FR2528248A1 - Panels for microelectronic systems mfr. - by applying circuit patterns to both sides of substrate - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne la technologie des systèmes microélectroniques et, en particulier, les procédés de fabrication des plaquettes utilisables dans les systèmes microélectroniques. The present invention relates to the technology of microelectronic systems and, in particular, to the methods of manufacturing wafers usable in microelectronic systems.
Les plaquettes produites par de tels procédés peuvent servir de base pour réaliser dis systèmes microélectroniques divers au point de vue de leur complexité constructive, y compris des circuits intégrés hybrides, des modules fonctionnels, des blocs et appareils fabriqués avec application de circuits intégrés. The wafers produced by such methods can serve as a basis for producing a variety of microelectronic systems from the point of view of their constructive complexity, including hybrid integrated circuits, functional modules, blocks and devices manufactured with the application of integrated circuits.
La fabrication des systèmes microélectroniques exige l'interconnexion d'un nombre considérable de puces à circuits intégrés munis d'une grande quantité (de l'ordre de quelques dizaines) de sorties externes. Le problème en substance s'avère plus compliqué vu que le nombre de sorties externes de circuits intégrés ne cesse d'augmenter ces dernières années, et cette augmentation sera poursuivie tant que des systèmes microélectroniques réalisés sur une seule puce ne deviennent pas d'une application universelle. On ne s'attend pas à une telle application répandue dans les prochaines années à venir, et le besoin d'interconnecter les appareils à sorties multiples augmentera toujours. Afin de résoudre ce problème d'une façon efficace on doit avoir en- disposi- tion une plaquette à au moins deux niveaux de câblage. The manufacture of microelectronic systems requires the interconnection of a considerable number of integrated circuit chips provided with a large quantity (of the order of a few tens) of external outputs. The problem in essence turns out to be more complicated since the number of external outputs of integrated circuits has been constantly increasing in recent years, and this increase will be continued as long as microelectronic systems produced on a single chip do not become an application. universal. Such a widespread application is not expected in the coming years, and the need to interconnect devices with multiple outputs will always increase. In order to solve this problem effectively, a board with at least two wiring levels must be available.
Les moments-clés de chacun des procédés de fabricarion des plaquettes à plusieurs niveaux de câblage sont les méthodes de réalisation des croisements c'est-à-dire des conducteurs de câblage qui se croisent dans la structure, mais qui ne sont pas connectés l'un à l'autre, ainsi que des contacts entre les niveaux de câblage sus-dits. The key moments of each of the manufacturing processes of the wafers with several wiring levels are the methods of carrying out the crossings, that is to say the wiring conductors which cross in the structure, but which are not connected to the to each other, as well as contacts between the above-mentioned wiring levels.
Actuellement il est largement appliqué des procédés de fabrication des plaquettes permettant d'obtenir les conducteurs appartenant aux différents niveaux de câblage isolés par un diélectrique aux endroits de croisement, ces conducteurs étant en contact aux points voulus à travers des trous pratiqués dans le diélectrique et remplis entièrement ou en partie avec une substance conductrice. Currently it is widely applied methods of manufacturing wafers making it possible to obtain the conductors belonging to the different levels of wiring insulated by a dielectric at the crossing points, these conductors being in contact at the desired points through holes made in the dielectric and filled wholly or partly with a conductive substance.
Ce groupe comprend des procédés de fabrication des plaquettes double-face et multicouches, ayant des trous métallisés, des procédés de fabrication des couches épaisses et de la céramique multicouche, ainsi que des procédés récemment apparus de fabrication des bases multicouches à partir de minces couches d'un diélectrique organique mises sous presse sur un substrat métallique à faible coefficient de dilatation thermique (voir, par exemple, Ch.L. Lassen. This group includes processes for manufacturing double-sided and multilayer wafers, having metallized holes, processes for manufacturing thick layers and multilayer ceramics, as well as recently appeared processes for manufacturing multilayer bases from thin layers of '' an organic dielectric pressed on a metal substrate with a low coefficient of thermal expansion (see, for example, Ch.L. Lassen.
recherché unenouvelle technologie d'interconnexion p. 113
121, "Electronics", vol. 52, NQ 20, 1979).sought a new interconnection technology p. 113
121, "Electronics", vol. 52, NQ 20, 1979).
Le trait commun aux procédés de ce groupe est la technologie de croissance des couches sur une base diélectrique, dans laquelle par un tel ou tel procédé on pratique des trous et on les remplit avec un milieu conducteur. Il est nécessaire ainsi de faire dans la structure d'une plaque un grand nombre de trous (atteignant quelques milliers) aux endroits voulus, et de les métalliser par un tel ou tel procédé, pour y créer des contacts électriques entre les divers niveaux de câblage. Cette phase de la fabrication prend le plus grand temps et prédétermine essentiellement le pourcentage de rebuts au cours de la production, ainsi que de défaillances des plaquettes, en service, vu les difficultés liées à l'obtention d'une haute fiabilité des contacts entre les niveaux.Même, en appliquant des procédés de perçage très avancés, tels que, par exemple, le perçage par laser, cette opération est considérée comme la plus compliquée, nécessitant une haute précision de positionnement d'une pièce brute et l'emploi d'une installation très chère. The common feature of the processes in this group is the technology of growing layers on a dielectric basis, in which by such or such a process holes are made and filled with a conductive medium. It is thus necessary to make in the structure of a plate a large number of holes (reaching a few thousand) in the desired places, and to metallize them by such or such a process, to create there electrical contacts between the various levels of wiring. . This phase of manufacturing takes the greatest time and essentially predetermines the percentage of rejects during production, as well as breakdowns of the wafers, in service, given the difficulties linked to obtaining high reliability of the contacts between the Even when applying very advanced drilling methods, such as, for example, laser drilling, this operation is considered to be the most complicated, requiring high precision in positioning a blank and the use of a very expensive installation.
Aux cas où il est possible de pratiquer les trous et de les métalliser par des procédés par groupes, comme par exemple, dans les structures céramiques multicouches, et en appliquant les méthodes de sérigraphie des couches conductrices et diélectriques, les paramètres des conducteurs s'avèrent bas pour certaines applications pratiques: on observe une perte de précision des dimensions géométriques d'une plaquette et de disposition relative des aires de contact et une augmentation des capacités électriques et des couplages entre les conducteurs de montage (voir, par exemple, M.L. Topfer, " Thick-Film Microelectronics",
Van Nostrand Reinhold Compang, New-York, 1971).In cases where it is possible to make the holes and to metallize them by group processes, as for example, in multilayer ceramic structures, and by applying the methods of screen printing of the conductive and dielectric layers, the parameters of the conductors prove to be low for certain practical applications: there is a loss of precision in the geometrical dimensions of a plate and of relative arrangement of the contact areas and an increase in the electrical capacities and couplings between the mounting conductors (see, for example, ML Topfer, "Thick-Film Microelectronics",
Van Nostrand Reinhold Compang, New-York, 1971).
Bien que les plaquettes de montage à connexions poutres sur des supports métalliques satisfassent grâce à leurs caractéristiques mécaniques et électriques à un éventail d'exigences imposées aux circuits intégrés hybrides et à d'autres types de systèmes microélectroniques, de pareilles intersections ne trouvent pas à présent une large utilisation. Cela est lié aux particularités de la technologie existante des connexions poutres comprenant vingt opérations technologiques (voir, par exemple, C.E. Although the mounting plates with beam connections on metal supports satisfy, thanks to their mechanical and electrical characteristics, a range of requirements imposed on hybrid integrated circuits and other types of microelectronic systems, such intersections are not now found. wide use. This is linked to the particularities of the existing beam connection technology comprising twenty technological operations (see, for example, C.E.
Jowitt. The Ingeneering of Microelectronic Thin and Thick
Films, Londres, 1976).Jowitt. The Ingeneering of Microelectronic Thin and Thick
Films, London, 1976).
Une telle complexité et une telle quantité de temps prises par ce procédé stexpliquent par le fait, que la hauteur des intersections est définie par une couche auxiliaire à structure titane-cuivre-titane obtenue par dépôt à pulvérisation ou électrochimique au-dessus du niveau de câblage principal, et ensuite éliminée complètement par attaque chimique. Pour les supports dans la couche auxiliaire on pratique par photolithographie et par attaque chimique des trous, et puis dans une couche de photorésist une fenêtre pour une poutre de connexion, en formant par dépôt électrolytique de l'or l'intersection elle-même. Une pareille technologie peut être utilisée avec succès seulement pour fabriquer des plaquettes, ayant une petite aire sur des bases rigides, cela limitant notablement leurs possibilités. Such complexity and such an amount of time taken by this process are explained by the fact that the height of the intersections is defined by an auxiliary layer with a titanium-copper-titanium structure obtained by spray or electrochemical deposition above the wiring level. main, and then completely eliminated by chemical attack. For the supports in the auxiliary layer, holes are made by photolithography and by chemical etching, and then in a photoresist layer, a window for a connection beam, by forming the intersection itself by electrolytic deposition of gold. Such technology can be used successfully only to manufacture wafers, having a small area on rigid bases, which significantly limits their possibilities.
Des possibilités plus grandes du point de vue de la production des plaquettes de montage d'une plus grande aire sont présentées par un substrat métallique car le métal ne subit aucun retrait, lequel est inhérent dans telle ou telle mesure à tous les types de diélectriques souples. Greater possibilities from the point of view of production of mounting pads of a larger area are presented by a metal substrate because the metal does not undergo any shrinkage, which is inherent in this or that measure to all types of flexible dielectrics .
Il est connu un procédé de production des plaquettes pour circuits intégrés hybrides, utilisant un substrat métallique (voir le brevet d'invention japonais, NO 52-551, cl. 99(5) C21, 1977). Dans ce procédé des conducteurs en film et des éléments de schéma sont formés par des procédés connus sur une face d'un substrat en cuivre ou en fer puis on monte des éléments discrets espacés par rapport au substrat et on enrobe cette face du substrat de résine époxyde. On recourt ensuite à la photolithographie et au décapage pour créer sur l'autre face du substrat des éléments d'appui, qui vont servir de sorties. A method of producing wafers for hybrid integrated circuits is known, using a metal substrate (see Japanese patent, NO 52-551, cl. 99 (5) C21, 1977). In this process film conductors and pattern elements are formed by known methods on one side of a copper or iron substrate, then discrete elements spaced apart from the substrate are mounted and this side of the resin substrate is coated epoxy. Photolithography and pickling are then used to create support elements on the other face of the substrate, which will serve as outputs.
L'inconvénient essentiel de ce procédé est la complexité et une grande quantité de temps nécessaire pour la fabrication des intersections, le procédé assurant en principe un seul niveau de câblage, ne permettant pas de résoudre le problème de réalisation des intersections, en évitant les opérations technologiques sus-dites. The essential drawback of this process is the complexity and a large amount of time necessary for the manufacture of the intersections, the process ensuring in principle a single level of wiring, not making it possible to solve the problem of making the intersections, avoiding the operations said technologies.
