FR2471119A1 - THIN-FILM ELECTRONIC CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Abstract
A.CIRCUIT ELECTRONIQUE EN COUCHE MINCE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION. B.CIRCUIT ELECTRONIQUE EN COUCHE MINCE CARACTERISE EN CE QUE LA COUCHE D'OXYDE METALLIQUE 4 DEPOSEE SUR LE SUBSTRAT 5 PORTE DANS LA ZONE DU SECOND MODELE M UNE COUCHE 8 ELABOREE A PARTIR DE CE MEME METAL A PARTIR DUQUEL EST FORME L'OXYDE METALLIQUE DE LA COUCHE D'OXYDE METALLIQUE 4. C.L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA REALISATION D'ELEMENTS D'AFFICHAGE.A. THIN LAYER ELECTRONIC CIRCUIT AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING. B. THIN LAYER ELECTRONIC CIRCUIT CHARACTERIZED IN THAT THE METAL OXIDE LAYER 4 DEPOSITED ON THE SUBSTRATE 5 DOES IN THE ZONE OF THE SECOND MODEL M A LAYER 8 MADE FROM THIS SAME METAL FROM WHICH THE METAL OXIDE IS FORMED OF THE METAL OXIDE LAYER 4. C. THE INVENTION APPLIES IN PARTICULAR TO THE REALIZATION OF DISPLAY ELEMENTS.
Description
1io L'invention part d'un circuit électronique en couche mince avec uneThe invention starts from a thin-film electronic circuit with a
plaque de substrat constituée d'unsubstrate plate consisting of
matériau isolant et avec une couche d'oxyde métallique électri- insulating material and with an electrically
quement conductrice recouvrant partiellement la plaque de substrat, cette couche constituant un premier modèle et un second modèle, ces deux modèles étant corrélés au moins en un conductive layer partially covering the substrate plate, this layer constituting a first model and a second model, these two models being correlated at least in one
point, et le premier modèle définissant des éléments constitu- point, and the first model defining elements
tifs du circuit électronique en couche mince tandis que le second modèle définit les voies conductrices et/ou des contacts of the thin-film electronic circuit while the second model defines the conductive pathways and / or contacts
de raccordement.connection.
On connait déjà des circuits électroniques en couche mince de ce type, dans lesquels la couche d'oxyde métallique est constituée de bioxyde d'étain ou bien d'oxyde d'indiumo De tels circuits en couche mince sont utilisés pour la construction de composants électroniques tels que par exemple des éléments d'affichage à cristaux liquides, à décharge dans des gaz, et à électroluminescenceo Dans le cas de ces circuits en couche mince la couche d9oxyde métallique présente Thin-film electronic circuits of this type are already known, in which the metal oxide layer consists of tin dioxide or of indium oxide. Such thin-layer circuits are used for the construction of electronic components. such as, for example, liquid crystal display, gas discharge and electroluminescence display elements. In the case of these thin-film circuits, the metal oxide layer exhibits
certaines propriétés qui ont un effet néfaste lors de la cons- certain properties that have a detrimental effect on
truction et de l'exploitation de tels éléments d2affichage 1o- dans les contacts par enfichage qui doivent être prévus à l'intérieur du second modèle pour l'alix and the use of such display elements 1o in the plug contacts which must be provided within the second model for the alix.
