FR2584886A1

FR2584886A1 - Stratifie flexible pour circuit et procede de fabrication

Info

Publication number: FR2584886A1
Application number: FR8610168A
Authority: FR
Inventors: Samuel Gazit; Cathy A Fleischner
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 1985-07-15
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1987-01-16
Anticipated expiration: 2006-07-11
Also published as: GB2177654A; JPS6225487A; KR870001754A; US4634631A; IT1196486B; FR2584886B1; DE3623873A1; GB8617085D0; GB2177654B; IT8621120A1; IT8621120A0

Abstract

ON PROPOSE UN STRATIFIE FLEXIBLE POUR CIRCUITS COMPORTANT UNE COUCHE DE POLYMERE FLUORE RENFORCE PAR VERRE INTERPOSEE ENTRE UN SUBSTRAT DE POLYIMIDE ET UN TRACE DE CUIVRE CONDUCTEUR. LE POLYMERE FLUORE RENFORCE PAR VERRE JOUE LE ROLE DE COLLE A HAUTE RESISTANCE D'ADHESION ENTRE LE POLYIMIDE ET LE TRACE CONDUCTEUR DE CUIVRE. LE POLYMERE FLUORE RENFORCE PAR VERRE CONTRIBUE EGALEMENT A AMELIORER LA STABILITE DIMENTIONNELLE AINSI QUE LES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES. LA TENEUR EN MICROVERRE EST COMPRISE, DE PREFERENCE, ENTRE ENVIRON 4 ET ENVIRON 30 EN POIDS ET, DE PREFERENCE ENCORE, EST D'ENVIRON 20 EN POIDS DE VERRE. DANS UN PROCEDE POUR FABRIQUER LE STRATIFIE FLEXIBLE POUR CIRCUITS, LE SUBSTRAT DE POLYIMIDE SUBIT, DE PREFERENCE, UN TRAITEMENT DE SURFACE AVEC MICRODECAPAGE ALCALIN SUIVI PAR UN RINCAGE, UN SECHAGE ET UN ASSEMBLAGE PAR STRATIFICATION AU POLYMERE FLUORE RENFORCE PAR MICROVERRE ET AUX COUCHES DE CUIVRE.

Description

1 La présente invention concerne un matériau stratifié en feuilles. Plus

particulièrement, cette invention concerne

les matériaux stratifiés en feuilles pour circuits consti-

tuées d'une couche composite en verre/polymère fluoré inter-

posée entre une pellicule de polyimide et une feuille de cuivre. Les circuits flexibles classiques comportant une pellicule

de polyimide telle la pellicule Kapton de DuPont fixée à u-

ne fine feuille métallique, qui est généralement du cuivre,

est bien connue de tous les spécialistes de cette technique.

Normalement, un tracé conducteur est imprimé sur le cuivre,

avec un revêtement résistant au décapage, le cuivre super-

flu étant décapé ultérieurement. Bien qu'ilstrouvent de nom-

breuses applications, ces circuits flexibles classiques pré-

sentent certains inconvénients et insuffisances. Par exemple, les matériaux de substrat ayant une plus faible constante

diélectrique présenteront moins d'obstacles aux signaux é-

lectroniques traversant les conducteurs et cela, spéciale-

ment, aux fréquences élevées. La constance diélectrique des

pellicules de substrat à base de polyimide couramment uti-

lisé tel que le Kapton est normalement de 3,5 (la constante diélectrique du Kapton dépend de l'humidité. Compte tenu de l'utilisation croissante de signaux à grande vitesse, la constante diélectrique relativement élevée du substrat de

polyimide donne lieu à des effets indésirables. Par conse-

quent, il serait extrêmement souhaitable de pouvoir dispo-

ser d'un matériau de substrat ayant une constante diélectri-

que plus faible, c'est-à-dire inférieure à environ 2,5, et cela à tout le moins afin d'offrir moins de résistance aux

signaux électroniques.

Un autre problème classique avec les circuits souples à ba-

se de polyimide résulte du fait qu'il est nécessaire d'uti-

liser une colle pour leur fabrication. Les colles entre la 1 pellicule de polyimide et les conducteurs de cuivre peuvent

être détériorées par les températures élevées.

Un moyen pour surmonter le problème de résistance mentionné ci-dessus consiste à recouvrir la pellicule de polyimide d' un matériau ayant une constante diélectrique relativement

plus faible et qui ne nécessite pas de collage. Les polymè-

res fluorés sont des matériaux qui satisfont à ces deux exi-

gences. En fait, les structures stratifiées de polyimide ou de polymères d'hydrocarbure fluoré ont déjà été décrites

dans les brevets américains 3.676.566 et 3.770.566, attribu-

és à E.I. duPont de Nemours and Company. D'un point de vue commercial, les stratifiés de polyimide/polymère fluoré sont

bien connus et sont vendus par E.I. duPont de Nemours & Com-

pany sous les marques déposées Kapton F et Kapton XP.