Il est connu encore un procédé de fabrication d'un cadre de sorties pour un appareil électronique, constituant une version particulière de la réalisation d'une plaquette (voir le brevet d'invention japonais, NO 48-36111, cl. 99(5)
C21, 1974). Ce procédé réside en ce qu'on forme des conducteurs métalliques de configuration voulue sur un substrat, en un métal attaqué ensuite sélectivement par rapport au métal de conducteurs, qu'on forme sur une face du substrat et une base à plusieurs couches et qu'on effectue une attaque sélective, par rapport aux conducteurs, du substrat suivant toute son épaisseur.There is also known a method of manufacturing an output frame for an electronic device, constituting a particular version of the production of a wafer (see Japanese patent, NO 48-36111, cl. 99 (5)
C21, 1974). This process consists in forming metallic conductors of the desired configuration on a substrate, in a metal then etched selectively with respect to the metal of conductors, which is formed on one face of the substrate and a base with several layers and that a selective attack is carried out, with respect to the conductors, of the substrate along its entire thickness.
Dans ce procédé on dépose sur le substrat métallique, du côté opposé aux conducteurs, des couches masquantes, en regard des sections élargies des conducteurs, en éliminant ensuite par attaque chimique l'ensemble, excepté les conducteurs et les zones de substrat métallique protégées par les couches masquantes. Ainsi, les éléments d'appui formés par le substrat métallique se trouvent séparés l'un de l'autre et reliés aux sections étroites des conducteurs faits en métal précipité. In this process, masking layers are deposited on the metal substrate, on the side opposite to the conductors, opposite the enlarged sections of the conductors, then by chemical attack, all except the conductors and the areas of metal substrate protected by the masking layers. Thus, the support elements formed by the metal substrate are separated from each other and connected to the narrow sections of the conductors made of precipitated metal.
Un inconvénient de ce procédé, comme du procédé décrit précédemment, réside en une complexité et en une grande quantité de temps exigée pour la réalisation des intersections, donc, des plaquettes nécessaires à la production des systèmes microélectroniques modernes. A drawback of this method, as of the method described above, lies in the complexity and in a large amount of time required for the realization of the intersections, therefore, of the wafers necessary for the production of modern microelectronic systems.
Les procédés connus visent ainsi la solution de l'un des deux problèmes de réalisation des plaquettes pour systèmes microélectroniques consistant soit à obtenir une plaquette à grande aire et à faible densité d'interconnexions dans le câblage (tel ou tel type de plaquette imprimé, soit à obtenir des plaquettes à petite aire, mais à haute densité dtinterconnexions dans le câblage (un tel ou tel type de micromodules). De ce fait, on utilise largement dans les systèmes microélectroniques très complexes du point de vue de leur construction au moins deux types de plaquettes de câblage : les circuits intégrés sont assemblés en micromodules, ceux-ci étant disposés ensemble avec des éléments auxiliaires sur une plaque imprimée.Il est alors inévitable l'existence de deux étapes de fabrication des systèmes microélectroniques et l'utilisation de deux procédés technologiques : celui de fabrication des plaques imprimées, et celui de fabrication des structures hybrides à couches minces, cela constituant un grand défaut découlant du niveau général de la technologie d'interconnexions qui existe à présent. The known methods thus aim at the solution of one of the two problems of producing wafers for microelectronic systems consisting either of obtaining a wafer with a large area and a low density of interconnections in the wiring (such or such type of printed wafer, or to obtain wafers with a small area, but with a high density of interconnections in the wiring (such and such a type of micromodules). As a result, at least two types are widely used in microelectronic systems which are very complex from the point of view of their construction. of wiring boards: the integrated circuits are assembled in micromodules, these being arranged together with auxiliary elements on a printed plate. It is then inevitable the existence of two stages of manufacture of the microelectronic systems and the use of two processes technological: that of manufacturing printed plates, and that of manufacturing hybrid structures with thin layers, this constitutes owing to a major flaw arising from the general level of interconnection technology that now exists.
Le but de l'invention est d'élaborer un procédé de production des plaquettes utilisables dans les systèmes microélectroniques qui permettrait de réaliser des plaquettes de montage de type unique au moins à deux niveaux de câblage, en simplifiant en même temps la technologie des plaquettes. The object of the invention is to develop a method for producing wafers which can be used in microelectronic systems which would make it possible to produce mounting wafers of a single type with at least two wiring levels, while at the same time simplifying wafer technology.
Ce but est atteint grâce à ce que dans un procédé de production des plaquettes utilisables dans les systèmes microélectroniques, consistant en ce que des conducteurs de plaquette de configuration voulue sont formés sur un substrat en un métal par attaque sélective par rapport au métal des conducteurs, qu'on obtient par superposition des couches sur une face du substrat la base de la plaquette et qu'on traite par attaque sélective par rapport aux fils le substrat suivant toute son épaisseur, selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce que les conducteurs sont formés sur les deux faces du substrat, et sur la face du substrat opposée à celle où on forme par superposition des couches, on forme de tels conducteurs qui présentent au moins une section rétrécie ou mince, et on effectue un décapage sélectif du substrat åusqutà l'élimination complète du métal du substrat exclusivement sous les sections rétrécies ou minces. This object is achieved by virtue of the fact that in a process for producing wafers usable in microelectronic systems, consisting in that wafer conductors of desired configuration are formed on a metal substrate by selective etching with respect to the metal of the conductors, that the base of the wafer is obtained by superimposing the layers on one face of the substrate and that the substrate is treated according to the invention by selective etching with respect to the wires, throughout its thickness, the method is characterized in that conductors are formed on both sides of the substrate, and on the face of the substrate opposite to that where layers are formed by superposition, such conductors are formed which have at least a narrowed or thin section, and a selective stripping of the substrate is carried out Until complete removal of the metal from the substrate exclusively under the narrowed or thin sections.
Afin d'obtenir des conducteurs s'entrecoupant, les conducteurs respectifs sur la face du substrat portant les couches de la base peuvent être formés dans les zones de sa surface se trouvant en regard des sections rétrécies ou minces des conducteurs croisés. In order to obtain intersecting conductors, the respective conductors on the face of the substrate carrying the layers of the base can be formed in the areas of its surface lying opposite the narrowed or thin sections of the crossed conductors.
Il est utile de former les conducteurs ayant au moins une section rétrécie ou mince de façon que la largeur de leur section la plus étroite soit commensurable à l'épaisseur du substrat métallique, et plus de deux fois inférieure à la largeur des sections des conducteurs aux endroits de leurs connexions sur d'autres fils. It is useful to form the conductors having at least one narrowed or thin section so that the width of their narrowest section is commensurate with the thickness of the metal substrate, and more than twice the width of the sections of the conductors at the places of their connections on other wires.
Il est utile, avant la formation des couches de la base, d'effectuer un décapage sélectif par rapport aux fils du substrat métallique à une profondeur adoptée entre 0,01 et 0,5 de la largeur des fils et d'effectuer le recuit du substrat métallique avec les conducteurs y réalisés. It is useful, before the formation of the base layers, to carry out a selective pickling with respect to the wires of the metal substrate at a depth adopted between 0.01 and 0.5 of the width of the wires and to carry out the annealing of the metallic substrate with the conductors made there.
En tant que métal à partir duquel peut être fait le substrat, sont utilisables le cuivre, le fer, l'alumiw nium ou des alliages à base de ces métaux, et en tant que métal pour les conducteurs, le nickel, le cuivre, l'étain, l'or, ou les combinaisons de ces métaux. As the metal from which the substrate can be made, copper, iron, aluminum or alloys based on these metals can be used, and as the metal for the conductors, nickel, copper, , tin, or combinations of these metals.
Entre le substrat et la base de la plaquette on forme au cours de la formation des couches, constituant la base, au moins une couche diélectrique, il est alors utile de réaliser celle-ci avec des trous pratiqués aux endroits de la plaquette où seront situés des éléments dégageant de la chaleur du système microélectronique et/ou aux endroits d'emplacement des connexions à la couche suivante. Between the substrate and the base of the wafer, during the formation of the layers forming the base, at least one dielectric layer is formed, it is then useful to produce this with holes made in the places of the wafer where the wafers will be located. elements giving off heat from the microelectronic system and / or at the locations of the connections to the next layer.
Il est le plus utile du point de vue de la technologie de former la base elle-même à partir d'un métal, d'une plaquette prête ou d'un substrat métallique portant déjà des conducteurs faits conformément au procédé proposé. It is most useful from the point of view of technology to form the base itself from a metal, a ready-made wafer or a metal substrate already carrying conductors made in accordance with the proposed method.
Le procédé pr x*idefRticatRe desplaquettes réunit la technologie de production des plaquettes des microcircuits et des plaquette's imprimées en une technologie unique des plaquettes à câblage ayant plus que deux niveaux de câblage, tout en améliorant la technologie des plaquettes. The process pr x * idefRticatRe des plaquette brings together the technology of production of microcircuit wafers and printed wafers into a unique technology of wired wafers having more than two levels of wiring, while improving wafer technology.
Dans ce qui va suivre l'invention sera expliquée à l'aide d'une description des exemples non limitatifs de sa mise en oeuvre, en se référant aux dessins, auxquels
- les figures la, b, c, d, e, f, g, h,représentent la réalisation par étapes du procédé de fabrication des plaquettes, selon l'invention;
- les figures 2a, b, c, représentent par opérations la formation des couches constituant la base d'une plaquette, selon l'invention;
- les figures 3a, b, c, d, e, représentent la réalisation par étapes du procédé de fabrication des plaquettes ayant une base métallodiélectrique, selon l'invention;
- les figures 4a, b, c, d, e, f, g, h, i, représentent la réalisation par étapes du procédé de fabrication des plaquettes, ayant une base combinée, comprenant une carte imprimée avec un câblage des circuits masse et "alimentation", selon l'invention;;
- les figures Sa, b, c, d, représentent un exemple d'application de la plaquette dans les systèmes microélectroniques avec diverses versions de réalisation des sorties extérieures et intérieures ensemble avec le câblage au cours d'un cycle technologique unique. In what follows the invention will be explained with the aid of a description of the nonlimiting examples of its implementation, with reference to the drawings, to which
- Figures la, b, c, d, e, f, g, h, show the implementation in stages of the wafer manufacturing process according to the invention;
- Figures 2a, b, c show by operations the formation of the layers constituting the base of a wafer, according to the invention;
- Figures 3a, b, c, d, e, show the implementation in stages of the method of manufacturing wafers having a metallodielectric base, according to the invention;
- Figures 4a, b, c, d, e, f, g, h, i, show the step-by-step implementation of the wafer manufacturing process, having a combined base, comprising a printed board with wiring of the ground circuits and " food ", according to the invention ;;
- Figures Sa, b, c, d, represent an example of application of the wafer in microelectronic systems with various embodiments of the external and internal outputs together with the wiring during a single technological cycle.