mentation des tensions de fonctionnement il existe des résis- of operating voltages, there are
tances de transmission élevées; 20- et surtout lorsqu'une constitution complexe est astreinte à utiliser un passage de conduction étroit, des résistances trop élevées prennent naissances dans high transmission rates; 20- and especially when a complex constitution is constrained to use a passage of narrow conduction, resistances too high take births in
les conducteurs de liaison entre le contact et l'élément consti- connecting conductors between the contact and the constituent element
tutif c'est-à-dire à l'intérieur du second modèle; 3.- comme la surface de la couche d'oxyde métallique à l'intérieur des deux modèles ne permet pas de connexion ni de soudure, des éléments semi-conducteurs, par exemple des blocs de commande, ne peuvent pas Utre intégrés dans tutif that is to say inside the second model; 3.- Since the surface of the metal oxide layer inside the two models does not allow connection or soldering, semiconductor elements, for example control blocks, can not be integrated in
l'élément d'affichage.the display element.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne a cet effet un circuit électronique en couche mince caractérisé en ce que la couche d'oxyde métallique porte dans la zone du second modèle une couche élaborée à partir de ce même métal dont est constitué l'oxyde métallique de la The object of the invention is to remedy these drawbacks and concerns for this purpose an electronic circuit in a thin layer, characterized in that the metal oxide layer carries in the zone of the second model a layer made from the same metal of which is constituted the metal oxide of the
couche d'oxyde métallique.metal oxide layer.
2.-2.-
Le circuit en couche mince conforme à l'in- The thin-film circuit conforms to the
vention présentant les caractéristiques définies ci-dessus apporte par rapport aux solutions connues une réduction de la: résistance de transmission sur les contacts, une amélioration de la conductibilité dans les conducteurs d'alimentation et la possibilité d'obtenir une surface permettant des connexions et des soudures dans la zone des contacts de raccordement, L'invention va être expliquée plus en détail en se référant à des exemples de réalisation du circuit en couche mince conforme à l'invention représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 montre la caractéristique potentiodynamique U/I d'une couche de In 203 avec une résistance superficielle d'environ 20SL par mm dàns une solution à 2 n H2SO4 - les figures 2aà2d représentent en coupe un circuit électronique en couche mince conforme à l'invention en cours de réalisation, la figure 3 montre un premier exemple d'application d'un circuit électronique en couche mince confonne à l'invention, - la figure 4 montre un second exemple d'application d'un circuit électronique en couche mince conforme à l'invention, - la figure 5 montre un troisième exemple d'application d'un circuit électronique en couche mince conforme The invention having the above-defined characteristics provides a reduction in transmission resistance on the contacts compared to known solutions, an improvement in the conductivity in the supply conductors and the possibility of obtaining a surface allowing connections and connections. The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments of the thin film circuit according to the invention shown in the accompanying drawings in which: FIG. 1 shows the potentiodynamic characteristic U / I of a layer of In 203 with a surface resistance of about 20 S / mm in a 2 n H 2 SO 4 solution. FIGS. 2 a to 2 d show in section a thin-film electronic circuit according to the invention. FIG. 3 shows a first example of application of a thin-film electronic circuit that confers on the inve FIG. 4 shows a second example of application of a thin-film electronic circuit according to the invention; FIG. 5 shows a third example of application of a thin-film electronic circuit according to the invention;
a l'invention.to the invention.
Il a été constaté qu'une bonne adhérence de couche métallique déposée galvaniquement (par exemple Au, Ni et In) peut être obtenue lorsque la couche de In203 ou bien de SnO2 a été préalablement réduite électrochimiquement de façon partielle. De l'acide sulfurique dilué ou également des solutions tampons constituent des électrolytes bien adaptés. La figure 1 montre la courbe caractéristique potentiodynamique iU/I d'une couche de In 203 avec une réistance superficielle d'environ 20-L par mm dans une solution 2n H S0. D'après cette caractéristique 2 4* arsctecaatrsiu on peut voir que pour un potentiel d'environ - 600 mV, mesuré contre une électrode au calomel 3,5 n, la réduction du In203 commence (voir la partie 1 de la courbe caractéristique). Lors du retour en arrière l'indium ainsi formé est à nouveau oxydé 3Q (voir la partie 2 de la courbe caractéristique). Le courant It has been found that a good adhesion of galvanically deposited metal layer (for example Au, Ni and In) can be obtained when the In203 or SnO2 layer has been electrochemically partially reduced in a partial manner. Diluted sulfuric acid or also buffer solutions are well adapted electrolytes. FIG. 1 shows the potentiodynamic characteristic curve iU / I of a layer of In 203 with a surface resistance of about 20-L per mm in a 2nH S0 solution. According to this characteristic, it can be seen that for a potential of about -600 mV, measured against a 3.5 n calomel electrode, the reduction of In 2 O 3 begins (see Part 1 of the characteristic curve). When going back, the indium thus formed is again oxidized (see part 2 of the characteristic curve). The flow
revient à des valeurs très petites lorsque l'indium est complè- returns to very small values when indium is complete.
tement réoxydé (voir la partie 3 de la courbe caractéristique). reoxidized (see Part 3 of the characteristic curve).
