Brevet FR2934457A1 — publié le 20100129

SUBSTRAT BI-FACE ELECTRIQUE LISSE SOMMAIRE La présente invention concerne la réalisation d'un substrat isolant comportant des lignes ou surfaces conductrices présentant les originalités suivantes : Les lignes ou surfaces conductrices sont intégrées au support isolant constituant des surfaces entièrement lisses ne présentant aucune discontinuité d'épaisseur Les liaisons électriques étanches entre les deux faces (vias) sont intégrées dans l'épaisseur du substrat. L'une des faces de référence composée de liaisons électriques quelconques a une rugosité permettant le glissement d'un produit quelconque solide ou liquide avec un coefficient de frottement extrêmement faible sans discontinuité horizontale A titre d'exemple, cette technologie est particulièrement bien adaptée aux dépôts de couches diélectriques aussi faibles que 1 gm avec une épaisseur constante sur toute la surface compte tenue de la constance du coefficient de frottement et de l'absence de discontinuité d'épaisseur 20 Les passages conducteurs étanches permettent de transmettre des signaux électriques entre les faces sans altérer l'intégrité de la face lisse L'une des deux faces peut être utilisée pour la réalisation d'un circuit électronique 25 connecté à l'autre face servant de détection ou de mesure ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans un grand nombre d'applications, les capteurs physico-chimiques sont réalisés par des dépôts mono ou multicouches isolantes ou conductrices ne devant présenter aucune rupture au 30 passage des zones conductrices et isolantes. Dans la plupart des cas, cette surface de dépôt est constituée d'un substrat isolant (verre, céramique...) sur lequel sont déposés des matériaux constituant des lignes ou des surfaces conductrices de faible épaisseur. 35 1 Pour obtenir un dépôt continue de couches isolantes d'une épaisseur comprise entre 0,1 !am et 2 gm (mono ou multicouches) ne présentant pas de variation locale importante d'épaisseur ni de rupture, le décalage de niveau entre les zones conductrices et le substrat isolant doit théoriquement être égal à zéro. De plus, les coefficients de frottement des zones conductrices et des zones isolantes doivent être voisins afin d'obtenir une vitesse d'écoulement homogène pour des dépôts par centrifugation. Malgré la possibilité de réaliser des dépôts métalliques sur des surfaces isolantes de très faible 10 épaisseur, cette discontinuité est beaucoup trop importante par rapport à l'épaisseur de 0,1 à 2 � de dépôt des couches isolantes. De plus, indépendamment des difficultés de réaliser des vias, ces passages créent localement des perturbations de l'état de surface incompatibles avec la constance d'épaisseur des couches 15 isolantes (diélectrique par exemple). Indépendamment de l'hétérogénéité de cette surface, les arêtes conductrices de transition se traduisent par des ruptures du film déposé s'opposant à l'isolement électrique recherché pouvant engendrer des courts-circuits. D'autre part, la prise de contacts électriques sur des dépôts de très faible épaisseur est très difficile à réaliser et affecte la fiabilité de la couche isolante. PRINCIPE - DESCRIPTION 25 A partir d'un substrat isolant d'épaisseur quelconque, dont la température de ramollissement se situe aux alentour de 200°C, des passages interfaces métallisés sont bouchés par une résine conductrice dont les coefficients de dilatation sont similaires à celui du substrat. Une éventuelle opération de polissage a pour objectif de � niveler� le niveau des résines de 30 remplissage. Des surfaces ou lignes conductrices sont réalisées par un procédé quelconque en conformité avec le schéma recherché. 20 Par opposition à la technique antérieure, ces surfaces conductrices (métal gravé chimiquement, sérigraphie de résine conductrice...) peuvent avoir une épaisseur atteignant 20 �m et par conséquent, de supprimer toute fragilité de rupture. En cas de risque de micro fissures entre les zones conductrices et isolantes, une couche supplémentaire isolante dont le dessin complémentaire des zones conductrices est déposé avec un débordement périphérique sur les zones conductrices de l'ordre de 100 gm constitue une � chicane � supprimant tout risque de micro fissures et d'arête vive. L'ensemble du substrat, pouvant atteindre une surface de 600 cm2, est soumis à un pressage hybride à haute température dans lequel l'une des surfaces est en contact avec un plan poli de référence (force) et l'autre surface opposée est soumise à une pression. Cette différence d'application de force entre les