Le procédé de fabrication des plaquettes utilisables dans les systèmes microélectroniques consiste en ce qu'on forme au préalable des conducteurs de plaquette d'une configuration voulue, sur un substrat en un métal éliminé par décapage sélectif par rapport au métal des conducteurs. The method of manufacturing wafers for use in microelectronic systems consists in first forming wafer conductors of a desired configuration on a substrate made of a metal removed by selective pickling with respect to the metal of the conductors.
De tels conducteurs peuvent être réalisés par deux méthodes, dont la première consiste à éliminer sélectivement le métal de conducteurs, déposé préalablement sur toute la surface du substrat, et la deuxième, à effectuer un dépôt électrolytique sélectif du métal de conducteurs à travers un masque de protection de configuration voulue appliqué au substrat. L'avantage de la première méthode réside dans la possibilité d'utiliser des lamelles bi-métalliques prêtes obtenues par procédés métallurgiques de placage; cependant, les fils réalisés ainsi ont des bords irréguliers et une faible reproductibilité de forme. La deuxième méthode est plus économique du point de vue de la consommation du métal de conducteurs et permet d'avoir une plus haute densité du dessin conducteur de la plaque; et de ce fait, plus loin, en décrivant le procédé, nous aurons en vue cette dernière méthode. Such conductors can be produced by two methods, the first of which consists in selectively eliminating the metal of conductors, previously deposited on the entire surface of the substrate, and the second, in carrying out a selective electrolytic deposition of the metal of conductors through a mask. desired pattern protection applied to the substrate. The advantage of the first method lies in the possibility of using ready bi-metallic lamellae obtained by metallurgical plating processes; however, the yarns produced in this way have irregular edges and poor shape reproducibility. The second method is more economical from the point of view of the consumption of the metal of conductors and makes it possible to have a higher density of the conductive design of the plate; and therefore, later, in describing the process, we will have in mind this latter method.
Ainsi, sur un substrat métallique 1 on fait précipiter électriquement un métal pour réaliser les conducteurs (fig. Id) à travers un masque de protection 2 à configuration voulue, fait , par exemple, en un photoresist par la méthode de photolithographie double-face sur le substrat I (fig. la, b, c). Les conducteurs sont déposés sur les deux faces, mais sur ltune des faces du substrat 1 un conducteur 3 est réalisé avec une section rétrécie 4, cela lui donnant la forme d'haltères. Des conducteurs 5 et 6 du niveau de câblage principal croisant le conducteur 3 sont posés sur la face opposée du substrat 1, et là où les conducteurs 6 doivent être reliés au conducteur 3, la largeur de celui-ci est augmentée au moins de deux fois, par exemple, en donnant à ses extrémités la forme de disques. Thus, on a metal substrate 1, a metal is electrically precipitated to produce the conductors (fig. Id) through a protective mask 2 with a desired configuration, made, for example, into a photoresist by the double-sided photolithography method on the substrate I (fig. la, b, c). The conductors are deposited on both sides, but on one of the faces of the substrate 1 a conductor 3 is produced with a narrowed section 4, this giving it the form of dumbbells. Conductors 5 and 6 of the main wiring level crossing the conductor 3 are laid on the opposite side of the substrate 1, and where the conductors 6 are to be connected to the conductor 3, the width of the latter is increased at least twice , for example, by giving its ends the form of discs.
Les conducteurs 5 isolés électriquement par rapport au conducteur 3 sont réalisés au point de croisement en regard de la section rétrécie 4 du conducteur 3. The conductors 5 electrically isolated from the conductor 3 are produced at the crossing point opposite the narrowed section 4 of the conductor 3.
Les conducteurs 3 à 6 faits, on élimine le masque de protection 2 devenu inutile (fig. le) et, on procède à former par superposition de couches une base 7 de la plaque (fig. If) sur le substrat 1 du côté des conducteurs 5 et 6 du niveau de câblage principal. Les opérations de formation par couches de la base 7 exigent une étude particulière, et elles seront détaillées plus loin, mais pour comprendre l'essentiel du procédé supposons la base 7 en forme d'une plaquette diélectrique mise sous presse sur le substrat 1. The conductors 3 to 6 made, we remove the protective mask 2 which has become useless (fig. Le) and, we proceed to form by superposition of layers a base 7 of the plate (fig. If) on the substrate 1 on the conductor side 5 and 6 of the main wiring level. The operations for forming the base 7 by layers require special study, and they will be detailed below, but to understand the essential of the process let us assume the base 7 in the form of a dielectric wafer pressed on the substrate 1.
La structure obtenue par cette opération est à décaper suivant toute l'épaisseur du substrat 1 avec une solution influençant sélectivement seulement son métal. The structure obtained by this operation is to be stripped along the entire thickness of the substrate 1 with a solution selectively influencing only its metal.
Une isolation électrique des conducteurs 3 et 5 est assurée grâce à l'action de la solution de traitement non seulement en profondeur, mais aussi en largeur, c'est-à-dire, grâce à un certain décapage latéral. L'action de la solution de traitement en profondeur dégage les conducteurs 5 et 6 du niveau de câblage principal entre le substrat I et la base 7, et isole les conducteurs 5 et 6 l'un par rapport à l'autre, alors que l'attaque auxiliaire latérale amène un surplomb des bords du conducteur 3 du deuxième niveau de câblage au-dessus de la surface de la base 7.Comme la largeur de la section rétrécie 4 du conducteur 3 est adoptée commensurable à l'épaisseur du substrat 1, un intervalle de temps prédéterminé après le traitement suivant toute l'épaisseur du métal du substrat 1 la section rétrécie 4 surplombera librement la surface de la base 7 (fig. zig), en supprimant ainsi les contacts inutiles aux points de croisement. En même temps il reste sous les extrémités du conducteur 3 des éléments d'appui 8 sous forme de colonnettes en métal du substrat 1, ces éléments 8 assurant les connexions du conducteur 3 aux conducteurs 6 du niveau de câblage principal. De la sorte, on réalise l'intersection des conducteurs 5, 6 par l'intermédiaire du conducteur 3.Electrical insulation of conductors 3 and 5 is ensured by the action of the treatment solution not only in depth, but also in width, that is to say, by means of a certain lateral stripping. The action of the deep treatment solution releases the conductors 5 and 6 from the main wiring level between the substrate I and the base 7, and isolates the conductors 5 and 6 relative to each other, while the the lateral auxiliary attack brings an overhang of the edges of the conductor 3 of the second level of wiring above the surface of the base 7. As the width of the narrowed section 4 of the conductor 3 is adopted commensurable with the thickness of the substrate 1, a predetermined time interval after the treatment along the entire thickness of the metal of the substrate 1 the narrowed section 4 will freely overhang the surface of the base 7 (fig. zig), thus eliminating unnecessary contact at the crossing points. At the same time there remain under the ends of the conductor 3 support elements 8 in the form of metal columns of the substrate 1, these elements 8 ensuring the connections of the conductor 3 to the conductors 6 of the main wiring level. In this way, the intersection of the conductors 5, 6 is produced by the intermediary of the conductor 3.
il est préférable que la largeur de la section rétrécie 4 du conducteur 3 soit plus que deux fois inférieure à sa largeur aux points de connexion au conducteur 6, sinon il sera impossible d'avoir une reproductibilité des dimensions des éléments d'appui 8. it is preferable that the width of the narrowed section 4 of the conductor 3 is more than two times less than its width at the points of connection to the conductor 6, otherwise it will be impossible to have reproducibility of the dimensions of the support elements 8.
Après l'attaque chimique, la structure de la plaquette correspond à celle illustrée à la figure 1h. il est possible au besoin de remplir l'espace entre les conducteurs 3 et 5 avec un diélectrique au cours de lthermétisation du système microélectronique. After the chemical attack, the structure of the wafer corresponds to that illustrated in Figure 1h. if necessary, it is possible to fill the space between conductors 3 and 5 with a dielectric during the thermalization of the microelectronic system.
Comme les conducteurs 5, 6 des plaquettes produites par le procédé proposé sont retenus seulement par les forces d'adhésion surgissant entre leur métal et la base 7 de la plaquette, la stabilité d'une telle structure vis-à-vis des charges mécaniques et thermiques peut s'avérer insuffisante dans une série de systèmes. As the conductors 5, 6 of the wafers produced by the proposed process are retained only by the adhesion forces arising between their metal and the base 7 of the wafer, the stability of such a structure with respect to mechanical loads and may be insufficient in a variety of systems.
Dans le but d'améliorer la fiabilité et la stabilité des plaquettes vis-à-vis des actions du milieu ambiant, la durée totale de décapage du substrat métallique est divisée en deux parties , la première étape (décapage préalable) étant faite avant la formation des couches de la base, et la deuxième étape (décapage suivant toute l'épaisseur), après la formation par couches de la base, en tenant compte de la durée du décapage préalable pendant la première étape. In order to improve the reliability and stability of the wafers vis-à-vis the actions of the ambient environment, the total pickling time of the metal substrate is divided into two parts, the first step (prior pickling) being done before training. layers of the base, and the second step (pickling along the entire thickness), after the layering of the base, taking into account the duration of the previous stripping during the first step.
La composition de la solution de décapage et le régime de décapage aux deux étapes peuvent être identiques.The composition of the pickling solution and the pickling regime in the two stages can be identical.
La première étape assure la mise en relief, de tous les conducteurs y compris des conducteurs 5, 6, au-dessus de la surface du substrat métallique I (fig. 2a). L'essentiel est l'apparition des bords surplombants 9 des conducteurs 5, 6 sous lesquels pénètre pendant la formation des couches de la base 7 une couche 10 d'un matériau diélectrique en enveloppant les bords des conducteurs respectifs (fig. 2b). The first step ensures the highlighting, of all the conductors including conductors 5, 6, above the surface of the metal substrate I (fig. 2a). The main thing is the appearance of the overhanging edges 9 of the conductors 5, 6 under which penetrates during the formation of the layers of the base 7 a layer 10 of a dielectric material by enveloping the edges of the respective conductors (fig. 2b).
Après le décapage du substrat I les conducteurs 5, 6 sont retenus sur la surface de la plaque non pas par les forces d'adhésion entre le métal et la couche diélectrique 10, mais aussi grâce à la résistance mécanique des cylindres Il formés à partir du même matériau diélectrique, pénétrant sous les bords en l'air 9 des conducteurs 5, 6 (fig. 2c).After the stripping of the substrate I, the conductors 5, 6 are retained on the surface of the plate not by the adhesion forces between the metal and the dielectric layer 10, but also thanks to the mechanical resistance of the cylinders Il formed from the same dielectric material, penetrating under the edges in the air 9 of the conductors 5, 6 (fig. 2c).