Malheureusement, bien que les polyimides revêtus de polymè-

re fluoré (tels que le Kapton F ou le Kapton XP) permettent d'obtenir une constante-diélectrique améliorée, c'est-à-dire

plus faible que les pellicules classiques de polyimide(Kap-

ton) revêtues d'une colle acrylique ou époxy, on rencontre

d'autres graves difficultés inhérentes aux polymères fluorés.

Les deux problèmes les plus importants se rapportent à la médiocre stabilité dimensionnelle des polymères fluorés et à la faible adhérence de la liaison entre les conducteurs

de cuivre et la pellicule de polymère fluoré.

Dans un effort pour surmonter ces difficultés, la demande

de brevet britannique 2.162 124 propose un matériau strati-

fié pour circuit constitué d'une couche de polymère fluoré renforcée de microverre et insérée entre des stratifiés de

polyimides revêtus de polymère fluoré, c'est-à-dire de Kap-

ton F ou de Kapton XP, avec un tracé de cuivre conducteur.

La pellicule de polymère fluoré/microverre propre à la pré-

sente invention joue le rôle de couche de liaison ou d'ad-

1 hésif en améliorant fortement la résistance de la liaison entre, par exemple, le Kapton F ou XP et les conducteurs de cuivre décapés. D'autre part, l'utilisation d'une pellicule de polymère fluoré renforcé par microverre n'améliore pas seulement la liaison entre, par exemple, le Kapton F ou XP et la feuille de cuivre, mais améliore également - et cela

est tout aussi important - la stabilité dimensionnelle géné-

rale du stratifié. Cette stabilité dimensionnelle améliorée présente une importance toute particulière vu que, comme on l'a déjà mentionné, les polymères (et même les polyimides) ont une stabilité dimensionnelle médiocre et, dans certains cas, inacceptable. D'autre part, la couche de liason à base de polymère fluoré renforcé par microverre permet également d'améliorer les caractéristiques à température élevée de la

feuille stratifiée pour circuits propre à la présente inven-

tion. Ainsi donc, le matériau stratifié pour circuits décrit dans la demande de brevet britannique 2.162.124 permet d'obtenir

une constante diélectrique plus faible que celle des matéri-

aux pour circuits flexibles comportant une pellicule classi-

que de polyimide (Kapton), grâce à la présence de polymère

fluoré. D'autre part, la stabilité dimensionnelle et la so-

lidité de la liaison dans la feuille de cuivre au stratifié

de la présente invention sont améliorées par rapport aux po-

lyimides revêtus de polymère fluoré tel que le Kapton F ou XP.

Toutefois, bien qu'il convienne pour les applications envisa-

gées, le matériau pour circuits stratifiés décrit dans la demande de brevet britannique 2.162.124 présente certains

désavantages et insuffisances, y compris, mais sans limita-

tion, les éléments suivants: (1) le matériau pour circuit laminé connu est relativiment épais, par suite de la présence d'une couche de polymère

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1 fluoré et d'une couche d'adhésif à base de polymère fluoré.

(2) les couches de pellicule de polymère fluoré donnent lieu à une diminution de la stabilité dimensionnelle; (3) le coût des polyimides revêtus de polymère fluoré tels que le Kapton F ou XP est assez élevé;

(4) la qualité générale du produit stratifié peut être diffi-

cile à vérifier.

Les difficultés mentionnées ci-dessus, et d'autres encore

propres à la technique antérieure seront surmontées ou atté-

nuées grâce au matériau stratifié pour circuit propre à la présente invention. Conformément à la présente invention, il est prévu un stratifié flexible pour circuit comportant

une couche de polymère fluoré renforcé par microverre et in-

terposé entre un substrat de polyimide et un tracé de cuivre conducteur. Le polymère fluoré renforcé par verre joue le rôle d'un adhésif à haute résistance entre le polyimide et le tracé conducteur de cuivre. Le polymère fluoré renforcé

par verre contribue également à améliorer la stabilité dimen-

sionnelle, tout comme à améliorer les caractéristiques élec-

triques. De préférence, la teneur en microverre es tcomprise entre environ 4 et environ 30% en poids et, de préférence

encore, est d'environ 20% en poids de verre. Dans un procé-

dé de fabrication du stratifié flexible pour circuit, le subs-

trat de polyimide subit, de préférence, un traitement de mi-

crodécapage de surface en milieu alcalin, suivi par un rin-

çage, un séchage et l'application du polymère fluoré renfor-

cé par microverre et des couches de cuivre.

Les avantages mentionnés ci dessus et d'autres encore, pro-

pres à la présente invention, apparaîtront et seront compris de tous les spécialistes de la technique à l'examen de la

1 description détaillée et des figures ci-après.

