Brevet FR2685159A1 — publié le 19930618

PROCEDE DE FABRICATION DE CIRCUITS ELECTRONIQUES A MICRO COMPOSANTS NUS ET CIRCUIT ENCAPSULE REALISABLE PAR CE PROCEDE L'invention concerne les circuits électroniques dits hybrides, comprenant des micro-composants tels que des puces de circuits intégrés et des pavés de composants actifs ou non, portés par une carte de circuit imprimé, directement ou par l'intermédiaire de substrats intermédiaires. Les micro-composants d'un tel circuit doivent être protégés contre les agressions de l'environnement. Pour cela on utilise couramment diverses solutions. On a en particulier encapsulé les micro-composants dans des boîtiers scellés ou remplis d'une matière d'enrobage. Cette solution est coûteuse et encombrante. On a également proposé de placer un circuit hybride tout entier dans un grand boîtier hermétique. Si cette solution permet de réduire considérablement l'encombrement, elle a l'inconvénient majeur d'exiger un boîtier coûteux, puisqu'il doit être hermétique malgrès le grand nombre de ses liaisons avec l'extérieur. Au surplus sa grande dimension le rend inapte à résister à de fortes variations de pression, comme celles que l'on rencontre en cas d'application sur un véhicule spatial ou sous-marin. L'invention vise notamment à fournir un procédé d'encapsulation permettant à la fois d'obtenir un encombrement réduit et un coût dtintégration faible. Dans ce but l'invention propose notamment un procédé d'encapsulation de circuit hybride à micro-composants répartis sur un substrat, caractérisé en ce qu'on constitue, sur le substrat équipé de micro-composants nus et une carte de circuit imprimé qui le porte, une couche solide, isotrope imperméable à l'air et d'épaisseur supérieure à 15 pm de matériau organique, par dépôt sous vide. Grâce au dépôt sous vide, le risque d'inclusion de bulles est complètement évité. La couche immobilise les particules métalliques microscopiques qui pourraient provoquer des courts-circuits ou des coupures. Aucune cavité hermétiquement close ne subsiste, ce qui rend le montage résistant aux variations de pression. La couche constitue une protection mécanique et climatique et assure une isolation électrique. Elle renforce la tenue mécanique des fils d'interconnexion réalisés en microcâblage, ce qui rend inutile l'emploi des vernis habituels. Parmi les matériaux utilisables pour constituer la couche, on peut notamment citer ceux qui permettent de réaliser une couche de polyparaxylilène. Parmi ces matériaux, celui connu sous la marque "Parylène" présente un intérêt particulier. Il se présente sous forme d'un duomère, qu'on peut vaporiser sous vide primaire sous forme de monomère et qui se condense sur les surfaces à revêtir sous forme d'un polymère. Les couches réalisées n'enferment pas de bulles, sont complètement isotropes et permettent d'atteindre des températures dépassant 100"C sans risque de dégradation. Le dépôt par condensation sous vide évite d'emprisonner de l'air ou de l'humidité. On peut envisager l'utilisation d'autres matériaux que les polyparaxylilènes, par exemple de dérivés du chlorure de vinyle, bien que cette solution soit moins satisfaisante. Dans la pratique, il sera inutile de dépasser une épaisseur d'environ 40 pm. La couche peut être constituée en deux opérations successives, en partant de matériaux différents. La couche interne, la plus épaisse, sera alors choisie pour assurer l'herméticité. La couche externe sera en un matériau constituant une barrière évitant l'action de l'oxygène sur la couche interne à température élevée. Il existe notamment plusieurs variétés de polyparaxylilène permettant de constituer une telle couche composite. La couche interne (en Parylène C par exemple) pourra alors avoir une épaisseur d'une vingtaine de microns tandis que la couche externe (en Parylene D par exemple) aura quelques microns seulement. L'invention propose également un circuit électronique susceptible d'être obtenu par le procédé cidessus défini, comportant un substrat d'interconnexion fixé sur une carte de circuit imprimé (éventuellement équipée de composants discrets), portant des micro-composants électroniques nus et muni de moyens de liaison électrique avec le circuit imprimé, caractérisé en ce que l'ensemble de la carte, du substrat et des micro-composants (ainsi éventuellement que des