La deuxième composante de la force de rétention est par sa nature volumétrique, et de ce fait, subit dans une plus faible mesure l'influence ambiante. En outre, pour des conducteurs étroits elle est par sa valeur plusieurs fois supérieure à la force d'adhésion. Grâce à ce fait, la force nécessaire pour la décohésion des conducteurs 5, 6 de la surface de la plaquette s'accroît de plusieurs fois.The second component of the retention force is by its volumetric nature, and therefore, to a lesser extent undergoes the ambient influence. In addition, for narrow conductors it is by its value several times greater than the adhesion force. Thanks to this fact, the force necessary for the decohesion of the conductors 5, 6 from the surface of the wafer increases by several times.
Par ailleurs, une pareille structure réduit au minimum les effets nuisibles, tels que des défauts et des migrations des charges électriques entre les conducteurs 5,6 de la plaquette car ces processus se produisent de façon intense le long des bords des conducteurs où se trouvent concentrés de hauts gradients de potentiel. Dans la structure des figures 2b, c les cylindres Il faits en matériau diélectrique empêchent ce processus. Comme conséquence, on peut parler de la tension limite admissible applicable entre les conducteurs adjacents 5, 6. Furthermore, such a structure minimizes harmful effects, such as faults and migrations of electrical charges between the conductors 5,6 of the wafer because these processes occur intensely along the edges of the conductors where they are concentrated. high potential gradients. In the structure of Figures 2b, c the cylinders II made of dielectric material prevent this process. As a consequence, we can speak of the admissible limit voltage applicable between the adjacent conductors 5, 6.
La part de la composante volumétrique dans la force résultante de la rétention des conducteurs 5, 6 à la surface de la plaquette commence à se manifester lorsque la largeur du bord en porte-à-faux constitue au moins 0,01 de celle du conducteur. Comme il est difficile de contrôler la valeur du surplomb au cours de la première étape de décapage, on doit établir la relation entre celle-ci et la profondeur de décapage du substrat métallique 1. Pour le décapage dans une solution immobile ces valeurs sont assez proches l'une de l'autre, et de ce fait, ledit chiffre peut être rapporté à la profondeur de décapage préalable dont le contrôle est beaucoup plus simple. The part of the volumetric component in the force resulting from the retention of the conductors 5, 6 on the surface of the wafer begins to manifest itself when the width of the cantilever edge constitutes at least 0.01 of that of the conductor. As it is difficult to control the value of the overhang during the first pickling step, we must establish the relationship between it and the pickling depth of the metal substrate 1. For pickling in a stationary solution these values are quite close one from the other, and therefore, said figure can be related to the prior pickling depth, the control of which is much simpler.
il est nécessaire, d'autre part, qu'après le décapage préalable reste l'adhésion entre les conducteurs 5, 6 et le substrat I, afin d'éviter leurs décohésion et décalages au cours des opérations qui vont suivre. C'est pourquoi la profondeur de décapage préalable ne doit pas dépasser 0,45 de la largeur minimale du fil. Pour le décapage dans une solution immobile il restera entre les conducteurs 5, 6 et le substrat 1 une barrette de liaison, ayant une largeur égale au moins à 0,1 de celle du conducteur, cela étant en pratique suffisant. it is necessary, on the other hand, that after the prior pickling remains the adhesion between the conductors 5, 6 and the substrate I, in order to avoid their decohesion and shifts during the operations which will follow. This is why the pre-stripping depth must not exceed 0.45 of the minimum width of the wire. For pickling in a stationary solution there will remain between the conductors 5, 6 and the substrate 1 a connecting strip, having a width equal to at least 0.1 of that of the conductor, this being in practice sufficient.
En régimes de décapage spéciaux, notamment, par jet ou par émulsification, lorsque le rapport entre la profondeur de décapage et la valeur de décapage latéral varie dans le sens de prédominance du premier, la limite haute peut être décalée mais il n'est pas utile d'augmenter la profondeur de décapage latéral 3-lsqu'à une valeur supérieure à 0,5 de la largeur du fil. In special pickling regimes, in particular by jet or emulsification, when the ratio between the pickling depth and the side pickling value varies in the direction of predominance of the first, the upper limit can be shifted but it is not useful increase the lateral stripping depth 3-ls to a value greater than 0.5 of the width of the wire.
En imposant des exigences sévères à la fiabilité des contacts entre les niveaux et à la résistance mécanique des intersections, il faut avant de procéder à la superposition des couches constituant la base faire subir un recuit au substrat métallique 1, portant les conducteurs 3 à 6 (fig. 2a), afin d'assurer un soudage par diffusion des métaux du substrat et des conducteurs. L'effet concomitant est alors une amélioration du réseau cristallin et la suppression des contraintes mécaniques dans le métal des conducteurs, cela rendant le métal plus plastique. Cela contribue aussi à une amélioration de la stabilité des plaquettes vis-à-vis des actions thermiques et mécaniques, lorsque par suite d'une différence entre les coefficients de dilatation thermique de la base 7 et des conducteurs 3 surgissent des conditions pour leur détachement des éléments d'appui 8. La rupture des conducteurs 3 à 6 dans le matériau principal est évitée grâce ç une ductilité améliorée de leur métal , qui avait subi un recuit. By imposing severe requirements on the reliability of the contacts between the levels and on the mechanical resistance of the intersections, it is necessary before proceeding to the superposition of the layers constituting the base to undergo an annealing of the metal substrate 1, carrying the conductors 3 to 6 ( Fig. 2a), in order to ensure diffusion welding of the metals of the substrate and of the conductors. The concomitant effect is then an improvement in the crystal lattice and the removal of mechanical stresses in the metal of the conductors, this making the metal more plastic. This also contributes to an improvement in the stability of the wafers with respect to thermal and mechanical actions, when, as a result of a difference between the coefficients of thermal expansion of the base 7 and of the conductors 3, conditions arise for their detachment from the support elements 8. The rupture of the conductors 3 to 6 in the main material is avoided thanks to an improved ductility of their metal, which had been annealed.
D'autre part, une ductilité améliorée de la section rétrécie 4 du conducteur 3 exige de manier avec précaution la plaquette avant le remplissage des espaces d'intersections avec du matériau diélectrique. Cependant des courts-circuits entre les niveaux de câblage sont évités car les sections rétrécies 4 des conducteurs 3, en fléchissant Jusqu'à la surface delaplaquette toucheront non pas les conducteurs 5 du niveau de câblage principal, mais les saillies Il en diélectrique 10. On the other hand, improved ductility of the narrowed section 4 of the conductor 3 requires to handle the wafer carefully before filling the intersection spaces with dielectric material. However, short circuits between the wiring levels are avoided because the narrowed sections 4 of the conductors 3, bending up to the surface of the plate will not touch the conductors 5 of the main wiring level, but the dielectric projections 11.
En vue de renforcer encore la fixation des éléments d'appui 8 dans la couche 10, les extrémités des conducteurs 6 du niveau de câblage principal sont réalisées élargies et avec des trous 12 aux endroits de leurs connexions au conducteur 3. Sous les trous 12 surgissent, au cours du décapage préalable de la base, des creux hémisphériques 13 dans le métal du substrat 1 (fig. 2a). Pendant la superposition de la base 7 le matériau diélectrique 10, qui est en état fluide, coule dans les creux 13 en y créant une sorte de "rivets" 14 (fig. 2b, c). De ce fait, les éléments d'appui 8 et les conducteurs 5, 6 forment un assemblage à entaille avec le matériau diélectrique de la couche 10. In order to further strengthen the fixing of the support elements 8 in the layer 10, the ends of the conductors 6 of the main wiring level are made enlarged and with holes 12 at the places of their connections to the conductor 3. Under the holes 12 arise , during the preliminary stripping of the base, hemispherical recesses 13 in the metal of the substrate 1 (fig. 2a). During the superimposition of the base 7 the dielectric material 10, which is in a fluid state, flows into the recesses 13 by creating there a kind of "rivets" 14 (fig. 2b, c). As a result, the support elements 8 and the conductors 5, 6 form a notched assembly with the dielectric material of the layer 10.
En respectant toutes les exigences susdites, on peut produire une plaquette présentant une fiabilité la plus élevée, susceptible de supporter des cycles thermiques jusqu'aulx températures cryogéniques ainsi que les actions mécaniques les plus fortes, en conservant son intégralité constructive et tous les paramètres de câblage. Dans de pareilles plaques la fiabilité des connexions des conducteurs posés dans les différents niveaux de câblage ne se trouve pas plus mauvaise que celle d'un conducteur unique, cela n'étant pas réalisable dans les versions connues. By respecting all the above-mentioned requirements, it is possible to produce a wafer having the highest reliability, capable of withstanding thermal cycles up to cryogenic temperatures as well as the strongest mechanical actions, while preserving its constructive integrity and all the wiring parameters. . In such plates the reliability of the connections of the conductors laid in the different wiring levels is no worse than that of a single conductor, this being not possible in the known versions.
En tant que matériaux à partir desquels peut être fait le substrat 1 et les conducteurs 3 à 6, on utilise largement les métaux satisfaisant à la condition de possibilité d'effectuer un décapage sélectif du métal du substrat par rapport à celui des conducteurs. En produisant les plaquettes, ayant la fiabilité la plus haute, il est utile que ces. métaux forment entre eux une série continue de solutions solides. As the materials from which the substrate 1 and the conductors 3 to 6 can be made, metals are widely used satisfying the condition of the possibility of carrying out a selective pickling of the metal from the substrate with respect to that of the conductors. In producing the platelets, having the highest reliability, it is useful that these. metals form between them a continuous series of solid solutions.
Une paire de métaux techniquement bonne est constituée par le cuivre pour le substrat et le nickel pour les conducteurs. Le cuivre est soumis à un décapage sélectif
par rapport au nickel dans les solutions à base d'anhydride
chromique et d'acide sulfurique ou dans les solutions d'ammoniacates. Au lieu du cuivre on peut utiliser différents
alliages à base de celui-ci, notamment des alliages d'étain et de bronze.A technically good pair of metals is copper for the substrate and nickel for the conductors. Copper is subjected to selective pickling
compared to nickel in anhydride solutions
chromic and sulfuric acid or in ammonia solutions. Instead of copper you can use different
alloys based thereon, especially tin and bronze alloys.
Pour des articles de grandes séries, lorsque c'est leur prix qui est déterminant, on peut utiliser un substrat de fer sous forme de feuille ou des rubans en acier peu carburé. Un tel substrat est décapé sélectivement par rapport aux conducteurs en cuivre ou en nickel dans les solutions à base d'acide oxalique et de bioxyde d'hydrogène. For articles of large series, when it is their price which is decisive, one can use an iron substrate in the form of sheet or ribbons in low-carburized steel. Such a substrate is pickled selectively with respect to copper or nickel conductors in solutions based on oxalic acid and hydrogen dioxide.