deux faces permet d'obtenir une surface rigoureusement lisse de rugosité tendant vers zéro (aspect glacé) tout en n'exerçant pas de compression des métallisations interfaces risquant d'engendrer des ruptures. La durée, la force et la température de cette pression dépend de la surface et de la nature de ce substrat. Dans le cas où les zones conductrices sont métalliques (feuilles ou dépôt électrolytique) la granulométrie de ce métal doit préalablement être réduite par des opérations de polissage ultra fin. 25 Cette technique permet d'intégrer les zones conductrices à l'intérieur du substrat et de définir un plan de référence (zones isolantes et conductrices juxtaposées) ne présentant pas de rugosité. Ce substrat isolant constitué d'une résine chargée, présente également l'avantage de pouvoir être singularisé (séparation des multifonctions juxtaposées) par un système de sciage à grande vitesse 30 peu onéreux. 3 CARACTERISTIQUES PARTICULIERES - Substrat bi-face pouvant constituer un �wafer� dont l'épaisseur moyenne est de l'ordre de 1 mm. - Rugosité de l'une des faces inférieure à 0,1 �m. - Dessin quelconque des lignes conductrices de chacune des faces Passage électrique interfaces (vias) 10 - Découpe facile du substrat (singularisation des unités) par sciage - Dimensions moyennes du substrat atteignant 600 cm2 tout en conservant l'homogénéité de la surface lisse - Résistance d'isolement électrique de plusieurs milliers de mégohms - Possibilité de mise en place automatique des composants du conditionneur électronique associé - Possibilité de contrôler le fonctionnement des multi conditionneurs (non dissociés) avant l'utilisation de l'autre face - Possibilité de déposer des couches isolantes ou conductrices superposés sur l'autre face 25 après la mise en place des conditionneurs électroniques - Possibilité d'ajuster la surface des zones conductrices supérieures pour calibration des caractéristiques métrologiques 15 20 30 4 ILLUSTRATION 1) Zone conductrice intégrée au substrat 2) Passages conducteurs étanches 3) Zones conductrices destinées aux raccordements des composants électroniques 4) Substrat isolant à coefficients de dilatation x ù y identiques MODE DE REALISATION Parmi les différentes possibilités, on peut citer à titre d'exemple la réalisation suivante : 15 - Utilisation d'un substrat isolant dont les deux faces sont métallisées - Perçages de trous de diamètre maximal de 0,3 mm pour un substrat d'une épaisseur de l mm - Métallisation des trous Remplissage de ces trous par une résine conductrice 20 - Ponçage fin des faces par un procédé mécanique Dépôt métallique électrolytique sur l'ensemble des faces y compris sur les extrémités des traversés conductrices - Ponçage fin - Gravure des lignes ou surfaces conductrices suivant le schéma considéré 25 - Pressage hybride à force et température contrôlées UTILISATION Cette technologie de réalisation de plaquettes électriques est applicable dans tous les cas où une surface rigoureusement lisse (granulométrie tendant vers zéro) est nécessaire pour la mise en 30 place de contact glissant ou de dépôt de couches fines (de 0,1 gm à 50 �m) mono ou multi couches pour des applications de cellules capacitives. 5 REVENDICATIONS1. Modes de réalisation d'une plaquette isolante double face comportant sur chacune d'entre elles des zones électriques raccordées par des vias fermés dont l'une au moins des faces est entièrement lisse. 2. Plaquette selon la revendication 1 caractérisé par le dépôt d'une couche complémentaire superposée aux zones de transition isolante ù conducteur. 3. Plaquette selon la revendication 1 caractérisé par l'intégration dans le substrat de l'ensemble 10 des lignes ou surfaces conductrices. 4. Plaquette selon la revendication 1 caractérisé en ce que au moins l'une des faces rigoureusement lisse, ne présente aucune transition d'épaisseur entre les zones conductrices et isolantes ou de micro fissures. 5. Plaquette selon la revendication 1 caractérisé par la réalisation de passages électriques interfaces étanches n'affectant pas l'homogénéité de la face lisse (absence de trous). 6. Plaquette selon la revendication 4 caractérisé par des passages électriques interfaces intégrés 20 dans l'épaisseur du substrat. 7. Plaquette selon la revendication 1 caractérisé par la possibilité de réaliser les lignes ou surfaces conductrices par des dépôts non métalliques conducteurs. 25 8. Plaquette selon la revendication 1 caractérisé par un support de résine chargé par des fibres de verre dont les coefficients de dilatation linéaire perpendiculaires sont identiques. 15 6