Brevet FR2846847A1 — publié le 20040507

PROCEDE DE FABRICATION DE STRUCTURES DE RESEAUX DE CONDUCTEURS SUR UNE CARTE DE CIRCUITS IMPRIMES. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une carte de circuits imprimés, dans lequel on produit, sur une plaquette de 5 support, en matériau diélectrique et revêtue d'une couche électriquement conductrice, après le dépôt d'une couche photosensible, un motif de connexions adapté aux besoins de l'utilisateur, par photoimpression sur la couche et dans lequel les parties de surface, qui ne sont plus nécessaires, de ces couches sont ensuite éliminées. Les circuits imprimés consistent en un matériau de base, du type plaquette ou également couche mince, qui est électriquement isolant ou bien efficace sur le plan diélectrique, et qui est pourvu sur une face ou bien sur les deux faces de structures de réseaux de conducteurs, les structures de réseaux de conducteurs présentes sur les deux faces du 15 matériau de base pouvant être mutuellement électriquement reliées par l'intermédiaire de trous traversants. Cet établissement d'un contact traversant relie les pistes conductrices de différents niveaux, si bien que l'on peut fabriquer, pour des circuits plus complexes, davantage de deux niveaux de pistes conductrices, sous la forme de ce que l'on 20 appelle des cartes imprimées à plusieurs niveaux, qui sont reliés entre eux aussi bien mécaniquement qu'électriquement. Le matériau de base, ou bien la matière de support, peut consister en du verre / résine époxy, en du verre / polyimide, en du verre / résine époxy avec une partie centrale métallique, en du verre / Téflon ou aussi en de l'oxyde 25 d'aluminium / céramique, et les plaquettes ainsi réalisées, et portant des réseaux de conducteurs, servent à porter des composants électriques et à les relier, sur le plan fonctionnel, suivant le but chaque fois prévu pour cette utilisation. En fonction de la nature matérielle du matériau de base, pour le 30 cas o il s'agit de matières plastiques, on parle de circuits suivant la technique des couches épaisses ou à couches minces, s'il s'agit de matières céramiques. Il existe différentes techniques pour la fabrication des structures métalliques conductrices en règle générale en Cu, dans lesquelles 35 doivent également être intégrés les éléments conducteurs passant dans les trous des plaquettes de support. A l'état initial, une plaquette de support peut être, par exemple, revêtue de Cu sur les deux faces, suivant une épaisseur de couche de 5 Mm à 210 ptm puis, dans une première étape, un motif, correspondant au circuit ultérieur, est appliqué dans cette plaquette au niveau de trous traversants, dont les surfaces intérieures sont ensuite soumises à un précuivrage. Pour la 5 formation d'une couche métallique sur une matière active électriquement isolante, il existe différents procédés, sur lesquels on ne reviendra pas plus en détail ici. Ensuite on dépose, sur la couche de Cu, une photoémulsion, qui est éclairée au moyen d'un film diapositif, qui porte une image négative ou bien aussi une image positive du 10 circuit à fabriquer. Les parties de surface, sans fonctions sur le plan électrique, qui sont définies par exemple par l'image négative, sont éliminées par une opération d'attaque chimique, par exemple un bain de chlorure de cuivre. Le procédé de fabrication de la carte de circuits imprimés se termine par un revêtement des structures métalliques 15 conductrices par un vernis formant réserve de métal d'apport de brasage résistant à la chaleur, qui libère par exemple uniquement les pastilles de métal d'apport de brasage prévues pour un brasage ultérieur, et qui protège, pour le reste, le circuit contre des ponts indésirables de métal de brasage, contre la poussière et contre 20 l'humidité. Au fil d'une miniaturisation croissante des composants électriques ou bien électroniques, se pose la question de la nécessité d'une densité augmentée en conséquence des pistes conductrices, d'une réduction supplémentaire des diamètres des trous, etc., et il devient 25 évident que les procédés pratiqués jusqu'à présent pour la fabrication de structures conductrices présentent des limites. S'y ajoutent des problèmes liés à la densité sans cesse croissante des composants, et résultant de la dissipation nécessaire de la chaleur. Ainsi, un procédé destiné à la fabrication d'une structure 30 conductrice, et dans lequel le circuit est