Dans le cas de l'utilisation conforme à l'invention de cet effetgon utilise la réaction de réduction correspondant à la partie 1 de la courbe caractéristique, pour In the case of the use according to the invention of this effect, the reduction reaction corresponding to the part 1 of the characteristic curve is used for
convertir une partie de la couche d'oxyde d'indium en indium. convert a portion of the indium oxide layer to indium.
Par la réduction partielle de la couche de In203 la surface est d'une part rendue rugueuse, et d'autre part la mince couche d'indium obtenue constitue une couche de base facilitant l'adhé rence du dép8t galvanique de métal qui va suivre. Une bonne adhérence des couches d'or, de nickel et dtindium peut être obtenue lorsque les couches de In203 d'une épaisseur d'environ By the partial reduction of the In 2 O 3 layer the surface is on the one hand roughened, and on the other hand the thin indium layer obtained constitutes a base layer facilitating the adhesion of the galvanic metal deposition which will follow. Good adhesion of the gold, nickel and indium layers can be obtained when the layers of In203 with a thickness of about
nm sont réduites électrochimiquement environ de moitié. nm are electrochemically reduced by about half.
L'application du procédé galvanique ainsi décrit à la réalisation d'un circuit électronique en couche mince avec des structures d'or et de In205 sur du verre est représentée schématiquement sur la figure 2. Le substrat de verre 5 revêtu sur toute sa surface d'une couche de In203 est alors tout d'abord recouvert d'une couche 6 d'une photolaque travaillant positivement Par exposition à la lumière d'une source de lumière ultraviolette et le développement qui y fait suite, les emplacements M2 qui doivent être renforcés avec de l'or sont dégagés. Dans ces zones M2 le In203 de la couche 4 est ensuite partiellement réduit électrochimiquement et ceci avec une densité de courant cathodique de 0,5 à 5 mA/cm2. Ainsi est élaborée la couche 8 (figure 2b). Le temps de traitement dans un électrolyte qui contient 5 g/1 de (NH4)2S04 et 50 g/l The application of the galvanic process thus described to the production of a thin-layer electronic circuit with gold and In205 structures on glass is shown schematically in FIG. 2. The glass substrate 5 coated on its entire surface is a layer of In203 is then first covered with a layer 6 of a photolac working positively By exposure to the light of a source of ultraviolet light and the development that follows, the locations M2 which must be reinforced with gold are cleared. In these M2 areas the In203 of the layer 4 is then partially electrochemically reduced and this with a cathode current density of 0.5 to 5 mA / cm 2. Thus is produced layer 8 (Figure 2b). The treatment time in an electrolyte which contains 5 g / l of (NH4) 2SO4 and 50 g / l
de citrate de diammonium hydrogéné, est de 30 à 240 secondes. hydrogenated diammonium citrate is from 30 to 240 seconds.