Celles-ci, o les éléments semblables sont numérotés de la

même façon dans les différentes figures, représentent res-

pectivement: La figure 1, La figure 2, La figure 3, La figure 4, La figure 5, La figure 6, La figure 7, La figure 8, une vue en élévation en coupe transversale d'un stratifié de cuivre/colle/polyimide conforme à la technique antérieure; une vue en élévation en coupe transversale d'un

stratifié de cuivre/hydrocarbure fluoré/polyi-

mide conforme à la technique antérieure; une vue en élévation en coupe transversale d'un

stratifié de cuivre/d'hydrocarbure fluoré ren-

forcé par verre/hydrocarburé fluoré/polyimide conforme à la technique antérieure; une vue en élévation en coupe transversale d'un

stratifié de cuivre/hydrocarbure fluoré renfor-

cé par verre/polyimide conformeà la présente invention; une vue en élévation en coupe transversale d'un

autre mode de réalisation d'un matériau strati-

fié pour circuit conforme à la présente inven-

tion; une vue en élévation en coupe transversale d'un autre mode de réalisation encore du matériau stratifié pour circuit conforme à la présente invention; une vue en élévation en coupe transversale d'un autre mode de réalisation encore du matériau stratifié pour circuit conforme à la présente invention; une vue en élévation en coupe transversale d'un autre mode de réalisation encore du matériau stratifié pour circuit conforme à la présente invention;

1 La figure 9, un diagramme représentant le procédé de fabri-

cation d'un stratifié de cuivre/hydrocarbure fluoré renforcé par verre polyimide conforme à la présente invention; et La figure 10, une représentation graphique de l'impédance caractéristique en fonction de la largeur de

bande pour les dispositions à bande et micro-

bande propres à la fois à la présente inven-

tion et aux stratifiés de la figure 1 confor-

mes à la technique antérieure.

Si l'on examine tout d'abord les figures 1 - 3, on y voit trois exemples de matériaux en feuilles stratifiées pour circuit propres à la technique antérieure. A la figure 1, une feuille flexible pour circuit classique est représentée avec un substrat ou une couche de base 10, comportant une pellicule de polyimide 11 telle qu'une pellicule de Kapton fixée par une colle 12, généralement acrylique ou époxy à

un conducteur de cuivre 14. Comme déjà mentionné, ce cir-

cuit souple classique donne lieu à certaines difficultés et

insuffisances. Une des difficultés concerne la constante di-

électrique relativement élevée de la pellicule de Kapton,

qui est normalemnt de 3,5, et celle de la couche de colle.

On sait que l'abaissement de la constante diélectrique du

matériau de substrat d'un circuit donne lieu à moins d'in-

terférence du matériau de base avec les signaux électroni-

ques traversant les conducteurs de cuivre à haute fréquence.

Il serait donc avantageux d'améliorer les circuits flexi-

bles classiques tels que représentés à la figure 1, en di-

minuant la constante diélectrique du matériau du substrat.

Un autre problème en rapport avec les circuits flexibles de la figure 1 est la couche de colle 12. Les colles utilisées dans les stratifiés à circuit peuvent être endommagées par les températures élevées. Une tentative pour surmonter les

insuffisances du stratifié pour circuit de la figure 1 con-

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1 siste à utiliser le stratifié pour circuit comportant des hy-

drocarbures fluorés et représenté à la figure 2. A la figu-

re 2, un conducteur de cuivre 16 est disposé sur un matéri-

au de substrat 18 comportant une pellicule de polyimide 20 tel que le Kapton recouverted'une pellicule 22 d'hydrocarbu-

re fluoré. La couche de substrat 18 est un matériau bien con-

nu et disponible dans le commerce sous le nom de Kapton F, (appelé ciaprès KF) ou encore le Kapton XP (appelé ci-après KXP) fabriqués par E.I. duPont de Nemours & Co. Le Kapton F

est constitué d'une pellicule de polyimide Kapton type H re-

vêtu sur l'une des deux faces par une résine d'hydrocarbure

fluoré TEFLON FEP. Le Kapton XP est constitué d'une pellicu-

le de polyimide de Kapton type H, revêtue sur l'un des deux

côtés d'une résine d'hydrocarbure fluoré TEFLON PFA.

Les polymères d'hydrocarbure fluoré ont une constante diélec-

trique relativement faible, c'est-à-dire inférieure à 2,5 et des bonnes caractéristiques à température élevée. Par conséquent, le matériau de substrat 18 présentera des caractéristiques

diélectriques améliorées, c'est-à-dire une constante diélec-

trique plus faible que celle d'autres substrats classiques tels que le matériau de substrat 10 de la figure 1. D'autre part, le substrat 18 ne nécessite pas une couche de colle intermédiaire et les difficultés en rapport avec celle-ci sont supprimées, vu que le polymère d'hydrocabure fluoré

thermoplastique joue lui-même le rôle de colle.

Toutefois, bien que présentant certaines caractéristiques

améliorées par rapport à la technique antérieure représen-

tée à la figure 1, le substrat 18 d'hydrocarbure fluoré et

de polyimide de la figure 2 présente certaines autres insuf-

fisances notables. Par exemple, alors que le polymère d'hy-

drocarbure fluoré 22 permet d'obtenir des caractéristiques

diélectriques améliorées et supprime la nécessité d'une col-

le, on sait bien que les polymères d'hydrocarbure fluoré

présentent une stabilité dimensionnelle extrêmement medio-

1 cres et une faible résistance en cas de collage sur le cui-

vre (c'est-à-dire résistance à l'arrachement). Il va de soi que ces caractéristiques négatives de l'hydrocarbure fluoré sont également celles du substrat 28. De même, les matériaux diélectriques composites à base de Kapton et d'hydrocarbure fluoré tels que le Kapton F et le Kapton XP, présentent une faible stabilité dimensionnelle et une adhérence médiocre

aux conducteurs de cuivre.