Le substrat peut encore être fait en aluminium, mais il est nécessaire alors avant la précipitation électrique du métal de conducteurs de former sur la surface du substrat en aluminium une couche de conversion électroconductrice par exemple, un film en fluorure-phosphate en assurant une adhésion suffisante entre les conducteurs et le substrat perturbant peu les contacts entre les niveaux de câblage.The substrate can also be made of aluminum, but it is then necessary before the electrical precipitation of the metal of conductors to form on the surface of the aluminum substrate an electroconductive conversion layer for example, a fluoride-phosphate film ensuring sufficient adhesion. between the conductors and the substrate little disturbing the contacts between the wiring levels.
il est préférable de décaper le substrat en aluminium dans les solutions alcalines.it is preferable to pickle the aluminum substrate in alkaline solutions.
La structure des conducteurs de la plaquette peut être multicouche, par exemple, la base en nickel peut être dorée dans le but d'améliorer la soudabilité et la conductibilité électrique, revêtue d'étain, pour assurer les conditions de soudage, ou argentée, au cas où sont imposées des exigences sévères à la conductibilité du câblage. The structure of the conductors of the wafer can be multilayer, for example, the nickel base can be gilded in order to improve the solderability and the electrical conductivity, coated with tin, to ensure the welding conditions, or silver, at cases where severe requirements are placed on the conductivity of the wiring.
Malgré le fait que l'argent influence négativement la fiabilité dans les plaquettes imprimées classiques et diminue leur durée de vie, vu sa capacité de migration élevée, dans la structure de la figure 2b cet effet est réduit au minimum, et l'argent peut au besoin s'appliquer sans difficultés. Cela peut 'avérer nécessaire, en fabriquant les systèmes microélectroniques, fonctionnant à des fréquences de plusieurs centaines de Mégahertz.Despite the fact that silver negatively influences the reliability in conventional printed wafers and shortens their service life, given its high migration capacity, in the structure of Figure 2b this effect is minimized, and silver can at need to apply without difficulty. This may be necessary when manufacturing microelectronic systems operating at frequencies of several hundred megahertz.
Un élargissement des facilités techniques du procédé proposé, consistant en une possibilité de l'appliquer à la production des plaquettes de grandes dimensions sur n'importe quel type de base : rigide, souple, souple-rigide et avec un dispositif d'évacuation de la chaleur incorporé, s'obtient grâce à ce que le câblage proprement dit est réalisé séparément de la base sur un substrat métallique, alors que la base elle-même peut représenter une structure combinée. Dans ce but la base est à former au moins à partir de deux couches, au moins une desquelles, adjacente à la base de la plaquette, est faite en un matériau diélectrique. Les autres couches peuvent être en un métal, en un diélectrique ou en leur combinaison. An extension of the technical facilities of the proposed process, consisting of the possibility of applying it to the production of large wafers on any type of base: rigid, flexible, flexible-rigid and with a device for evacuating the incorporated heat, is obtained thanks to the fact that the actual wiring is carried out separately from the base on a metal substrate, while the base itself can represent a combined structure. For this purpose the base is to be formed at least from two layers, at least one of which, adjacent to the base of the wafer, is made of a dielectric material. The other layers can be made of a metal, a dielectric or a combination thereof.
Dans la couche adjacente à la base il est utile de pratiquer des trous aux endroits de la plaquette où sont prévus des éléments d'évacuation de la chaleur des systèmes microélectroniques et/ou des connexions à la couche qui succède. In the layer adjacent to the base, it is useful to make holes at the places in the plate where elements for evacuating heat from microelectronic systems and / or connections to the succeeding layer are provided.
La structure examinée plus haut (fig. 2) illustre l'un des cas les plus caractéristiques et importants en pratique d'une base combinée dans laquelle une couche 10 en matériau diélectrique est directement suivie par une base métallique 7. Une telle plaque présente de bonnes caractéristiques thermiques et une résistance mécanique élevée. The structure examined above (fig. 2) illustrates one of the most characteristic and important cases in practice of a combined base in which a layer 10 of dielectric material is directly followed by a metal base 7. Such a plate has good thermal characteristics and high mechanical resistance.
Pour un montage rigide des éléments du système microélectronique sur la plaquette, la base 7 doit être faite en un métal, ayant un coefficient de dilatation thermique adapté à celui des composants, par exemple, en alliage fer-nickel. Lorsque ceci n'est pas nécessaire, il est le mieux d'utiliser une plaque en aluminium anodisé ou un profilé d'aluminium spécial, ayant des nervures ou des broches pour améliorer l'évacuation de la chaleur. For rigid mounting of the elements of the microelectronic system on the wafer, the base 7 must be made of a metal, having a coefficient of thermal expansion adapted to that of the components, for example, of iron-nickel alloy. When this is not necessary, it is best to use an anodized aluminum plate or special aluminum profile, having ribs or pins to improve heat dissipation.
Lorsqu'on forme la couche 10, dépassant les limites de la base 7, on obtient, à condition d'une flexibilité suffisante du matériau diélectrique, une construction flexible-rigide où dans les limites de la base peuvent être montés des éléments du système, alors que la couche 10 en matériau diélectrique, dépassant les limites de la base 7, constitue des boucles souples servant à réaliser les connexions aux circuits externes. When forming the layer 10, exceeding the limits of the base 7, one obtains, provided sufficient flexibility of the dielectric material, a flexible-rigid construction where within the limits of the base can be mounted elements of the system, while the layer 10 of dielectric material, exceeding the limits of the base 7, constitutes flexible loops used to make the connections to the external circuits.
il est utile de former la couche 10 en matériau diélectrique présentant un film adhésif en l'insérant entre la base 7 et le substrat métallique 1 avant l'opération de superposition de la base (fig. 3a, c). On obtient préalablement par matriçage à partir du film adhésif des couches intercalaires (fig. 3b), ayant outre les trous 15 susdits des perforations de positionnement assurant sa coincidence parfaite avec le substrat métallique 1. Les couches intercalaires en matériau diélectrique étant situées entre le substrat métallique 1 avec les conducteurs 3 à 6 et la base 7 au niveau des trous 15, laissent découvertes des zones de la base métallique 7, sur lesquelles on va ensuite monter des éléments 16 d'évacuation de la chaleur des systèmes microélectroniques (fig. 3d, e). On peut ici réaliser le contact électrique avec le métal de la base 7. it is useful to form the layer 10 of dielectric material having an adhesive film by inserting it between the base 7 and the metal substrate 1 before the operation of superposition of the base (FIG. 3a, c). Interlayer layers (fig. 3b) are first obtained by stamping from the adhesive film, having, in addition to the aforementioned holes 15, positioning perforations ensuring its perfect coincidence with the metal substrate 1. The intermediate layers of dielectric material being located between the substrate metal 1 with the conductors 3 to 6 and the base 7 at the holes 15, leave exposed areas of the metal base 7, on which we will then mount elements 16 for removing heat from microelectronic systems (fig. 3d , e). Here we can make electrical contact with the metal of base 7.
A la figure 3e, on voit comment on peut connecter l'élément 16 aux conducteurs 6, 6a, 6b, 6c.In Figure 3e, we see how we can connect the element 16 to the conductors 6, 6a, 6b, 6c.
En tant que films adhésifs il est utile d'appliquer les compositions à base de fibre de verre ou de polyimide, imprégnées ou revêtues d'une composition adhésive en état solide, mais gardant son pouvoir de réaction. As adhesive films, it is useful to apply the compositions based on fiberglass or polyimide, impregnated or coated with an adhesive composition in solid state, but retaining its reactive power.
Lorsque les conditions imposées aux caractéristiques électriques des plaquettes et à l'utilisation de celles-ci ne sont pas sévères, le film adhésif peut représenter une couche de tissu de verre imprégné d'une résine époxyde à durcissement à chaud, laquelle a subi un traitement thermique pour atteindre un état thermoréversible. When the conditions imposed on the electrical characteristics of the wafers and the use thereof are not severe, the adhesive film may represent a layer of glass fabric impregnated with a hot-curing epoxy resin, which has undergone a treatment. thermal to reach a thermoreversible state.
Dans le cas de plaquettes à haute densité du dessin de câblage à utiliser dans les conditions sévères, le film adhésif doit avoir un corps de polyimrde revêtu des deux côtés de couches d'un adhésif à haute température. In the case of high density wafers of the wiring pattern to be used under severe conditions, the adhesive film must have a polyamide body coated on both sides with layers of high temperature adhesive.
Le régime de température de la superposition de la base est à adopter, en tenant compte du passage de la composition adhésive en état irréversible thermiquement, une polymérisation complète pour des compositions adhésives à base de résine époxyde ou de son ramollissement. La pression à appliquer doit alors assurer un bon collage et la coulée de la composition adhésive sous les bords surplombants 9 des conducteurs 5, 6 du câblage principal. The temperature regime of the base overlay is to be adopted, taking into account the passage of the adhesive composition in a thermally irreversible state, complete polymerization for adhesive compositions based on epoxy resin or its softening. The pressure to be applied must then ensure good bonding and the pouring of the adhesive composition under the overhanging edges 9 of the conductors 5, 6 of the main wiring.
Dans les systèmes microélectroniques complexes il est utile d'utiliser une plaquette à câblage ayant plus de deux niveaux de câblage (fig. 4). Ce but peut être aussi atteint en appliquant une base combinée superposée sur une couche intercalaire de diélectrique 10 ayant des trous 15 aux endroits voulus (fig. 4a, d) superposée à son tour sur le substrat métallique 1 avec des conducteurs 3 à 6. In complex microelectronic systems it is useful to use a wiring board with more than two levels of wiring (fig. 4). This object can also be achieved by applying a combined base superposed on an intermediate layer of dielectric 10 having holes 15 at the desired locations (FIG. 4a, d) superposed in turn on the metal substrate 1 with conductors 3 to 6.
Trois niveaux de câblage ou davantage s'obtiennent, lorsque la couche succédant à la couche diélectrique adJacente à la base de la plaquette sera formée à partir d'une plaquette prête. il est d'intérêt pratique pour les systèmes numériques très complexes le cas où une plaque imprimée prête, laquelle peut être simpisface et même sans trous métallisés pour le montage sur la surface des éléments du système (fig. 4b, f), s'incorpore dans la base combinée. Three or more levels of cabling are obtained when the layer succeeding the dielectric layer adjacent to the base of the board is formed from a ready board. it is of practical interest for very complex digital systems the case where a ready printed plate, which can be simpisface and even without metallized holes for mounting on the surface of the elements of the system (fig. 4b, f), is incorporated in the combined base.
