FR2459557A1 - Support metallique pour reseau d'interconnexion de composants electroniques et procede de fabrication de ce support - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION A POUR OBJET UN SUPPORT POUR RESEAUX D'INTERCONNEXION DE COMPOSANTS ELECTRONIQUES ET UN PROCEDE DE FABRICATION DE CE SUPPORT. SELON L'INVENTION, CE SUPPORT COMPREND UN SUBSTRAT METALLIQUE RECOUVERT D'UNE COUCHE D'ALUMINIUM A STRUCTURE EN GRAIN OXYDEE ANODIQUEMENT. LE SUBSTRAT EST DE PREFERENCE EN ALUMINIUM. APPLICATION EN MICROELECTRONIQUE.
Description
La présente invention a pour objet un support métallique pour réseau
d'interuonnexion de composants
électroniques et un procédé de fabrication de ce support.
Elle trouve une application en microélectronique.
Dans le domaine de la microélectronique, un certain
nombre de circuits d'interconnexion de composants sont ec-
tuellement réalisés en technologie hybride.
Un circuit hybride se compose d'un support isolant généralement d'origine minérale, sur lequel sont déposées des couches de liaison conductrices et des composants passifs
(résistance, condensateurs, inductances),ou actifs (semi-
conducteurs, circuits intégrés)] rapportés par soudure ou brasure. Deux techniques sont actuellement utilisées pour réaliser de tels circuits hybrides: par couche mince ou
par couche épaisse.
Les circuits en couche mince sont réalisés à partir d'un support isolant sur la surface duquel sont déposées, par différents procédés (évaporation, pulvérisation cathodique, dépôt chimique, craquage, pyrolise, etc...) des couches qui servent à former le circuit. Après dépôt de chaque couche,
une opération de gravure sélective (par voie chimique ou élec-
trochimique) au travers d'un masque, permet de réaliser le circuit. Dans les cas particuliers de structures très simples,
on peut envisager un dépôt direct au travers d'un masque.
Les circuits à couche épaisse sont réalisés par impression directe sur un support isolant de pâtes ou encres conductrices, résistantes ou isolantes, au moyen de procédés classiques de sérigraphie. Le support, après avoir reçu son
impression, est cuit au four afin que le dép t s'y lie par-
faitement. Actuellement, les principales encres utilisées se cuisent à des températures élevées, supérieures à 6500C, ce qui impose au substrat de tenir une température au moins aussi
haute. Cependant, des encres à bas point de cuisson sont ap-
parues, par exemple des encres polymères, qui se cuisent &
environ 200 C.
Quelle que soit la technique retenue, couche mince
ou couche épaisse, les supports isolants utilisés sont ac-
tuellement des verres ou des céramiques, tels que l'alumine ou l'oxyde de béryllium et, dans certains cas particulier, le saphir. Ces supports présentent tous des inconvénients:
- verres et alumines sont des supports fragiles, mauvais dis-
sipateurs thermiques et de colt relativement élevé,
- l'oxyde de béryllium possède une bonne conductibilité ther-
mique, mais il présente une très grande toxicité à l'emploi et il est lui aussi de coOt élevé, - le saphir, bien qu'intéressant sur le plan thermique, a un
prix prohibitif.
Toua ces supports sont en outre de faibles dimen-
sions (1dm2 pour les plus grands), à cause de leur fragilité
et de leur difficulté de fabrication.
Comme en microélectronique, la tendance est toujours
à une plus forte intégration de composants, on se trouve iné-
vitablement confronté au problème des dimensions des substrats
et de leur dissipation thermique.
Pour bénéficier d'une meilleure dissipation thermique, il parait intéressant d'utiliser, comme support de base, des métaux. L'utilisation de ces derniers est possible sous réserve
qu'ils soient recouverts d'une couche isolante de faible épais-
seur pouvant recevoir les dépôt nécessaires à la réalisation
du circuit d'interconnexion.
Parmi les métaux utilisables dans cette application,
l'aluminium présente un intér&t particulier. En effet, ce mé-
tal est bon conducteur thermique, il est peu fragile, son prix
est modique et son oxyde A1 203 est un bon isolant.
En outre, l'obtention de cet oxyde, en surface d'un
substrat d'aluminium, est aisé par le procédé d'oxydation anodi-
que. La couche d'oxyde que l'on peut obtenir a une épaisseur qui peut varier entre quelques microns et quelques dizaines
de microns, selon l'isolement et la tension de tenue désirés.