composants discrets) est recouvert directement d'une couche étanche, mince, d'épaisseur supérieure à 15 pm, de matériau organique dépourvu d'inclusion de gaz. Un couvercle destiné simplement à assurer une protection mécanique supplémentaire, avantageusement démontable, peut être fixé sur la carte autour du substrat de façon à compléter la protection mécanique des microcâblages. Le couvercle n'assure pas une liaison étanche (et ne doit pas assurer une liaison étanche) de façon à éviter la présence de cavités closes à pression constante, qui donneraient naissance à des forces de pression différentielle en cas de changement de pression extérieur. Si nécessaire, des micro-fuites peuvent être prévues dans le couvercle ou à la jonction entre couvercle et carte. Il faut bien noter que la couche mince d'un dispositif suivant l'invention est totalement différente, aussi bien en ce qui concerne son emplacement que sa fonction, de celle qui revêtirait un boîtier de protection de type connu. Dans ce dernier cas en effet, la plupart des avantages mentionnés plus haut sont perdus et en particulier il subsisterait une cavité de dimension importante fermée hermétiquement et donc sensible aux variations de pression. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un circuit encapsulé constituant un mode particulier de réalisation - la figure 2 est un organigramme de principe montrant un déroulement possible des étapes du procédé de réalisation du circuit de la figure 1. Le circuit montré en figure 1 comporte une carte d'interconnexion 10 sur laquelle peuvent être fixés directement des composants discrets 12 de forme et de nature quelconques, qui reçoit un ou plusieurs circuits hybrides ayant chacun un substrat d'interconnexion 14 portant et reliant des composants micro-électroniques nus, tels que des puces 16 de circuit intégré actif et des pavés 18 (généralement passifs). Dans le cas illustré, la carte 10 de circuit imprimé est multicouches, double faces et comporte donc des trous métallisés de traversée, servant notamment à la fixation des pattes 20 des composants discrets. La séquence de fabrication d'un tel circuit peut être celle montrée en figure 2. Le substrat 14 (ou chaque substrat) et la carte 10 sont équipés au cours d'opérations qui peuvent être effectuées en parallèle. D'une part, les micro-composants 16 et 18 sont micro-câblés, par des procédés qui peuvent être l'un quelconque de ceux couramment utilisés à l'heure actuelle (fils souples 21, brasure dure, brasure tendre, TAB). Ils sont généralement maintenus mécaniquement sur le substrat par collage. Le substrat lui-même sera fréquemment un substrat en céramique, par exemple en alumine. Généralement, le circuit hybride ainsi constitué correspondra à une fonction complète. Parallèlement, les composants discrets 12 sont montés sur la carte 10 par des procédés traditionnels, par exemple par soudage de pattes dans des trous métallisés de la carte. Dans le mode de réalisation représenté, la carte 10 est munie d'un drain thermique 22, pouvant être constitué par une plaque métallique mince débordant latéralement de part et d'autre de la carte pour être reliée thermiquement au bac de réception. Le connecteur 24 de la carte est également fixé à la carte et relié au circuit imprimé porté par la carte. Dans le mode de réalisation illustré, le substrat 14 est monté sur la plaque par l'intermédiaire d'une semelle intermédiaire 26 qui déborde latéralement du circuit de façon à faciliter la fixation sur la carte 10. La semelle peut également avoir un rôle de dissipateur thermique et/ou d'adaptateur de coefficients de dilatation thermique. La semelle peut être fixée de façon simple, par exemple à l'aide de vis 28. Le raccordement des pistes du substrat avec la carte peut être réalisé par l'intermédiaire de broches 30 soudées dans les trous métallisés de la carte et traversant éventuellement la semelle 26 et le drain 22 à travers une perle ou une barrette isolante 32. La carte étant ainsi complète du point de vue électronique, les diverses fonctions peuvent être vérifiées et réglées. Les composants ne répondant pas aux spécifications peuvent être changés, d'autant plus facilement que les micro-composants sont à nu et que leurs plages de liaison sont directement accessibles. La carte équipée est alors soumise à l'opération de