Le matériau en feuilles stratifiées pour circuits propre à la technique antérieure et décrit dans la demande de brevet

britannique 2.162.124 vise à surmonter les difficultés inhé-

rentes aux matériaux pour circuits de la technique antérieu-

re et représentés aux figures 1 et 2, en prévoyant une cou-

che d'hydrocarbure fluoré renforcée par du verre entre, par

exemple, le matériau de substrat 18 et le conducteur de cui-

vre 16 de la figure 2. Ce polymère d'hydrocarbure fluoré ren-

forcé par du verre permet d'améliorer le matériau de circuit

de la figure 2 à au moins deux points de vue.

Tout d'abord, la couche supplémentaire joue le r8le d'une

colle et améliore grandement la résistance de la liaison en-

tre le cuivre et le Kapton recouvert de Téflon.

En second lieu, la stabilité dimensionnelle du stratifié est fortement améliorée, tout en conservant des caractéristiques électriques améliorées. Si l'on examine maintenant la figure 3, on y voit un mode de réalisation du matériau pour circuit stratifié conforme à la demande de brevet britannique n 2.162.124. A la figure 3, le substrat 26 est constitué d'une pellicule de polyimide 28, comprise entre deux couches de pellicule de polymère fluoré 30 et 31, la pellicule 30 étant revêtue, à son tour, d'une couche de polymère d 'hydrocarbure fluoré 32, renforcée par du microverre. Enfin, le conducteur

de cuivre 34 est appliqué sur la nouvelle couche 32 de poly-

mère fluoré avec microverre. On comprendra que la pellicule

de polyimide 28 et la couche de polymère d'hydrocarbure flu-

1 oré 30 est analogue au substrat 18 (Kapton F ou Kapton XP) de la figure 2. On comprendra également que la pellicule 31 de polymère d'hydrocarbure fluoré constitue une couche

en variante et qui peut ne pas être nécessaire pour de nom-

breuses applications et constructions. Bien que convenant pour les usages envisagés, le matériau

pour feuilles stratifiées pour circuits de la demande de bre-

vet n0 2.162.126 présente certaines insuffisances. Par exem-

ple, la présence des couches d'hydrocarbure fluoré 30 et 31 augmente à la fois l'épaisseur d'ensemble du stratifié et diminue également sa stabilité dimnensionnelle. D'autre part, le polyimide revêtu d'hydrocarbure fluoré tel que le Kapton

F ou le Kapton XP est relativement coûteux et, par consé-

quent, le coût total du matériau pour feuilles stratifiées

pour circuits de la technique antérieure représenté à la fi-

gure 3 peut être d'un coût prohibitif.

Si l'on examine maintenant la figure 4, on y voit un mode

de réalisation de la présente invention. On admet que le ma-

tériau pour feuilles stratifiées pour circuits de la présen-

te invention constitue une amélioration par rapport au maté-

riau pour feuilles stratifiées pour circuits déjà connu.Le

matériau pour circuits de la présente invention comporte u-

ne base, ou substrat, constituée d'une pellicule de polyi-

mide 36, sur laquelle se trouve une couche de polymère d'h-

drocarbure fluoré renforcées par microverre 38. Enfin%, un matériau électriquement conducteur tel que le cuivre 40, est appliqué sur la couche de polymère fluoré avec microverre

38. En fait, le nouveau stratifié pour circuits de la présen-

te invention est semblable au matériau pour circuit de la

technique antérieure et représenté à la figure 3, à l'excep-

tion du fait que les deux couches d'hydrocarbure fluoré 30 et 31 ne sont plus nécessaires. Par conséquent, la présente

invention permet de réduire l'épaisseur, d'améliorer la sta-

1 bilité dimensionnelle, de réduire le coût et de faciliter le contr8le de qualité par rapport à ce qui était possible

avec le matériau pour circuits décrit dans la demande de bre-

vet n 2.162.124.

Les figures 5 - 8 constituent des modes de réalisation en variante d'autres matériaux pour feuilles stratifiées pour circuits conformes à la présente invention. On comprendra

que tous ces modes de réalisation ont en commun la composi-

tion de base stratifiée 41, avec une base de polyimide re-

couverte d'un polymère fluoré renforcé par du verre, comme

représenté à la figure 4.

A la figure 5, le circuit flexible de la figure 4 présente

une structure stratifiée identique 41', comprenant le con-

ducteur de cuivre 40. Le circuit flexible de la figure 5

est une disposition stratifiée non blindée, avec une pelli-

cule de recouvrement.