Cependant, cette couche d'alumine présente un grave
inconvénient, car elle supporte très mal les chocs thermiques.
En effet, pour des températures supérieures & 13GOC, il appa-
rait, sur une telle couche d'alumine, une multitude de
cassures; ce phénomène est appelé couramment "fatençage".
Ces cassures sont dues en grande partie & la différence de
coefficients de dilatation entre l'aluminium et son oxyde.
Elles entraînent des défauts d'isolement et de tension de tenue, rendant inutilisable ce genre de support dans les
réseaux d'interconnexion de composants.
Le même phénomène apparaît si l'alumine est obtenue à partie d'une fine feuille d'aluminium laminée sur un autre
métal.
Une autre méthode peut être utilisée pour recouvrir
un métal d'une fine couche d'alumine: elle consiste à pro-
Jeter sur celui-ci une poudre d'alumine par l'intermédiaire
d'un plasma d'arc, par exemple.
Les couches ainsi obtenues présentent en général un bon aspect et ont un bon comportement aux chocs thermiques,
mais elles ne sont Jamais exemptes de porosité,d'o des dé-
fauts possibles d'isolement et de tension de tenue.
La présente invention a Justement pour objet un
support qui ne présente pas ces inconvénients.
De façon précise, l'invention a pour objet un support
pour réseau d'interconnexion de composants électroniques, ca-
ructgrisé en ce qu'il comprend un substrat métallique recou-
vert d'une couche d'aluminium à structure en grain, dont l'épaisseur peut varier entre quelques microns et quelques
dizaines de microns, cette couche étant oxydée anodiquement.
De préférence, le substrat métallique est en alu-
minium corroyé.
L'invention a également pour objet un procédé de fabri-
cation de ce support, caractérisé en ce que l'on part d'un substrat métallique, on dépose sur ce substrat une couche
d'aluminium à structure en grain, puis on effectue une oxyda-
tion anodique de ladite couche.
De préférence, le dépOt d'aluminium à structure en
grain s'effectue par plasma d'arc à partir d'une poudre d'alu-
minium. Cette technique de dépôt est décrite notamment dans
le brevet franqais n9 7427313 demandé le 6 août 1S74 et inti-
tulé "Fabrication de guides d'ondes circulaires à revêtement diélectrique". L'oxydation anodique présente la particularité de créer une couche d'alumine dont le volume est supérieur au volume du métal qui lui a donné naissance. Ce gonflement permet d'obtenir une couche d'alumine sans porosité que l'on
peut ou non colmater.
O La couche d'alumine ainsi obtenue sur le support métallique, qui est par exemple en aluminium corroyé, peut être soumise à des chocs thermiques importants. sans subir de détérioration. La limite supérieure est fixée par le point de
fusion du métal recouvert.
Cette technologie de support métallique recouvert d'une couche d'alumine obtenue à partir d'un dépôt d'aluminium à structure de grain oxydé anodiquement permet de réaliser
d'excellents supports, entre autres polir les circuits hybrides.
En effet, ces supports -présentent une très bonne dissipation thermique,
-peuvent être réalisés en grande surface et de manière conti-
nue avec un équipement industriel approprié, ce qui conduit à un-faible prix de revient, - résistent très bien aux chocs thermiques,
- présentent de bonnes caractéristiques électriques et méca-
niques, - autorisent que le dépôt et son oxydation anodique soient effectués partiellement sur la surface du support métallique, ce qui permet d'effectuer des raccordements thermiques et
électriques présentant de meilleures caractéristiques.
Dans le cas particulier o le métal de base est lui-même de l'aluminium, ce type de support peut être utilisé
comme support de circuits hybrides couche épaisse pouvant at-
teindre de grandes dimensions et mettant en oeuvre des encres sérigraphiques ne nécessitant pas une température de cuisson élevée. Ces produits sont appelés à un développement important
en raison de l'économie d'énergie qu'ils entrainent, compara-
tivement aux encres à cuisson à haute température.
A titre d'exemple, on peut réaliser un support ayant les caractéristiques suivantes:
ALUMINIUM DE BASE UTILISE:
A5 poli optique, épaisseur lmm.
CARACTERISTIQUE DU DEPOT D'ALUMINIUM EN GRAIN
- dépdt sur aluminium de base par plasma d'arc sous
vide à partir d'une poudre d'aluminium de granulo-
métrie < 10pm, - epaisseur déposée: 25 pm, - état de surface: 50 p CLA (Center Line Average)
CONDITIONS D'OXYDATION DE LA COUCHE D'ALUMINIUM:
- bain d'oxydation type sulfurique, concentration 150g/litre, température du bain durant l'oxydation: 20 + 0,5 C, - densité de courant constante: 1,5/Adm2,
- amenée de courant uniquement sur la couche d'alumi-
nium déposée,
- temps d'oxydation: 30 minutes.