formé par l'intermédiaire d'un procédé photographique, est nettement influencé par les propriétés de la couche photosensible utilisée dans ce procédé, ce qui limite la capacité de définition que l'on peut obtenir. Il existe, certes, la possibilité de fabriquer, par l'intermédiaire d'un 35 usinage au laser, de plus petites structures ayant une densité plus élevée de conducteurs, mais cela suppose toutefois un investissement pour un équipement correspondant d'usinage, et le procédé au laser se révèle en outre, par rapport au procédé photographique mentionné au début, demander beaucoup d'énergie et de temps. Bien sr, il permet d'améliorer la définition des bords mais cependant pas au point de parvenir à ce qui serait souhaitable en soi. Eu égard à ces considérations, le but de la présente invention consiste à proposer un procédé du type indiqué au début, qui permette, avec une dépense d'énergie réduite ou bien limitée, d'obtenir une définition nettement supérieure à ce que l'on peut trouver dans l'état de la technique, tel qu'il a été énoncé plus haut et ce, avec une vitesse 10 élevée de travail. Le but de l'invention consiste, en outre, à permettre la mise en oeuvre d'un tel procédé en utilisant, dans une très large mesure, un équipement courant pour la fabrication de cartes de circuits imprimés, qui est conçu pour l'application de procédés de photoimpression. Ce but est atteint par un procédé, qui se caractérise 15 en ce que l'on utilise, en tant que couche photosensible, une photoémulsion, qui est commercialisée, sous la dénomination SF-125 par la Société DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH, 61343 Bad Homburg. Ce qui est fondamental pour l'invention, est que l'utilisation d'une 20 photoémulsion jusqu'à présent non utilisée dans ce but, a permis de constater de façon surprenante qu'elle permettait d'obtenir une définition considérablement plus grande que ce qu'autorisaient les photoémulsions utilisées pour ce faire jusqu'à présent. On peut, par conséquent, obtenir de plus grandes densités de conducteurs dans le 25 cadre des réseaux de conducteurs à réaliser tout en tenant compte de la tendance d'une miniaturisation croissante. Ce but est atteint, en outre, de manière économique, en particulier du fait qu'il n'y a plus de dépense en énergie liée, par exemple, à un usinage au laser et, d'ailleurs, comme cela a déjà été dit, ce procédé ne permet pas d'obtenir 30 une définition similaire. Ce but est, d'autre part, atteint avec une vitesse de travail plus élevée que celle qui serait réalisable avec un usinage au laser. Plus particulièrement, on utilise un équipement industriel courant pour la fabrication de cartes de circuits imprimés, dans lequel 35 est intégrée l'étape de photoimpression. La dépense, globalement requise pour l'utilisation du procédé selon l'invention, consiste donc uniquement en un remplacement matériel de la photoémulsion usagée. On va maintenant décrire le procédé selon la présente invention, à titre d'exemple et en se référant au déroulement des étapes individuelles du procédé, représentées schématiquement sur les dessins, qui montrent: figure 1: le produit de départ, en une vue de dessus figure 2: un flan de fabrication, en tant que partie du produit de départ; figure 3: un usinage mécanique du flan de fabrication; figure 4: la métallisation directe / le cuivrage chimique du flan de fabrication avec, ensuite renforcement galvanoplastique; figures 5 à 7: les étapes successives du procédé, pour la photoimpression; figure 8: le traitement galvanoplastique suivant; figures 9 à 1: l'élimination de couches sans fonctions, non nécessaires; figure 12: l'application d'un vernis formant réserve de métal d'apport de brasage; et figure 13: le traitement final de surface. Le produit de départ, pour le procédé selon la présente invention, est une pièce 1 en forme de plaque représentée à la figure 1, et qui consiste en un substrat diélectrique, qui reçoit, après détermination d'une pluralité de flans de fabrication 2, un revêtement métallique, consistant par exemple en du Cu. Ce revêtement peut avoir une 25 épaisseur comprise, par exemple, entre 5.m et 210,um. Les flans de fabrication 2 ont tous la même taille et ils constituent chaque fois des flans personnalisés 3 (figure 2), qui sont destinés à être des supports d'un réseau de conducteurs électriques. Le substrat peut être fait, par exemple, en résine époxy. Dans