Le mode de réalisation de la figure 6 est semblable à la fi-

gure 4, sauf pour ce qui concerne la couche métallique con-

ductrice ajoutée 42 et la couche de colle 38'. Cette dispo-

sition est connue en technique sous le nom de microbande sans pellicule de recouvrement. On comprendra que la couche de polymère d'hydrocarbure fluoré renforcée par microverre 38' prévue entre la couche conductrice 42 et la couche de

polyimide 36 sera également efficace pour améliorer la so-

lidité de la liaison et la stabilité dimensionnelle.

La figure 7 est une disposition à microbande semblable à la figure 6, mais comportant la couche de recouvrement 41' de

la figure 5. En effet, une couche conductrice 42' a été a-

joutée à la surface inférieure de la couche de polyimide 36

avec une couche supplémentaire d'hydrocarbure fluoré 38' ren-

forcée par du verre, prévue entre les couches 36 et 42'.

1 Enfin, à la figure 8, une feuille supplémentaire 42' en cui-

vre ou en un autre métal, a été ajoutée au stratifié à mi-

crobande de la figure 7 pour former une disposition bien

connue à ruban, avec une couche 38" de polymère fluoré ren-

forcée par du verre, interposée entre une feuille conductri- ce 42" et une structure stratifiée 41'. Les deux dispositions

à microbande et à ruban stratifié trouvent de nombreuses ap-

plications chaque fois qu'une grande vitesse des signaux é-

lectroniques est nécessaire et qu'il est préférable d'utili-

ser des substrats ayant de faibles constantes diélectriques.

Par conséquent, les stratifiés pour circuits propres à la présente invention conviennent particulièrement bien pour

les dispositifs électroniques et les autres applications u-

tilisant des signaux numériques à grande vitesse.

Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention,

la couche de polyimide et la couche de polymère fluoré ren-

forcée par du verre ont une épaisseur d'environ 25-50 m,

tandis que le conducteur de cuivre a une épaisseur d'envi-

ron 17-32 pm.

Comme exemples de polymères fluorés pouvant être utilisés en combinaison avec la présente invention, on peut citer un

tripolymère de tétrafluoréthylène (TFE), d'hexafluoropropy-

lène (HFP) et de perfluorovinyléther (PVE) qui est disponi-

ble dans le commerce sous les marques déposées PFA (duPont) et TFA (Hoechst). Un autre polymère fluoré approprié est un

copolymère de TFE et d'hexafluoropropylène (HFP) qui est dis-

ponible dans le commerce sous la marque déposée FEP apparte-

nant à duPont Company. Les fibres de microverre utilisées dans le PFA, le TFA et le FEP permettent de leur conférer une stabilité dimensionnelle. On utilise, de préférence,20%

en poids de microverre en combinaison avc la couche de po-

lymère fluoré, quoique 4-30% en poids ait également Lermis d'améliorer l'adhérence. On comprendra que des teneurs plus 1 élevées en verre diminueraient la flexibilité d'ensemble du

stratifié pour circuits. Pour maintenir la flexibilité re-

quise, l'épaisseur de chaque couche du stratifié doit être minimisée. Les matériaux renforcés par verre sont désignés ici sous les noms de PGAg, TFAg et FEPg. Les matériaux ren- forcés par verre peuvent être produits par un processus à

papier ou par extrusion.

Un procédé préféré pour fabriquer le matériau stratifié pour circuit de la présente invention est décrit au diagramme

schématique de la figure 9. Alors que le polyimide, le po-

lymère fluoré renforcé par du verre et le cuivre peuvent constituer trois couches stratifiées directement ensemble

(par exemple, sous 4 MPa et 405"C), de manière à obtenir u-

* ne résistance de la liaison de 3-10 N/cm, le traitement i-

nitial de la surface de la couche de polyimide améliore da-

vantage la résistance de la liaison et est donc préféré.

Ce traitement de surface crée un micro-décapage (c'est-à-di-

re un texturage) de la surface du polyimide. On a constaté qu'un traitement de surface alcalin appliqué à la surface de polyimide donne les meilleurs résultats. Le procédé le plus intéressant, jusqu'à présent, consiste à utiliser une

solution de KOH dans l'éthanol/eau, ou de KOH dans l'éthy-

lène-diamine (ETDA)/eau. Les concentrations de KOH entre 25.1N-2N, et des concentrations de ETDA de 15-35% en volume ainsi que des concentrations d'éthanol de 70-90% sont à préférer. Les échantillons sont trempés dans la solution

pendant 10-30 secondes, puis sont rincés et séchés. Les ma-

tériaux sont stratifiés ensemble à haute température (340-

400"C) et sous une pression de 2 - 4 MPa. Le stratifié est

chauffé dans la presse, maintenu à température pendant u-

ne heure, refroidi à 200"C puis transféré à une presse à froid appliquant la même pression. Ainsi donc, et comme le montre la figure 9, le procédé préféré pour réaliser le stratifié de la présente invention comporte les étapes d'un 1 décapage alcalin du substrat de polyimide (Etape A), suivi du rinçage et du séchage du polyimide (étape B). Ensuite,

le stratifié est empilé, par exemple, suivant l'une quelcon-

que des dispositions représentées aux figures 4-8 (étape C), suivi de stratification sous pression et température éle-

vées (étape D).