CARACTERISTIQUES DE LA COUCHE D'ALUMINE OBTENUE:
- épaisseur oxydée: 12 pm, - adhérence de la couche d'Al203: supérieure à 5kg/mm, - tension de tenue 400 volts, - résistance d'isolement sous 250 volts: 10 GO,
- aucune fissuration de la couche après essai de va-
riation rapide de température entre -25 et 400 C
(méthode des 2 chambres).
De toute façon, les caractéristiques et avantages de
la présente invention apparaîtront mieux après la description
qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif
et nullement limitatif. Cette description se réfère à des des-
sins sur lesquels: - la figure I illustre les différentes phases de fabrication d'un support selon l'invention; - la figure 2 illustre les différentes phases d'un procédé de fabrication dans lequel on laisse subsister des parties métalliques accessibles sur le support, - la figure 3 représente un exemple de réalisation d'une pièce en forme,
- la figure 4 représente un autre exemple de réali-
sation d'une pièce en forme.
La figure 1 illustre les différentes phases de fabri-
cation de ce support: - en (a), il s'agit d'un substrat 10. de départ, en aluminium, - en (b), ce substrat est recouvert d'une couche 12 d'aluminium à structure en grain,
- en (c), une couche d'alumine 14 est réalisée par oxydation ano-
dique sur la couche 12.
Dans un certain nombre d'applications,il peut être avantageux de pouvoir accéder directement au support, soit que
l'o-n souhaite établir des contacts thermiques en montant direc-
tement l'élément dissipateur, soit pour établir des connexions
électriques comme par exemple la prise d'un potentiel de réfé-
rence, soit enfin, que l'on est en présence d'une pièce de forme dont une partie seulement est destinée à recevoir un réseau de conducteurs. Le procédé de l'invention s'applique parfaitement à ces différents cas. Il utilise alors des techniques de masquage,
connues en soi, et faisant appel généralement à des photopoly-
mères.
Les phases essentielles du procédé sont illustrées sur la figure 2. On part encore d'un support de base 10 en aluminium (a). On dépose ensuite (b) une couche d'aluminium à structure en
grain à travers un masque 20, puis on effectue l'oxydation ano-
dique. Il reste alors à éliminer le masque par pelage ou mieux
par dissolution dans un solvant approprié, ce qui évite d'arra-
cher des particules d'alumine aux lignes d'interface. On obtient ainsi des zones isolées prêtes à recevoir une circuiterie électrique et, d'autre part, des zones laissant apparaître le
support (c).
Les figures 3 et 4 montrent deux exemples de réalisa-
tion de pièces de forme sur lesquelles on réalise un dépôt d'alu-
minium à structure en grain oxydé anodiquement.
Claims (8)
1. Support pour réseau d'interconnexion de composants électroniques, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat métallique recouvert d'une couche d'aluminium à structure en grain, dont l'épaisseur peut varier entre quelques microns et quelques dizaines de microns, cette couche étant oxydée anodi- quement.
2. Support selon la revendication 1, caractérisé en
ce que le substrat métallique est en aluminium corroyé.
3. Support selon l'une quelconque des revendications
1 et 2, caractérisé en ce que la couche d'oxyde d'aluminium
n'occupe que partiellement la surface du support.
4. Support selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que la couche d'alumine est recouverte
de dépôts de surface réalisant par méthode soustractive un ré-
seau d'interconnexions de composants électroniques.
5. Support selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que la couche d'alumine est recouverte de dépôts de surfaces sélectifs réalisant par méthode additive
un réseau d'interconnexions de composants électroniques.
6. Procédé de fabrication du support selon la reven-
dication 1, caractérisé en ce que l'on part d'un substrat mé-
tallique, on dépose sur ce substrat une couche d'aluminium à structure en grain, puis on effectue une oxydation anodique de
ladite couche.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dépôt d'aluminium à structure en grain s'effectue
par plasma d'arc à partir d'une poudre d'aluminium.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications
6 et 7, caractérisé en ce que le dépôt d'aluminium à structure en grain et l'oxydation anodique s'effectuent à travers des masques laissant subsister sur le substrat des zones directement accessibles.
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