Un système microélectronique numérique a en règle générale un nombre considérable de circuits intégrés, ayant un câblage complexe des circuits logiques et un câblage simple des circuits "terre" et "alimentation ". A digital microelectronic system typically has a considerable number of integrated circuits, having complex wiring of the logic circuits and simple wiring of the "ground" and "power" circuits.
il en ressort qu'une haute densité du dessin de conducteurs et plusieurs, au moins une paire, niveaux de câblage sont nécessaires seulement pour les circuits logiques, alors qu'on impose d'autres exigences aux circuits "alimentation" et "terre", notamment : une résistance ohmique minimale des conducteurs et la réalisation des fonctions d'écran. C'est pourquoi ces circuits, sans perte de densité du montage du système, peuvent être reportés sur une carte imprimés simple-face avec de larges conducteurs occupant le maximum de sa surface. it appears that a high density of the design of conductors and several, at least a pair, wiring levels are necessary only for the logic circuits, whereas other requirements are placed on the circuits "supply" and "earth", in particular: a minimum ohmic resistance of the conductors and the realization of the screen functions. This is why these circuits, without loss of density of the mounting of the system, can be transferred to a single-sided printed board with large conductors occupying the maximum of its surface.
Le dessin de conducteurs de la carte imprimée 17, portant les circuits "terre" et "alimentation" (fig. 4b, f), peut représenter deux structures en peigne en opposition 18 et 19, l'une desquelles reçoit une tension d'alimentation, et l'autre, un potentiel zéro. En obtenant une capacité électrique suffisante entre ces structures, chacune d'elles sera équivalente à la "terre" pour les circuits logiques, grâce à quoi les circuits logiques (fig. 4c, d) se trouveront comme au-dessus d'une surface mise à la terre ce qui est favorable du point de vue de la circuiterie. The drawing of conductors of the printed circuit board 17, carrying the circuits "earth" and "supply" (fig. 4b, f), can represent two comb structures in opposition 18 and 19, one of which receives a supply voltage , and the other, zero potential. By obtaining sufficient electrical capacity between these structures, each of them will be equivalent to "earth" for the logic circuits, whereby the logic circuits (fig. 4c, d) will be as above a set surface to the earth which is favorable from the point of view of the circuitry.
Des circuits intégrés numériques 20 réalisés dans les porteurs plastiques ou céramiques sont à monter au niveau des lignes, délimitant les structures 18 et 19, grâce à quoi les sorties respectives de chacun des circuits intégrés 20 peuvent à travers les trous 15 dans la couche 10 diélectrique se relier aussi bien à la structure 18, qu'à la structure 19 (fig. 4g, i, h). Digital integrated circuits 20 produced in plastic or ceramic carriers are to be mounted at the level of the lines, delimiting the structures 18 and 19, whereby the respective outputs of each of the integrated circuits 20 can through the holes 15 in the dielectric layer 10 connect both to structure 18 and to structure 19 (fig. 4g, i, h).
Le câblage des circuits logiques est effectué par le procédé susdit sur un substrat métallique (fig. 4c, d). The wiring of the logic circuits is carried out by the above process on a metal substrate (fig. 4c, d).
Après le montage des circuits intégrés la plaquette est à revêtir d'une couche 21 de vernis. On obtient alors une plaquette à câblage à trois niveaux, optimale pour le système numérique, vue une densité différenciée du dessin des conducteurs des niveaux de câblage et la technologie de fabrication unique. Cette dernière est assurée par l'identité des opérations technologiques principales à effectuer, en fabriquant aussi bien le câblage des circuits logiques que la carte avec le câblage des circuits "terre" et "alimentation". La densité de montage du système numérique sur une telle plaquette peut valoir celle d'un micromodule à couches minces, bien qu'elle-ne nécessite pas de matériaux coûteux, et son procédé de production ne comprend pas d'opérations sous vide.After mounting the integrated circuits, the wafer is to be coated with a layer 21 of varnish. This gives a three-level wiring board, optimal for the digital system, given a differentiated density of the design of the conductors of the wiring levels and the unique manufacturing technology. The latter is ensured by the identity of the main technological operations to be carried out, by manufacturing both the wiring of the logic circuits and the card with the wiring of the "earth" and "power" circuits. The mounting density of the digital system on such a wafer can be that of a thin film micromodule, although it does not require expensive materials, and its production process does not include vacuum operations.
il est possible, au besoin de réaliser sur la plaquette imprimée des résistances de charge et d'adaptation par la méthode de sérigraphie avec application des pâtes résistives à basse température. it is possible, if necessary, to carry out load and adaptation resistances on the printed wafer by the screen printing method with application of resistive pastes at low temperature.
La fabrication d'un système microélectronique numérique complexe sur de pareilles plaquettes exige le minimum de matériel et d'équipement technologique car les circuits intégrés du même lot, faisant partie du système, ont en règle générale la même disposition des sorties "terre" et "alimentation". Ce fait permet d'appliquer le type unique de plaquette imprimée et le type unique de la couche intercalaire adhésive avec des trous pour former la couche de diélectrique, réalisant alors toute la diversité des plaquettes de montage destinées à différents blocs logiques du système par le seul remplacement du substrat métallique avec des conducteurs de câblage des circuits logiques. The manufacture of a complex digital microelectronic system on such wafers requires the minimum of material and technological equipment because the integrated circuits of the same batch, being part of the system, have as a general rule the same arrangement of the outputs "ground" and " food". This fact makes it possible to apply the unique type of printed wafer and the unique type of the adhesive interlayer with holes to form the dielectric layer, then realizing all the diversity of mounting pads intended for different logic blocks of the system by the single replacement of the metal substrate with wiring conductors of the logic circuits.
Une base composite peut porter un deuxième système de conducteurs sur un substrat métallique réalisé de façon analogue à la première par la technologie susdite. On obtient alors une plaquette de montage à quatre niveaux de câblage destinée à recevoir des éléments du système sur ses deux faces. Une pareille plaquette présente un intérêt pour la production de systèmes microélectroniques complexes, ayant un volume et un poids minimaux et consommant peu de puissance. A composite base can carry a second system of conductors on a metal substrate produced in a similar manner to the first by the above technology. A mounting plate is then obtained with four levels of wiring intended to receive elements of the system on its two faces. Such a wafer is of interest for the production of complex microelectronic systems, having a minimum volume and weight and consuming little power.
Sont possibles aussi d'autres combinaisons de structures et de matériaux constituant la base de la plaquette, le choix de ces structures et matériaux étant fait en fonction des composants à utiliser et du degré d'intégration du système microélectronique auquel la plaquette donnée est destinée. Other combinations of structures and materials constituting the base of the wafer are also possible, the choice of these structures and materials being made according to the components to be used and the degree of integration of the microelectronic system for which the given wafer is intended.
Lorsque, par exemple, le système comprend un nombre notable de composants passifs produits par la technologie à couches minces ou épaisses, une carte prête, faisant partie de la base, peut être une plaquette céramique ou en verre portant un Jeu de composants à couches minces du système. Dans le cas d'une grande disposition de puissance il est mieux d'appliquer ici une plaquette en aluminium anodisé. When, for example, the system comprises a significant number of passive components produced by thin or thick film technology, a ready card, forming part of the base, may be a ceramic or glass wafer carrying a set of thin film components of the system. In the case of a large power arrangement it is better to apply an anodized aluminum plate here.
il est possible d'utiliser dans les systèmes numériques des plaquettes imprimées double-face prêtes avec des trous métallisés ou même des plaquettes imprimées à plusieurs couches, les couches extérieures desquelles sont exécutées à l'aide de la technologie qu'on vient de décrire. it is possible to use in digital systems ready-made double-sided printed plates with metallized holes or even multi-layer printed plates, the outer layers of which are executed using the technology just described.
Une telle structure n'est pas une simple association de plusieurs types de plaquettes à câblage, mais représente une plaquette à câblage offrant des possibilités qualitativement nouvelles lesquelles ne sont pas inhérentes aux éléments séparés la constituant. Cette structure composite est aussi une version particulière d'une plaquette à câblage type destinée à réaliser des ensembles imprimés et des micromodules hybrides à couches minces, associant les possibilités des structures constitutives et exempte de llinconvénient de chacune d'elles résidant en leurs technologie et équipement de fabrication non universels.Such a structure is not a simple association of several types of wiring boards, but represents a wiring board offering qualitatively new possibilities which are not inherent to the separate elements constituting it. This composite structure is also a particular version of a typical wiring board intended to produce printed assemblies and hybrid micromodules with thin layers, combining the possibilities of the constituent structures and free from the drawback of each of them residing in their technology and equipment. non-universal manufacturing.
On va maintenant examiner des exemples concrets de la mise en oeuvre du procédé proposé. We will now examine concrete examples of the implementation of the proposed method.
il est utile de classer les exemples ci-dessous décrits en deux groupes : le premier comprendra ceux qui concernent la réalisation d'une structure de câblage à deux niveaux sur un substrat métallique (exemples 1 à 3), et le deuxième, les exemples d'exécution à base de cette structure des plaquettes à câblage finies et de leur utilisation dans des systèmes électroniques (exemples 4 à 8). it is useful to classify the examples below described in two groups: the first will include those which relate to the realization of a two-level wiring structure on a metal substrate (examples 1 to 3), and the second, the examples of 'execution based on this structure of the finished wiring boards and their use in electronic systems (examples 4 to 8).
Exemple 1
Fabrication d'une plaquette à deux niveaux de
câblage par les méthodes de photolithographie.Example 1
Manufacture of a two-level wafer
wiring by photolithography methods.
Un substrat en feuille de cuivre de 0,05 mm d'épaisseur, ayant sa surface préparée (nettoyée d'oxydes et dégraissée) par la méthode d'immersion, est à revêtir des deux côtés d'une couche de photorésist de 0,004 à 0,006 mm d'épaisseur. Cela fait, le substrat est placé entre deux masques photographiques, réalisés sur un film souple ou sur des plaquettes en verre, préalablement confondus et on effectue leur irradiation des deux côtés par la lumière ultraviolette, en assurant ainsi une exposition correspondant au type de photorésist appliqué. Le dessin des masques définit celui des conducteurs du niveau de câblage principal de 0,025 mm de largeur avec un espacement entre les conducteurs de O,005 mm. Les sections rétrécies des conducteurs, appartenant au deuxième niveau de câblage, ont aussi la largeur de 0,025 mm et elles ont des extrémités en disques de 0,1 mm de diamètre aux points de contact avec le niveau de câblage principal. A 0.05 mm thick copper foil substrate, having its surface prepared (cleaned of oxides and degreased) by the immersion method, is to be coated on both sides with a photoresist layer of 0.004 to 0.006 mm thick. This done, the substrate is placed between two photographic masks, produced on a flexible film or on glass plates, previously combined and their irradiation on both sides is carried out with ultraviolet light, thereby ensuring an exposure corresponding to the type of photoresist applied. . The design of the masks defines that of the conductors of the main wiring level of 0.025 mm in width with a spacing between the conductors of 0.005 mm. The narrowed sections of the conductors, belonging to the second level of wiring, also have the width of 0.025 mm and they have disc ends of 0.1 mm in diameter at the points of contact with the level of main wiring.