Les exemples ci-après démontrent l'amélioration des caracté-

ristiques mécaniques et électriques dues à la présente in-

vention. Les traitements du polyimide comportent soit un

traitement //1 comportant un trempage de 30 secondes dans u-

ne solution 1N de KOH dans l'éthanol/eau (80/20) ou encore un traitement // 2 ccmportant un trempage de 15 secondes dans

une solution de 1N de KOH dans l'éthylène diamine/eau (15-

85).

I. CARACTERISTIQUES MECANIQUES

A. RESISTANCE A L'ARRACHEMENT DE LA LIAISON

Dans les exemples 1 et 2 ci-après, la résistance à l'arrache-

ment de la liaison entre les conducteurs de feuilles de cui-

vre et le matériau stratifié diélectrique de la présente in-

vention a été mesurée pour différents matériaux stratifiés.

Les expériences ont été effectuées conformément à la métho-

de d'essai n0 2.4.9, Révision A, en date de décembre 1982, de l'Institute of Interconnecting and Packaging Electronic

Circuits (IPC), auquel il est fait référence ici.

Si l'on examine le tableau 1, on voit que la résistance à l'arrachement indique nettement l'amélioration de la liaison due au microdécapage du matériau stratifié par rapport au

polyimide non décapé. Une résistance à l'arrachement régul-

lière entre le cuivre et le polyimide et dépassant 14 N/cm

est une caractéristique essentielle de la présente inven-

tion.

1 TABLEAU I (RESISTANCE A L'ARRACHEMENT DE LA LIAISON)

Exemple 1: PFA/cuivre renforcé par KAPTON/verre (Fig.4).

Conditions de stratification Traitement Résistance à Epaisseur apTempérature Pression du Kapton l'arrachement proximative du diélectrique 405 4 aucun 8.2+1.2 76

/1 15.2+1.2 96

1/2 16.1+.2 66

Exemple 2: TFA /cuivre renforcé par KAPTON/verre (fig.4).

Conditions de stratification Traitement Résistance a Epaisseur ap-

ieçrature Pression du Kapton l'arrachement proximative du diélectrique 345 4 aucun. 9.3 .5 94 f1 15.0 .3 91

//2 14.7?.2 91

B. STABILITE DIMENSIONNELLE

Aux exemples 3 et 4, la stabilité dimensionnelle des strati-

fiés de polymères fluoré/polyimide conformes à la présente invention a été vérifiée conformément à la méthode d'essai IPC n 2.2.4, Révision A, de décembre 1982, à laquelle il

est fait référence ici.

Si l'on examine le tableau I, on voit que les résultats ob-

tenus indiquent une excellente stabilité dimensionnelle avec

des variations dimensionnelles inférieures à 0,2%.

1 TABLEAU II (STABILITE DIMENSIONNELLE)

Exemple 3: PFA/cuivre renforcé par KAPTON/Verre Conditions de stratification Traitement Epaisseur approxi-

Température Pression d Kapton mativedu diélec-

trique Variation

dimension-

nelledi-

rection transversale d.la machine) 380 4 e1 64 -.18+.02 Exemple 4: PFA/cuivre renforcé par KAPRTON/verre Conditions de stratification Traitement Epaisseur approxi- Variation

Température Pression du Kapton mative du diélec- direction-

nelle(direc-

tion trans-

versale de la machine)

360 4 Y1 84 -.21 .02

C. FLEXIBILITE

Aux exemples 5 et 6, la flexibilité obtenue avec la présente invention a été mesurée conformément à la méthode d'essai IPC n 2.4.3, Révision 2, de décembre 1982, à laquelle ilest fait référence ici.

Si l'on examine le tableau III, on voit que les résultats

indiquent que le nombre de flexions avant rupture est rai-

sonnablement élevé. Ce résultat montre également que les matériaux les plus minces présentent le plus grand nombre

de flexions avant rupture.

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1 TABLEAU III (FLEXIBILITE)

Exemple 5: PFA/cuivre renforcé par KAPTON/Verre Conditions de stratification Traitement Epaisseur ap- Nombre de cycles Tempçérature Pression du Kapton proximative du de flexion avant

diélectrique rupture (intéri-

eur du circuit)

405 4 //1 68 3450

Exemple 6: PFA/cuivre renforcé par KAPTON/verre Conditions de stratification Traitement Epaisseur ap- Nombre de cycles Température Pression du Kapton proximative de flexion avant

du diélectri- rupture (intéri-

que eur du circuit) 360 4 aucun 84 1850

II. PROPRIETES ELECTRIQUES

- L'effet des couches de polymère fluoré renforcé par verre quant à l'amélioration des caractéristiques électriques du

stratifié pour circuits décrit ici constitue une caractéris-

tique significative de la présente invention. Quand une im-

pulsion de signal se déplace le long d'un conducteur dans un circuit, les champs électrique et magnétique engendrés

par l'impulsion s'étendent dans le matériau diélectrique en-

tourant le conducteur. Les champs sont les plus forts à l'in-

terface conducteur/diélectrique et s'affaiblissent lorsque

la distance par rapport au conducteur augmente. Les proprié-

tés du matériau diélectrique le plus proche du conducteur ont donc la plus grande influence sur ces champs et donc sur

les caractéristiques électriques du circuit (vitesse de pro-

pagation, impédance, etc.)

