Brevet FR2735910A1 — publié le 19961227

SYSTEME D'INTERCONNEXION ET PROCEDE DE REALISATION L'invention concerne un système d'interconnexion de matériaux différents entre circuits (par exemple en or et en argent). Elle est applicable notamment pour l'interconnexion de modules hybrides hyperfréquences. Elle concerne également un procédé de réalisation d'interconnexions. II est connu que dans certaines antennes radars, les circuits hyperfréquences sont situés sur une face d'une plaque de substrat et que les circuits électroniques de commande sont localisés sur une face opposée. Les circuits électroniques de commande sont connectés aux circuits hyperfréquences par des interconnexions (appelées souvent "via trou") qui traversent le substrat. Les circuits hyperfréquences sont couramment en or. Les interconnexions à travers le substrat aux circuits hyperfréquences doivent être faites par sérigraphie. Un autre matériau que de l'or pour ces interconnexions ne procure pas de bons résultats. L'utilisation de l'argent, par exemple, donne lieu à des migrations de l'argent dans l'or et donc à une augmentation de la résistivité de la connexion voire même à des risques de coupures du circuit. Selon une technique antérieure, on prévoit de réaliser en or les connexions des circuits électroniques situés sur la face du substrat opposée à celle portant les circuits hyperfréquences eux-mêmes réalisés en or. Les interconnexions sont alors également réalisées en or. Mais cela augmente les prix de fabrication. L'invention permet de résoudre ce problème d'interconnexions tout en réalisant les connexions des circuits électroniques dans un autre métal que l'or. L'invention concerne donc un système d'interconnexion permettant l'interconnexion de deux circuits réalisés en matériaux différents sur deux faces opposées d'un substrat, les éléments d'interconnexion passant à travers le substrat. Chaque élément d'interconnexion est réalisé en deux parties de matières différentes dont la surface de contact est située à l'intérieur du substrat. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'interconnexion caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - réalisation d'au moins un trou joignant les deux faces d'un substrat; - métallisation de la paroi du trou par une première couche à partir d'une première face selon une profondeur déterminée; - métallisation de la paroi par une deuxième couche à partir de la deuxième face de façon à joindre cette face et la première couche; - remplissage du trou à l'aide d'une troisième couche métallique à partir de la première face selon une profondeur déterminée; - remplissage du trou à l'aide d'une quatrième couche métallique à partir de la deuxième face de façon à joindre cette deuxième face à la troisième couche métallique; - réalisation de circuits à interconnecter sur la première et la deuxième face du substrat. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un exemple général de réalisation d'une interconnexion selon l'invention; - la figure 2, un mode de réalisation de l'interconnexion de la figure 1; - la figure 3, un exemple d'application selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on va donc décrire tout d'abord un exemple général d'une interconnexion selon l'invention. Un substrat S comporte, sur une face S1, des circuits C1 en un premier matériau, en or par exemple. La face S2 opposée à la face S1 comporte des circuits C2 en un deuxième matériau, par exemple en matériau à base d'argent (argent ou argent/palladium). Pour interconnecter les deux circuits C1 et C2, un élément d'interconnexion CX traverse le substrat par un trou joignant les deux faces S1, S2. Par exemple, ce trou a pour diamètre 0,2 à 0,4 mm. L'élément CX est en deux parties: - une partie CX1 connectée aux circuits C1 est en matériau à base du même matériau que celui des circuits C1, en or par exemple; - une partie CX2 connectée aux circuits C2 est en matériau à base du même matériau que celui des circuits C2, en argent ou en argent/palladium par exemple. La jonction entre les matériaux de compositions différentes se fait donc dans le trou c'est-à-dire dans la partie de section la plus petite de ia connexion. Les risques de migration d'un matériau dans l'autre se trouvent donc réduits. La réalisation d'une interconnexion CX se fait comme illustré en figure 2: - réalisation d'un trou TR (diamètre 0,2 à 0,4 mm par exemple); - réalisation d'une première couche de métallisation 1 des parois du trou dans la zone CX2 puis d'une deuxième couche de métallisation 2 des parois du trou dans la zone CXI - réalisation d'une troisième couche de remplissage 3 dans la zone CX1 puis d'une quatrième couche de remplissage 4 dans la zone CX2. La surface de jonction des parties CX1 et CX2 est localisée à l'intérieur du trou et est donc minimale pour réduire les risques de migrations des métaux d'une couche vers les autres couches. La réalisation d'une telle interconnexion se fait préférentiellement selon le procédé suivant: - un