une première étape du 30 procédé, les flans personnalisés 3 sont détachés de la pièce 1, le long des zones de séparation 4 en forme de bandes, par exemple au moyen d'une scie à commande numérique par ordinateur ou bien d'une cisaille à levier, si bien qu'il en résulte, en tant que chute, un quadrillage de séparation, qui se compose de la totalité des zones de séparation 4. Le 35 flan personnalisé 3 consiste donc en une plaquette de support 5, formée à partir du substrat, et qui est uniformément revêtue d'une couche métallique 6, sur la face supérieure et sur la face inférieure. Un premier traitement, à exécuter sur ce flan personnalisé 3, consiste, comme le montre la figure 3, à pratiquer un motif de trous, plus précisément une répartition de trous traversants 7 sur la surface, ces emplacements étant adaptés au circuit à fabriquer en fonction des 5 besoins de l'utilisateur (figure 3). Après l'ébarbage ou bien un nettoyage mécanique, on dispose donc d'un flan personnalisé présentant un motif défini de trous. Dans une étape suivante du procédé, selon la figure 4, les surfaces intérieures des trous 7 sont métallisées, c'est-à-dire qu'elles 10 sont revêtues d'une couche métallique 8, consistant ici en du Cu. Cela peut s'effectuer directement en une seule fois au moyen d'un procédé de dépôt chimique par voie humide, mais cette couche, qui présente une épaisseur réduite de par exemple 1 Mm à 2 pm, peut également être appliquée, par exemple par voie galvanoplastique, sur une couche 15 métallique de fond appliquée au préalable sur la surface intérieure du trou 7, dont les parois sont constituées en majeure partie par le matériau diélectrique du substrat 5. On peut bien entendu envisager également d'autres procédés pour la métallisation de non-conducteurs, par exemple par évaporation, par pulvérisation, par collage, etc.. Après, ici aussi, un nettoyage des surfaces du flan personnalisé 3, on procède au revêtement aussi bien de la face supérieure que de la face inférieure, par une couche 9 consistant en un résist ou en une émulsion photosensible, pour préparer la photoimpression. Cette couche recouvre uniformément, en particulier, le motif de trous ci25 dessus indiqué. Le motif des connexions, qui est adapté aux besoins de l'utilisateur, et qui consiste en une répartition sur la surface de points de contact et de conducteurs s'étendant entre ceux-ci, est fixé sur un support du type film, en tant que positif ou que négatif, et ce support, 30 qui est représenté à la figure 6 par la référence 10, est ensuite placé sur la face supérieure et/ou sur la face inférieure du flan personnalisé 3. Après exposition à la lumière de la couche photosensible 9, à travers le support 10, et ensuite développement, on obtient un motif, qui est formé suivant le circuit correspondant aux besoins de l'utilisateur, sur 35 des parties de surface 11, 1l' au niveau desquelles la matière de la couche 9 a été éliminée, et sur d'autres parties encore recouvertes par la couche 9. Etant donné que, en ce qui concerne la couche photosensible 9, on utilise selon la présente invention une émulsion photosensible, commercialisée par la société DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH, 61343 Bad Homburg, sous la dénomination SF-125, on obtient, par 5 rapport à l'état de la technique tel qu'il a été exposé au début, des possibilités particulièrement appréciables pour la réalisation de structures superfines de motifs conducteurs. La figure 7 montre, à cet égard et uniquement à titre d'exemple, un trou 7, au niveau des extrémités supérieure et inférieure duquel, par 10 rapport à la plaquette de support 5, doivent être fabriqués des points métalliques de contact du type pastilles, dont la taille, chaque fois dans la face supérieure ou aussi dans la face inférieure de la plaquette de support 5, constitue le critère déterminant. Ainsi, la distance latérale entre ces points de contact peut, dans le procédé selon la présente 15 invention, non seulement être diminuée mais l'on peut cependant monter, entre ces points de contact sur la face supérieure et/ou sur la face inférieure de la plaquette de support 5, également des éléments conducteurs, et ce, suivant une densité de conducteurs par rapport à la surface, que l'on ne pouvait pas obtenir jusqu'à présent avec les 20 procédés associés à l'état de la technique, comme cela a été exposé au début. Par conséquent, à la fin de la