1 A. CONSTANTE DIELECTRIQUE REELLE:

La caractéristique électrique essentielle des matériaux stra-

tifiés pour circuits est nettement mise en évidence au ta-

bleau IV ci-après, o la constante diélectrique réelle d'un

circuit à ruban tel celui décrit à la figure 1 (c'est-à-di-

re polyimide/colle acrylique/cuivre) est comparée à la cons-

tante diélectrique réelle d'un circuit à ruban conforme à

la présente invention (figure 8 ou 8A). La constante diélec-

trique est une caractéristique physique et est donc propre à un matériau. Toutefois, la constante diélectrique réelle

( Eeff) est une valeur de constante diélectrique pour le ma-

tériau traversé par les champs électrique et magnétique de l'impulsion de signal. Avec la disposition à ruban, ces champs sont contenus dans le matériau diélectrique entre les plans de terre. C'est pourquoi les valeurs de la constante diélectrique réelle du ruban sont les plus proches de la constante diélectrique du substrat. Avec les dispositions

à microbande et coplanaires, les champs électrique et magné-

tique pénètrent dans l'air. Les valeurs coplanaires et pour

la microbande de teff indiquent la combinaison des constan-

tes diélectriques de l'air ( r = 1) et du matériau diélec-

trique. Avec la disposition coplanaire, c'est la contribu-

tion de l'air qui est dominante. Le tableau IV indique qu'une constante diélectrique réelle significativement plus basse est obtenue avec la présente invention par suite de l'existence de la couche d'hydrocarbure fluoré, renforcé par verre.

TABLEAU IV

Condtante diélectrique réelle ( E eff) pour dispositions à circuits à ruban Substrat &eff Kapton + colle acrylique 3.1 Kapton + hydrocarburefluoré renforcé par verre 2.5

1 B. IMPEDANCE CARACTERISTIQUE

L'impédance caractéristique (Z) d'un conducteur dans un cir-

o

cuit est une fonction de la largeur du conducteur,del'épais-

seur du diélectrique (entre le conducteur et la terre) et

des caractéristiques électriques du matériau diélectrique.

La figure 10 est un graphique reproduisant l'impédance ca-

ractéristique en fonction de la largeur de bande pour des

dispositions à ruban et à microbande d'un stratifié pour cir-

cuits conforme à la présente invention et pour un matériau stratifié semblable au stratifié de la figure 1, conforme

à la technique antérieure. Les résultats reproduits à la fi-

gure 10 permettent de tirer, au moins, les conclusions sui-

vantes: (a) Z0 augmente quand la largeur de bande diminue (b) L'impédance caractéristique d'un conducteur donné est plus élevée avec la disposition à microbande qu'avec la

disposition aà ruban.

(c) Pour la même largeur de bande et la même épaisseur de diélectrique, plus eff est faible et plus élevée est

l'impédance caractéristique. Par conséquent, des maté-

riaux à faible ceff,tels que le stratifié pour circuits de la présente invention présentent un avantage pour la fabrication des circuits (le procédé par soustraction), vu qu'ils peuvent répondre aux exigences d'impédance en utilisant des bandes plus larges qui sont plus faciles

à fabriquer.

En résumé, la couche de polymère fluoré renforcéepar verre propre à la présente invention,stratifiée sur un polyimide

tel que le Kapton et sur une pellicule conductrice de cui-

vre appropriée permet d'obtenir des améliorations remarqua-

bles et des caractéristiques dépassant celles des strati-

fiés pour circuits de la technique antérieure représentés

aux figures 1-3. En effet, si l'on compare le stratifié po-

1 lyimide /colle/cuivre (les colles mentionnées ici sont des

colles classiques, disponibles dans le commerce,qui sont gé -

néralement des acryliques ou des époxy) de la figure 1, le stratifié de la présente invention permet d'obtenir: (1) une constante diélectrique plus faible (2,5);

(2) une résistance à l'arrachement bonne ou meilleure (meil-

leure que 8 pli) entre le cuivre et le substrat de po-

lyimide; (3) une stabilité dimensionnelle bonne ou meilleure;

(4) des caractéristiques de température bonnes ou meilleu-

res; et

(5) une impédance caractéristique plus élevée.

D'autre part, si l'on compare au stratifié polyimide/poly-

mère fluoré/cuivre de la figure 2, le stratifié de la pré-

sente invention permet d'obtenir: (1) une résistance à l'arrachement de la liaison fortement

améliorée (supérieure à 3 pli) entre le cuivre et le po-

lymère fluoré; (2) une stabilité dimensionnelle fortement améliorée;

(3) des caractéristiques de température bonnes ou meilleu-

res; (4) une constante diélectrique bonne ou meilleure; et

(5) une impédance caractéristique bonne ou meilleure.