Le photorésist est développé et tanné, et le substrat est placé ensuite dans un bain galvanique de nickelage avec de l'électrolyte de sulfamide permettant d'obtenir des précipités plastiques et non contraints et assurant une vitesse de croissance élevée. On fait précipiter le nickel jusqu'à obtenir une épaisseur de 0,015 mm des conducteurs. Puis, le photorésist devenu inutile est éliminé, et le substrat est traité additionnellement dans une solution à base d'anhydride chromique et d'acide sulfurique suivant une profondeur de 0,01 mm. Le recuit du substrat est effectué dans un milieu de gaz inerte à une température de 8500C, pendant 15 minutes. The photoresist is developed and tanned, and the substrate is then placed in a galvanic nickel plating bath with sulfonamide electrolyte allowing plastic and unconstrained precipitates to be obtained and ensuring a high growth rate. The nickel is precipitated until a thickness of 0.015 mm of the conductors is obtained. Then, the photoresist that has become useless is eliminated, and the substrate is treated additionally in a solution based on chromic anhydride and sulfuric acid to a depth of 0.01 mm. The annealing of the substrate is carried out in an inert gas medium at a temperature of 8500C, for 15 minutes.
La base est exécutée à partir d'une plaquette en aluminium de 0,5 mm d'épaisseur, et pour sa superposition au substrat, on applique à la plaquette un film de polyimide revêtu des deux côtés de couches d'adhésif fluororganique. The base is made from an aluminum plate 0.5 mm thick, and for its superimposition on the substrate, a polyimide film is applied to the plate, coated on both sides with layers of fluororganic adhesive.
La superposition est effectuée sous une pression de 50 à 75 kgf/cm2 à une température de 4500C. Un traitement définitif est effectué dans une solution à base d'anhydride chromique et d'acide sulfurique suivant toute l'épaisseur du substrat jusqutà une élimination complète du cuivre de dessous des points d'intersection.The superposition is carried out under a pressure of 50 to 75 kgf / cm2 at a temperature of 4500C. A final treatment is carried out in a solution based on chromic anhydride and sulfuric acid along the entire thickness of the substrate until complete removal of the copper from below the points of intersection.
Après le traitement chimique la plaquette à câblage est lavée dans l'eau désionisée, en appliquant l'ultra-son et séchée à l'aide des rayons infrarouges. La plaquette à câblage est maintenant prête à recevoir des éléments munis de sorties de fil, ces éléments pouvant être montés par les méthodes de thermocompression ou de soudage par ultra-son. After the chemical treatment the wiring board is washed in deionized water, applying the ultrasound and dried using infrared rays. The wiring board is now ready to receive elements with wire outlets, these elements can be mounted by thermocompression or ultrasonic welding methods.
Au point de vue de la construction un système microélectronique fabriqué avec utilisation de la plaquette à câblage décrite représente un circuit intégré hybride à intégration poussée.From the construction point of view, a microelectronic system manufactured using the described wiring board represents a hybrid integrated circuit with deep integration.
Exemple 2
Fabrication d'une plaquette à câblage à deux
niveaux de câblage sans recourir aux méthodes de
photolithographie, en transférant le dessin des
conducteurs directement sur un substrat métallique.Example 2
Manufacturing of a wiring board for two
wiring levels without resorting to
photolithography, transferring the design of
conductors directly on a metal substrate.
L'application des méthodes de photolithographie pour la fabrication de petits lots de plaquettes à câblage complexes présentant un grand nombre de modifications n'est pas rationnelle. L'effet optimal d'élaboration d'une topologie à l'aide d'un ordinateur s'obtient en appliquant directement les données de projet pour transférer le dessin des conducteurs sur un substrat métallique. The application of photolithography methods for the production of small batches of complex wiring boards with a large number of modifications is not rational. The optimal effect of developing a topology using a computer is obtained by directly applying the project data to transfer the drawing of the conductors to a metal substrate.
Dans ce but, un substrat analogue à celui qu'on vient de décrire (voir l'exemple 1) est revêtu des deux côtés par une méthode d'extration d'une solution, des couches d'un vernis chimiquement stable de 0,04 à 0,06 mm d'épaisseur. For this purpose, a substrate similar to that just described (see Example 1) is coated on both sides by a method of extraction of a solution, layers of a chemically stable varnish of 0.04 0.06 mm thick.
Puis, à l'aide d'un rayonnement de laser concentré et en utilisant les propriétés de réflexion du substrat métallique, on brûle sélectivement le vernis des deux côtés du substrat pour libérer la surface des conducteurs à obtenir. Le substrat est ensuite soufflé par l'air purifié comprimé, lavé dans l'eau désionisée avec application de l'ultra-son, toutes les opérations succédant à la précipitation électrique du nickel étant analogues à celles de l'exemple 1. Then, using concentrated laser radiation and using the reflection properties of the metal substrate, the varnish is selectively burned on both sides of the substrate to free the surface of the conductors to be obtained. The substrate is then blown with compressed purified air, washed in deionized water with the application of ultrasound, all the operations following the electrical precipitation of nickel being similar to those of Example 1.
Exemple
Fabrication d'une plaquette à câblage à deux niveaux
de câblage sans application des méthodes de photo
lithographie avec utilisation de l'offset.Example
Manufacturing of a two-level wiring board
wiring without applying photo methods
lithography using offset.
il est utile d'appliquer cette méthode, en produisant de grands lots de plaquettes à câblage de faible et moyenne complexité présentant une densité pas très élevée du dessin de câblage des fils. it is useful to apply this method, by producing large batches of low and medium complexity wiring boards having a not very high density of the wiring drawing of the wires.
La formation d'un masque de protection sur le substrat métallique analogue à celui des exemples 1, 2 est effectuée ici par transfert d'une peinture chimiquement stable à partir d'un cliché sur le substrat par l'intermédiaire d'une plaque en caoutchouc, les opérations qui suivront seront identiques à celles de l'exemple 1. The formation of a protective mask on the metal substrate similar to that of Examples 1, 2 is carried out here by transfer of a chemically stable paint from a plate on the substrate via a rubber plate , the operations which follow will be identical to those of Example 1.
Comme il se produit au cours du transfert une perte de précision des dimensions géométriques des conducteurs par rapport au cliché, la largeur des sections des conducteurs ne peut pas ordinairement être plus étroite que 0,1 mm. Cette restriction étant admissible, le procédé donné est à considérer préférentiel, vu son rendement le plus élevé. As there is a loss of precision in the geometrical dimensions of the conductors in relation to the plate during transfer, the width of the sections of the conductors cannot ordinarily be narrower than 0.1 mm. This restriction being admissible, the given process is to be considered preferential, given its highest yield.
Exemple 4
Fabrication d'une plaquette à câblage sur une base
souple, avec deux niveaux de câblage.Example 4
Making a wiring board on a base
flexible, with two levels of wiring.
Un substrat métallique portant sur ses deux faces des conducteurs est fait selon n'importe lequel des exemples 1-3, en tant que base on applique un film en polyimide revêtu d'un côté d'une couche de polymère fluoroorganique à souder. Lorsque le substrat métallique représente un ruban, la superposition de la base est à effectuer, en faisant progresser le substrat et le ruban de polyimide dont la couche à souder est orientée vers le substrat entre des cylindres chauffés. A metallic substrate carrying on its two faces of the conductors is made according to any of Examples 1-3, as a base is applied a polyimide film coated on one side with a layer of fluoroorganic polymer to be welded. When the metal substrate represents a ribbon, the base is superimposed, by advancing the substrate and the polyimide ribbon whose layer to be welded is oriented towards the substrate between heated cylinders.
Le laminat stratifié obtenu subit un traitement chimique sélectif du substrat métallique et un lavage, achevant le cycle technologique de la production de la plaquette à câblage sur une base souple. The laminate obtained obtained undergoes a selective chemical treatment of the metal substrate and a washing, completing the technological cycle of the production of the wiring board on a flexible base.
Exemple 5
Fabrication d'une plaquette à câblage sur une base
souple, à quatre niveaux de câblage.Example 5
Making a wiring board on a base
flexible, with four wiring levels.
Les opérations sont les mêmes que dans l'exemple 4, mais en tant que base on utilise un film en polyimide perforé revêtu des deux côtés de couches d'un polymère fluoroorganique godé. Sur ce film sont superposés des deux côtés des substrats métalliques portant sur ses deux faces des conducteurs formés selon n'importe lequel des exemples 1 à 3. Le dessin des conducteurs sur les substrats métalliques est défini conformément à la topologie des première et deuxième paires de niveaux de câblage. The operations are the same as in Example 4, but as a base a perforated polyimide film is used coated on both sides with layers of a dyed fluoroorganic polymer. On this film are superimposed on both sides of the metal substrates carrying on its two faces conductors formed according to any of Examples 1 to 3. The pattern of the conductors on the metal substrates is defined in accordance with the topology of the first and second pairs of wiring levels.
Exemple 6
Fabrication d'une plaquette à câblage sur une base
souple à trois niveaux de câblage, le troisième
niveau représentant un bus "terre" ou "alimentation".Example 6
Making a wiring board on a base
flexible with three wiring levels, the third
level representing a "ground" or "power" bus.
Le processus est analogue à celui de l'exemple 5, mais au lieu du deuxième substrat métallique portant sur ses deux faces des conducteurs, on utilise un ruban métallique de 0,05 à 0,1 mm d'épaisseur fait en un métal résistant au décapage dont les agents agissent sur le substrat. The process is analogous to that of Example 5, but instead of the second metallic substrate carrying on its two faces of the conductors, a metallic strip of 0.05 to 0.1 mm thick is made made of a metal resistant to pickling whose agents act on the substrate.
Ce ruban métallique est ensuite appliqué en tant que bus "terre" ou "alimentation", le contact avec celui-ci étant réalisé à travers les perforations pratiquées dans le ruban en polyimide. This metallic tape is then applied as a "ground" or "supply" bus, contact with the latter being made through the perforations made in the polyimide tape.
Exemple 7
Fabrication d'une plaquette à câblage sur une base
composite souple-rigide avec dispositif d'évacuation
de la chaleur indorporé. Example 7
Making a wiring board on a base
flexible-rigid composite with evacuation device
incorporated heat.