L'étape suivante du procédé est le dépôt galvanique de la coud7e métallique de renforcement 9 constituée d'or (figure 2c, de l'or pur sous une épaisseur de 1 à 3 >.im étant déposé à partir d'un bain tamponné au citrate. Par une seconde expositi( à la lumière et un second développementla couche de photolaqut 6 est alors enletée de toutes les zones qui ne doivent pas présenter de couchestransparentes4 de In203, c'est-à-dire de toutes les zones qui n'appartiennent pas au première modèle M1 Sur les emplacements 10 ainsi libérés>la couche 4 de In20 3 est alors attaquée avec HCl à environ 600 C (figure 2d). Le système de couches 8, 9 ainsi constitué sur la couche de In203-4 dans 4.- la zone du second modèle M2 est bien adapté à l'application de The next step of the process is the galvanic deposition of the reinforcing metal bend 9 made of gold (FIG. 2c), pure gold having a thickness of 1 to 3 μm being deposited from a bath buffered with By a second exposure (to light and a second development, the photolayer layer 6 is then filled with all the zones which must not have transparent layers 4 of In203, that is to say of all the zones which do not belong In this way, the layer 4 of In20 3 is attacked with HCl at approximately 600 ° C. (Figure 2d) The layer system 8, 9 thus formed on the layer of In203-4 in 4 .- the zone of the second model M2 is well adapted to the application of
la technique de soudure par ultrasons. ultrasonic welding technique.
D'autres électrolytes appropriés pour la réduction de la couche 4 de In203 sont par exemple des solutions 2n d'acide sulfurique et de 0,5 % d'acide citrique. En se référant aux exemples d'applications suivants on va décrire le procédé de -réalisation et quelques possibilités de mise en oeuvre des circuits en couche mince Other electrolytes suitable for the reduction of the In203 layer 4 are, for example, 2n sulfuric acid and 0.5% citric acid solutions. Referring to the following examples of applications, the method of embodiment and some possibilities for implementing thin film circuits will be described.
conformes à l'invention.according to the invention.
EXEMPLE i -EXAMPLE i
Dans cet exemple (voir figure 3) la dorure 11 sert seulement à réduire la résistance de contact dans les conducteurs d'alimentation 12a à 12g d'un affichage à-7 segments. Une plaque de verre revêtue de In 203 est recouverte de photolaque et selon le procédé d'exposition et de développement In this example (see Figure 3) gilding 11 serves only to reduce the contact resistance in the supply conductors 12a to 12g of a 7-segment display. A glass plate coated with In 203 is covered with photolac and according to the process of exposure and development
précité on libère à nouveau les zones qui doivent Utre dorées. above mentioned, the zones which are to be gilded are released again.
La couche de In203 épaisse de 140 nm est tout d'abord réduite de The thick In203 layer of 140 nm is first reduced by
moitié, en plongeant la plaque dans une solution 2n d'acide sul- half, immersing the plate in a 2n solution of sulfuric acid
furique et en la traitant cathodiquement pendant 30 secondes avec une densité de courant de 2 mA/cm2. La dorure est effectuée furicating and cathodically treating it for 30 seconds with a current density of 2 mA / cm 2. The gilding is performed
ensuite après un lavage intermédiaire dans un bain séparé conte- after an intermediate wash in a separate bath containing
nant 50 g/1 de (NH4)2S04, 50 g/il de citrate de diammonium hydrogéné, et 20 g/l de K Au (CN)2. Ensuite les structures des conducteurs d'alimentation et des éléments d'affichage sont 50 g / l of (NH4) 2SO4, 50 g / l of hydrogenated diammonium citrate, and 20 g / l of K Au (CN) 2. Then the structures of the supply conductors and the display elements are
réaliséesselon un procédé d'attaque photochimique. achieved by a photochemical etching process.
EXEMPLE 2 -EXAMPLE 2
A la différence de l'exemple lyce ne sont Unlike the example lyce are not
pas seulement les surfaces de contact mais également les conduc- not only the contact surfaces but also the
teurs d'alimentation 12a à 12g (figure 4) qui doivent être dorés. Une autre différence réside dans le bain de réduction constitué ici de 50 g/il de (NH4)2S04 et de 50 g/l de citrate de diammonium hydrogéné. Comme ce bain contient des composants analogues au bain de dorure, le lavage intermédiaire peut être feeders 12a to 12g (FIG. 4) which must be gilded. Another difference lies in the reduction bath consisting here of 50 g / l of (NH 4) 2 SO 4 and of 50 g / l of hydrogenated diammonium citrate. As this bath contains components similar to the gilding bath, the intermediate wash can be
supprimé. La dorure et la suite du traitement du circuit élec- deleted. Gilding and further processing of the electrical circuit
tronique en couche mince s'effectuent comme dans l'exemple 1. thin-layer tronics are performed as in Example 1.