trou TR est réalisé à travers le substrat S; - une première couche 1 en matériau à base de celui des circuits S2 est réalisée de façon à recouvrir la paroi interne du trou TR selon une profondeur du trou correspondant à CX2, ce qui constitue une métallisation du trou; - une deuxième couche 2 en matériau à base de celui des circuits S1 est réalisée de façon à recouvrir la paroi interne du trou TR de façon à joindre la face S1 et la couche 1 (métallisation du trou); - une troisième couche 3 en matériau identique à celui de la couche 2 remplit le trou TR selon la partie CXI;; - une quatrième couche 4 en matériau identique à celui de la couche 1 remplit le trou TR de façon à joindre la face S2 et la partie CX1. Ces différentes couches sont réalisées par exemple par sérigraphie et font l'objet de recuits pouvant atteindre 850"C. Les circuits C1 et C2 sont ensuite réalisés sur les faces S1 et S2 et sur les extrémités des interconnexions telles que CX. Dans le cas de circuits C1 en or et C2 en argent, les différentes couches sont faites à l'aide d'encres à base: d'or pour les couches 2 et 3 et d'argent/palladium pour les couches 1 et 4. La figure 3 représente un exemple d'application d'un circuit d'interconnexion selon l'invention. On retrouve le substrat S avec les circuits C1 et C2 interconnectés par des connexions telles que CX. Différents circuits tels que C3 sont réalisés connectés aux circuits C2. Ces différents circuits sont réalisés en couches sérigraphiées et isolées par des couches diélectriques Dl. La réalisation d'un tel composant peut nécessiter jusqu'à une vingtaine d'étapes de sérigraphie avec les opérations de recuits (à 850"C) correspondantes. La réalisation des connexions CX doit donc résister à toutes ces étapes de recuits. L'invention présente les avantages suivants: - pour la réalisation des circuits C2 I'utilisation de l'argent au lieu de l'or permet de réduire le coût du composant; - les circuits C1 hyperfréquences étant en or, les connexions réalisées selon l'invention réduisent les risques de migration de l'argent vers l'or dans les zones de contacts entre les deux métaux; - la dérive de résistivité de telles connexions après une vingtaine de recuits à 850"C ne dépasse pas 15 %; - le procédé de réalisation des connexions en quatre étapes permet de réaliser une bonne métallisation des parois internes des trous, puis un bon remplissage des trous; ; - on notera que les trous sont réalisés au laser C02 ce qui induit une vitrification des parois des trous et la métallisation des trous se fait selon un mécanisme d'adhérence du type verre. REVENDICATIONS 1. Système d'interconnexion permettant l'interconnexion de deux circuits (C1, C2) réalisés en matériaux différents sur deux faces opposées (S1, S2) d'un substrat (S), les éléments d'interconnexion passant à travers le substrat caractérisé en ce que chaque élément d'interconnexion (CX) est réalisé en deux parties (CX1, CX2) de matières différentes dont la surface de contact est située à l'intérieur du substrat. 2. Système d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits (cri) situés sur une face (S1) du substrat (S) sont en or et les circuits (C2) sur l'autre face (S2) du substrat sont à base d'argent, chaque élément d'interconnexion (CX) traversant le substrat ayant sa partie (CX1) en contact avec un circuit en or réalisée en or tandis que la partie (CX2) de l'élément d'interconnexion qui est en contact avec le circuit à base d'argent, est réalisé en argent ou à base d'argent. 3. Procédé de réalisation d'interconnexion caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - réalisation d'au moins un trou (TR) joignant les deux faces (S1, S2) d'un substrat (S); - métallisation de la paroi du trou par une première couche (1) à partir d'une première face (S2) selon une profondeur déterminée CX2; - métallisation de la paroi par une deuxième couche (2) à partir de la deuxième face (S1) de façon à joindre cette face et la première couche (1); - remplissage du trou à l'aide d'une troisième couche métallique (3) à partir de la première face (Si) selon une profondeur (cl1) déterminée; - remplissage du trou à l'aide d'une quatrième couche métallique (4) à partir de la deuxième face (S2) de façon à joindre cette deuxième face à la troisième couche métallique; ; - réalisation de circuits à interconnecter sur la première et la deuxième face du substrat. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les différentes couches sont réalisées par sérigraphies et recuits, et les couches sont réalisées à l'aide d'encre métallique. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les circuits (C1) à interconnecter de la première face (S1) sont en or, les circuits (C2) à interconnecter de la deuxième face (S2) sont en argent ou à base d'argent et en ce que les différentes couches (1 à 4) d'un élément d'interconnexion sont réalisées avec des encres à base d'or pour les couches (2 et 3) et à base d'argent (ou d'argent/palladium) pour les couches (1 et 4).