revêtement destinée à l'enrober totalement sur les deux faces. Elle est pour cela placée dans une enceinte que l'on met sous un vide primaire. La couche d'enrobage 36 est formée par vaporisation d'un produit susceptible de former par condensation un polymère organique isotrope, d'épaisseur régulière, ne présentant pas de fissure dans les angles vifs. Comme on l'a indiqué plus haut, on peut notamment utiliser des dépôts organiques de polyparaxylilène vendus sous la marque "Parylene" notamment par la Société Union Carbide. Par condensation sur le support de réception, ce matériau constitue progressivement une couche isotrope, transparente, régulière, n'emprisonnant pas de bulle puisque le dépôt s'effectue sous vide, étanche, d'une épaisseur d'une vingtaine de microns. On peut noter qu'au contraire un dépôt de silicone, par exemple, risquerait d'emprisonner de l'humidité. La couche se constitue sur l'ensemble des surfaces non masquées qui peuvent représenter l'ensemble du circuit, exception faite des contacts du connecteur. La couche étant transparente, elle permet de lire les marques portées par les composants et de déterminer l'emplacement des pistes conductrices. Finalement le couvercle ou chaque couvercle de protection 38 est mis en place et fixé, avantageusement de façon démontable, par exemple à l'aide de vis 40. Le couvercle peut être léger, car il n'assure qu'une fonction mécanique de protection complémentaire, évitant par exemple d'accrocher les composants. Un circuit constitué suivant l'invention est aisément réparable en enlevant localement la couche de protection par découpe autour de la zone d'intervention, pelage local, réparation et dépôt du revêtement, sur tout le circuit ou tout au moins dans une région débordant de celle qui a été pelée. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de circuits électroniques hybrides encapsulés, suivant lequel on monte des microcomposants nus (16,18) sur un substrat (14), caractérisé en ce que l'on constitue, sur le substrat (14) équipé des micro-composants nus et sur un circuit imprimé (10) qui le porte, une couche solide, isotrope, imperméable à l'air, d'épaisseur supérieur à 15 pm de matériau organique, par dépôt solide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise séparément le substrat par montage des micro-composants (16,18) et la carte de circuit imprimé (10) par fixation de composants discrets (12) et en ce qu'on reporte ensuite le substrat sur la carte. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on donne à la couche une épaisseur ne dépassant pas 40 pm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce que l'on constitue la couche par condensation de polyparaxylilène. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on constitue la couche d'un revêtement interne en matériau choisi pour assurer l'étanchéité et d'un revêtement externe, plus mince, en matériau constituant une barrière évitant l'action de l'oxygène sur la couche interne. 6. Circuit électronique comportant au moins un substrat (14) d'interconnexion fixé sur une carte (10) de circuit imprimé, portant des micro-composants électroniques (16,18) nus et muni de moyens de liaison électrique (30) avec le circuit imprimé, caractérisé en ce que l'ensemble de la carte (10), du substrat (14) et des micro-composants (18,16) est recouvert directement d'une couche étanche, mince, d'épaisseur supérieure à 15 pm, de matériau organique dépourvu d'inclusion de gaz. 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un couvercle (38) de protection mécanique fixé de façon démontable sur la carte autour du substrat. 8. Circuit selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le substrat (14) est fixé sur une semelle reportée sur la carte. 9. Circuit selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que la carte porte, sur une face au moins, un drain thermique (22) en forme de plaque, et en ce que les liaisons entre le substrat (14) ou chaque substrat et la carte s'effectuent par des broches traversant le drain thermique par l'intermédiaire de moyens d'isolement (32). 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il est double face et porte des composants discrets (12) fixés par soudage de pattes desdits composants discrets dans des trous métallisés de la carte, ladite carte étant revêtue sur ses deux faces.