photoimpression décrite ci-dessus à grands traits, dans la zone des parties de surface 11, 1l', des surfaces métalliques sont exposées, qui sont formées d'une part, si on les 25 regarde dans les plans de la face inférieure et de la face supérieure du flan personnalisé 3, par les couches 6 et, d'autre part, dans la zone des parois du trou 7, par les couches 8. Par voie galvanoplastique, on procède à présent, sur ces parties métalliques de surface, successivement au dépôt d'une couche de Cu 12 et d'une couche 13 30 composée d'un alliage Sn-Pb. Par exemple, la couche 12 peut présenter une épaisseur de 25 pm, et la couche 13 peut avoir une épaisseur de 4,um. La fonction de la couche 13, comme cela ressortira plus nettement de la suite des explications, est limitée à celle d'une couche de résist métallique, tandis que la couche 12 constitue la couche fonctionnelle 35 électrique proprement dite. La couche 12 se raccorde du reste sans soudure à la surface limite, mise à nu selon la figure 7, de la couche 9 et elle présente également essentiellement l'épaisseur de celle-ci, si l'on regarde perpendiculairement à la face supérieure et/ ou à la face inférieure du flan. La couche 13 dépasse donc, suivant son épaisseur, de la surface libre de la couche 9. Les étapes suivantes du procédé, qui sont représentées sur les 5 figures 9 à 1 1, concernent l'élimination de couches sans fonctions, désormais non nécessaires. Ainsi, selon la figure 9, tout d'abord, on élimine la couche 9 restante, qui est composée de la photoémulsion développée, ce qui s'effectue par un procédé chimique par voie humide (figure 8). Ensuite et également par un procédé chimique par voie humide, on élimine le revêtement métallique 6 qui n'est plus nécessaire et ce, exception faite des zones directement recouvertes par la couche de SnPb 13 (figure 10). On obtient ainsi une carte de circuits imprimés dont restent encore les couches 12 représentant le réseau de conducteurs, et 15 qui sont encore recouvertes par ladite couche de Sn-Pb 13. Ensuite, la couche 13 restante est enlevée (figure 11), si bien que les surfaces métalliques de la couche 12 sont désormais exposées, cette couche contenant le réseau de conducteurs y compris les points de contact traversant fournis par les trous 7. Par conséquent, par 20 l'intermédiaire des couches 12, qui se prolongent sur les côtés intérieurs du trou 7, la face supérieure et la face inférieure de la plaquette de support 5 sont mises en liaison électrique. Dans une étape suivante du procédé (figure 12), la zone, située entre les couches 12, et qui a été mise à nu dans les étapes précédentes 25 du procédé, si bien qu'elle est formée par la surface libre de la plaquette de support 5, est comblée par une couche 14, qui consiste en un vernis formant réserve de métal d'apport de brasage, qui s'étend de niveau jusqu'aux parties de surface de la couche 12, s'étendant dans la face supérieure et/ou la face inférieure de la plaquette de support 5. Le procédé se termine par un traitement de surface du réseau de conducteurs, avec une surface brasable. Il est donc évident que, grâce aux réalisations qui viennent d'être décrites, pour fabriquer une telle carte de circuits imprimés, il suffit de disposer d'un équipement courant sur la base d'une photoimpression, 35 pour laquelle on utilise uniquement une photoémulsion particulière, sur l'utilisation de laquelle repose l'obtention d'une définition des bords nettement plus grande et d'une réduction correspondante de la taille des structures conductrices, ou bien d'une augmentation de la densité des conducteurs. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris 5 aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATION 1. Procédé de fabrication d'une carte de circuits imprimés électrique, dans lequel on produit, sur une plaquette de support (5), en matériau diélectrique et revêtue d'une couche électriquement 5 conductrice (6), après le dépôt d'une couche photosensible (9), un motif de connexions adapté aux besoins de l'utilisateur, par photoimpression sur la couche (6) , et dans lequel les parties de surface, qui ne sont plus nécessaires, de ces couches (6, 9) sont ensuite éliminées, caractérisé en ce que l'on utilise, en tant que couche photosensible (9), une 10 photoémulsion, qui est commercialisée, sous la dénomination SF-125 par la Société DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH, 61343 Bad Homburg.