Le processus est analogue à celui de l'exemple 6, mais au lieu du ruban métallique on utilise des plaquettes en aluminium de 0,5 à 2,0 mm d'épaisseur, ayant ses dimensions inférieures à celles du ruban perforé en polyimide. Sans dépasser les limites de ces plaquettes, sur les plaquettes à câblage souples, sera formée une section d'extraction de la chaleur rigide destinée à recevoir des composants du système électronique. The process is analogous to that of Example 6, but instead of the metallic tape, aluminum plates 0.5 to 2.0 mm thick are used, having its dimensions smaller than those of the perforated polyimide tape. Without exceeding the limits of these plates, on flexible wiring plates, a rigid heat extraction section will be formed intended to receive components of the electronic system.
Pour le cas d'une grande dissipation de puissance il est utile de remplacer les plaquettes en aluminium par un produit de laminage d'aluminium, ayant une surface développée d'un côté. In the case of a large power dissipation it is useful to replace the aluminum plates with an aluminum rolling product, having a developed surface on one side.
Exemple 8
Applications dans les systèmes électroniques.Example 8
Applications in electronic systems.
Le moment-clé dans l'application d'une plaquette à câblage dans les systèmes électroniques est la réalisation des sorties intérieures et extérieures, cela étant déterminant pour la connexion de la plaquette à câblage à des circuits externes et impose, de ce fait, des exigences strictes à satisfaire aux éléments utilisables dans un tel système. The key moment in the application of a wiring board in electronic systems is the realization of indoor and outdoor outputs, this being decisive for the connection of the wiring board to external circuits and therefore imposes strict requirements to meet the elements usable in such a system.
La figure 5 illustre une partie d'un système microélectronique fabriqué en utilisant la plaquette à câblage donnée avec différents types de sorties extérieures et intérieures. Figure 5 illustrates part of a microelectronic system fabricated using the given wiring board with different types of exterior and interior outputs.
Le trait essentiel de ce système réside en ce que tous les types de sorties utilisées s'obtiennent simultanément avec les niveaux de câblage en une seule passe, sans exiger d'autres opérations. La configuration des sorties ainsi que celle des conducteurs 3 à 6 sont réalisées simultanément sur les deux faces du substrat métallique 1 (fig. Sa, b). The essential feature of this system is that all the types of outputs used are obtained simultaneously with the wiring levels in a single pass, without requiring any other operations. The configuration of the outputs as well as that of the conductors 3 to 6 are carried out simultaneously on the two faces of the metal substrate 1 (fig. Sa, b).
Des sorties intérieures 22 sous la forme de colonnettes sont réalisées comme disques séparés du côté du substrat métallique 1 opposé à celui sur lequel on superpose la base 7. Internal outlets 22 in the form of columns are produced as separate disks on the side of the metal substrate 1 opposite to that on which the base 7 is superimposed.
Des sorties extérieures en rubans 23 sont réalisées sous la forme de dessins identiques sur les faces opposées du substrat 1 sortant hors des bords de la base 7 (fig. 5c). External outputs in ribbons 23 are produced in the form of identical designs on the opposite faces of the substrate 1 emerging from the edges of the base 7 (FIG. 5c).
Des sorties intérieures spéciales 24 permettant d'éviter un défaut de contact par suite d'une différence des coefficients de dilatation thermique toujours existante entre les matériaux à partir desquels sont produits la base 7 et les composants, faisant partie d'un système, sont réalisées sous la forme de peignes sur la face du substrat métallique 1 opposée à celle sur laquelle on superpose la base 7. La largeur des dents des peignes est réalisée égale à celle des sections rétrécies 4 des conducteurs 3. Puis, on va monter sur les sorties 22 une sousplaquette 25, et sur les sorties 24, un composant 26 (fig. 5c, d). Special internal outlets 24 making it possible to avoid a contact defect due to a difference in the coefficients of thermal expansion still existing between the materials from which the base 7 is produced and the components, forming part of a system, are produced in the form of combs on the face of the metal substrate 1 opposite to that on which the base is superimposed 7. The width of the teeth of the combs is made equal to that of the narrowed sections 4 of the conductors 3. Then, we will mount on the outputs 22 a sub-plate 25, and on the outputs 24, a component 26 (fig. 5c, d).
La base 7 étant obtenue par sa superposition au substrat 1 sélectivement traité, sous les disques des sorties 22 se forment des colonnettes en métal de substrat 1 analogues aux éléments d'appui 8, assurant le contact entre les niveaux de câblage. La résistance mécanique des sorties en rubans 23 est due à des rubans 28 formés en métal du substrat et se trouvant dans leur partie médiane. Au-dessus des éléments d'appui 29 formés à partir du métal du substrat 1 sous les bords des sorties intérieures spéciales on voit après le traitement chimique les dents librement surplombantes des peignes 24. The base 7 being obtained by its superposition on the substrate 1 selectively treated, under the discs of the outputs 22 are formed metal columns of substrate 1 similar to the support elements 8, ensuring contact between the wiring levels. The mechanical resistance of the ribbon outlets 23 is due to ribbons 28 formed of metal from the substrate and located in their middle part. Above the support elements 29 formed from the metal of the substrate 1 under the edges of the special internal outlets, the freely overhanging teeth of the combs 24 are seen after the chemical treatment.
Au cours du montage des composants 26 ces dents fléchissent vers la base de la plaquette à câblage et grâce à ce fait elles acquièrent les propriétés des ressorts, réagissant à des variations des dimensions des éléments rigides sous l'influence thermique exercée sur le système. La résistance de telles sorties aux charges de choc et de vibration est assurée par la présence de la couche de vernis 21, celle-ci devant être, d'une part, suffisamment rigide pour rendre possible le collage des composants 26 sur la surface de la plaquette à câblage, et d'autre part, suffisamment élastique pour garder la souplesse des sorties 24. Ce sont des composés diélectriques à base de caoutchoucs organo-siliciés qui satisfont au mieux à ces conditions. During the assembly of the components 26 these teeth flex towards the base of the wiring board and thanks to this fact they acquire the properties of the springs, reacting to variations in the dimensions of the rigid elements under the thermal influence exerted on the system. The resistance of such outputs to shock and vibration loads is ensured by the presence of the layer of varnish 21, the latter having to be, on the one hand, sufficiently rigid to make possible the bonding of the components 26 on the surface of the wiring board, and on the other hand, sufficiently elastic to keep the flexibility of the outputs 24. These are dielectric compounds based on organosilicon rubbers which best satisfy these conditions.
La plaquette à câblage fabriquée par la technologie décrite a également toujours une deuxième surface de montage, celle-ci pouvant alors s'utiliser pour le soudage des sorties par compression thermique ou par ultra-son. The wiring board manufactured by the technology described also always has a second mounting surface, which can then be used for welding the outputs by thermal compression or by ultrasound.
Un exemple d'application de cette deuxième surface de montage est illustré à la figure 3. An example of application of this second mounting surface is illustrated in FIG. 3.
L'avantage essentiel du procédé proposé est la suppression des opérations de fabrication et de métallisation des contacts entre les niveaux inévitables dans les procédés connus utilisables pour réaliser un câblage à plusieurs niveaux, ainsi que l'application d'une technologie unique pour la réalisation des ensembles imprimés et des modules hybrides. Cela permet de
- réduire le temps pris par la production d'un système de 35 à 750%, selon la complexité du système
- augmenter la densité de montage du système de 5 à 10 fois par comparaison à la technologie de câblage imprimé, et de 1,5 à 2 fois par comparaison à la technologie des couches épaisses;
- améliorer la fiabilité du système;
- éviter ou réduire au minimum l'utilisation des métaux nobles et des matériaux coûteux.The essential advantage of the proposed process is the elimination of the manufacturing and metallization operations of the contacts between the levels which are inevitable in the known processes which can be used to carry out wiring at several levels, as well as the application of a unique technology for the realization of printed sets and hybrid modules. This allows to
- reduce the time taken to produce a system from 35 to 750%, depending on the complexity of the system
- increase the mounting density of the system by 5 to 10 times compared to the printed wiring technology, and by 1.5 to 2 times compared to the thick film technology;
- improve the reliability of the system;
- avoid or minimize the use of noble metals and expensive materials.
il devient possible de réduire le prix de revient des plaquettes à câblage elles-mêmes plus que de deux fois, en tenant compte des plaquettes de divers types lesquelles peuvent être remplacées par une seule fabriquée conformément à la technologie donnée. it becomes possible to reduce the cost price of the wiring boards themselves more than twice, taking into account boards of various types which can be replaced by a single one manufactured in accordance with the given technology.
Une particularité positive importante du procédé proposé réside en ce qu'il permet non seulement de supprimer les inconvénients inhérents à la technique antérieure mais aussi de conférer pratiquement à n'importe lequel des types disponibles des plaquettes à câblage des facultés de montage qualitwativement nouvelles réalisables dans la plaque à base composite proposée. An important positive feature of the proposed process is that it not only eliminates the drawbacks inherent in the prior art but also gives virtually any of the available types of wiring boards qualitatively new mounting capabilities achievable in the proposed composite base plate.
Le procédé donné, basé sur des opérations de précipitation électrique et de décapage exige l'utilisation des réactifs chimiques liquides, mais comparativement aux processus "secs" appliqués dans la technologie hybride il présente des possibilités techniques plus larges, et on peut dire qu'il est universel. Ce procédé permet de produire une plaquette à câblage qualitativement nouvelle qui a très peu de trait commun avec une plaquette à câblage imprimée seulement la technologie de fabrication et un prix bas, et qui s'approche étroitement, par ses possibilités d'applications techniques, des plaquettes à câblage de précision servant à réaliser les circuits intégrés hybrides incomparablement plus coûteuses pour de mêmes dimensions. The given process, based on electrical precipitation and pickling operations requires the use of liquid chemical reagents, but compared to the "dry" processes applied in hybrid technology it presents wider technical possibilities, and it can be said that it is universal. This process makes it possible to produce a qualitatively new wiring board which has very little in common with a printed wiring board only manufacturing technology and a low price, and which comes close, by its possibilities of technical applications, to Precision wiring boards used to make incomparably more expensive hybrid integrated circuits for the same dimensions.
Claims (12)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8209877A FR2528248A1 (en) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | Panels for microelectronic systems mfr. - by applying circuit patterns to both sides of substrate |
Applications Claiming Priority (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8209877A Granted FR2528248A1 (en) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | Panels for microelectronic systems mfr. - by applying circuit patterns to both sides of substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2528248A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3801388A (en) * | 1971-09-30 | 1974-04-02 | Sony Corp | Printed circuit board crossover and method for manufacturing the same |
-
1982
- 1982-06-07 FR FR8209877A patent/FR2528248A1/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3801388A (en) * | 1971-09-30 | 1974-04-02 | Sony Corp | Printed circuit board crossover and method for manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2528248B1 (en) | 1985-04-19 |
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Legal Events
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