffisante. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un support de film à connexions d'excellente solidité, qui consiste à enlever du corps d'un support de film, formé d'une structure à deux couches comprenant une couche conductrice métallique et une couche isolante en résine organique, une portion définie de ladite couche isolante, à l'aide d'une machine à découper, afin de former une ouverture, et à découper en même temps une portion de ladite couche conductrice métallique, en tant que couche inférieure de ladite ouverture, afin de diminuer l'épaisseur de ladite couche conductrice métallique de la couche inférieure de l'ouverture. ( 2) Procédé de fabrication d'un support de film à connexions d'excellente solidité selon la revendication ( 1), dans lequel ladite couche isolante en résine organique est une couche isolante en résine polyimide. ( 3) Procédé de fabrication d'un support de film à connexions d'excellente solidité, qui consiste a enlever du corps de support de film à trois couches, obtenu par collage, par l'intermédiaire d'une couche adhésive, d'une couche conductrice métallique sur une couche isolante en résine organique, des portions définies de ladite couche isolante en résine organique et de ladite couche adhésive en tant que couche inférieure de ladite couche isolante en résine organique, à l'aide d'une machine-outil de coupe, afin de former une ouverture, et à découper en même temps une portion de la couche inférieure de ladite couche conductrice métallique, afin de diminuer l'épaisseur de la couche conductrice métallique de la couche inférieure de ladite ouverture. ( 4) Procédé de fabrication d'un support de film à connexions d'excellente solidité selon la revendication ( 3), dans lequel ladite couche isolante en résine organique est une couche isolante en résine polyimide, en résine poly(téréphtalate d'éthylène) ou en résine renforcée par du verre, et ladite couche adhésive est une couche adhésive époxy, uréthane, acrylique, méthacrylique ou isocyanate.