EXEMPLE 3 -EXAMPLE 3
Le circuit électronique en couche mince est préparé de façon analogue à ce qui a été décrit en se référant à la figure 2. Il comporte un conducteur d'alimentation The thin-film electronic circuit is prepared in a manner analogous to that described with reference to FIG. 2. It comprises a power supply conductor
doré 9 et un conducteur d'alimentation non doré 13 (figure 5). gold 9 and a non-gold feed conductor 13 (Figure 5).
5.- 24711195.- 2471119
Sur l'extrémité du conducteur d'alimentation 13 non doré est collée au moyen d'une colle conductrice une puce 14 de diode luminescente. Un fil de connexion 15 en or réalise une liaison conductrice entre la puce 14 LED et le conducteur d8alimentation doré 9, Pour protéger la puce 14 LED et le fil de connexion 15, On the end of the supply conductor 13 not gilded is glued by means of a conductive glue a chip 14 of light emitting diode. A gold connection wire 15 conducts a conductive connection between the chip 14 LED and the gold power supply conductor 9. To protect the chip 14 LED and the lead wire 15,
ils sont tous deux recouverts par une goutte 16 de résine sili- they are both covered by a drop of silicone resin 16
cone. Lors du montage précité de la d-iode luminescente 14 il subsiste en outre la possibilité d9observer celle-ci à travers la plaque de verre 5 c'est-àdire de façon opposée au mode d'observation habituel. A cet effet la lumière doit être réfléch par une couche réflectrice 179 rapportée sur le recouvrement 16 cone. During the aforementioned mounting of the luminescent diode 14 there is furthermore the possibility of observing it through the glass plate 5, that is to say opposite to the usual observation mode. For this purpose the light must be reflected by a reflective layer 179 attached to the cover 16
(argenture, laquage blanc9 vaporisation d9aluminium). (silver plating, white lacquering, aluminum spraying).
A la place de diodes luminescentes, des éléments constitutifs à semiconducteurs tels que des circuits Instead of luminescent diodes, semiconductor components such as
intégrés peuvent âtre placés sur le substrat en verre et connec- can be placed on the glass substrate and connected to
tés, Une combinaison de tous ces exemples aboutit finalement à un élément d9affichage quipsur une plaque de verre communeycomprend un affichage à cristaux liquides, une ou plusieurs diodes luminescentes et les circuits de commande associés, Comme la couche d'or est également apte à la soudure, A combination of all these examples ultimately results in a display element that is mounted on a common glass plate comprising a liquid crystal display, one or more light emitting diodes, and the associated control circuitry. As the gold layer is also suitable for soldering. ,
d'autres composants tels que par exemple des ampoules à incan- other components such as, for example, incandescent bulbs
descence peuvent être introduits par soudure dans cette dispo- can be introduced by welding in this arrangement.
sition. Le circuit électronique en couche mince conforme à l'invention permet d'une manière simple ltintegration de parties constitutives & semiconducteurs dans des ensembles qui par ailleurs comportent seulement des structures constituées de voies résistantes transparentes telles que par exemple des éléments dtaffichage à cristaux liquides ou bien des champs sition. The thin-film electronic circuit according to the invention allows a simple way of integrating semiconductor components into assemblies which moreover comprise only structures consisting of transparent resistant paths such as for example liquid crystal display elements or else the fields
détecteurs', En outre le circuit en couche mince conforme à lein- In addition, the thin-film circuit complies with the
vention présente les avantages suivants: a) lors de sa réalisation il n'intervient pas de températures élevées, b) l'adhérence est si bonne que des connexions et des soudures irréprochables peuvent être réalisée vention has the following advantages: a) during its production it does not involve high temperatures, b) the adhesion is so good that irreproachable connections and welds can be achieved
2471 1 1 92471 1 1 9
6.-6.-
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