Enfin, si l'on compare le matériau stratifié connu de la fi-

gure 3, on voit que le stratifié de la présente invention permet d'obtenir: (1) une stabilité dimensionnelle améliorée;

(2) une épaisseur réduite et, par conséquent, une flexibili-

té améliorée; (3) des coûts plus faibles vu que les polyimides revêtus d'hydrocarbure fluoré ne sont plus nécessaires; (4) un contrôle de qualité amélioré; (5) une constante diélectrique aussi bonne; et

(6) une impédance caractéristique aussi bonne.

Claims

1 REVENDICATIONS 1. Matériau stratifié pour circuits comprenant: une première couche de pellicule de polyimide; une première pellicule de polymère fluoré renforcé par verre sur ladite premiere couche de pellicule de oo- lymère fluoré; une premiere feuille conductrice, disposée sur au moins une partie de ladite pellicule de polymère fluoré renforcé par verre. 2. Matériau pour circuits selon la revendication 1, o la- dite première feuille conductrice est du cuivre. 3. Matériau pour circuits selon la revendication 1, o la- dite première couche de pellicule de polymère fluoré ren- forcé par verre est une pellicule de polymère fluoré choisi dans le groupe comprenant un tripolymère de tétra- fluoréthylène (TFE), de l'hexafluorpropylène (HFP) et de perfluorovinyléther (PVE) ou d'un copolymère de TFE et d'hexafluoropropylène (HFP). 4. Matériau pour circuits selon la revendication 1 ou 3,ca- ractérisé en ce que la première couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre contient entre envi- ron 4 et environ 30% en poids de verre. 5. Matériau pour circuits selon la revendication 4, carac- térisé en ce que ledit verre est du microverre. 6. Matériau pour circuits selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite première couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre a une épaisseur com- prise entre environ 25 et environ 50 Pm. 1 7. Matériau pour circuits selon la revendication 1, compre- nant une seconde couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre disposée sur au moins une partie de ladite première couche de pellicule de polyimide, et une seconde feuille de matériau conducteur, dispo- sée sur ladite seconde couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre 8. Matériau pour circuits selon la revendication 7, carac- térisée en ce que ledit matériau conducteur est du cui- vre. 9. Matériau pour circuits selon l'une des revendications 1 a 8, comportant: une troisième couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre, disposée sur la face de ladite pre- mière feuille conductrice opposée à ladite première cou- che de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre,et une seconde couche de pellicule de polyimide disposée sur ladite troisième couche de pellicule de polymère flu- oré renforcé par verre. 10. Matériau pour circuit selon la revendication 9, compor- tant: À25 une quatrième couche de pellicule de polymère fluo- ré renforcé par verre, disposée sur au moins une partie de ladite seconde couche de pellicule de polyimide,et une troisième feuille de matériau conducteur, dispo- sée sur ladite quatrième couche de pellicule de polymè- re fluoré renforcé par verre. 11. Matériau pour circuits selon la revendication 10, carac- térisé en ce que ledit matériau conducteur est du cuivre. 12. Procédé pour r6aliser un stratifié flexible, comprenant les étapes de: 1 former une première couche de pellicule de polyimide ayant des surfaces opposées; décaper une première surface de ladite première pellicu- le de polyimide; placer une pellicule de polymère fluoré renforcé par ver- re sur ladite surface décapée de ladite pellicule de po- lyimide; placer une feuille conductrice sur au moins une partie de ladite pellicule de polymère fluoré renforcé par ver- re, et d'assembler par stratification ladite feuille de polyimi- de/ pellicule de polymère fluoré renforcé par verre/ feuille conductrice, de manière à obtenir un matériau stratifié pour circuit. 13. Procédé selon la revendication 12, comportant les étapes de: rincer ladite surface décapée, et sécher ladite surface décapée avant de placer ladi- te pellicule de polymère fluoré renforcé par verre sur ladite surface décapée. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit décapage est un décapage alcalin. 15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit décapage est un microdécapage. 16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit décapage alcalin utilise du KOH dans l'éthanol/eau ou de KOH dans l'éthylène diamine/eau. 17. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite première feuille conductrice est du cuivre. 23 2584886 1 18. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite première couche de pellicule de polymère flu- oré renforcé par verre est une pellicule de polymère fluoré choisi dans le groupe comprenant un tripolymère de tétrafluoréthylène (TFE), d'hexafluoropropylène(HFP) et de perfluorovinyléther (PVE) ou un copolymère de TFE et d'hexafluoropropylène (HFP). 19. Procédé selon la revendication 12 ou 18, caractérisé en ce que ladite première couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre contient entre environ 4 et environ 30% en poids de verre. 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que ledit verre est un microverre. 21. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite première couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre a une épaisseur comprise entre envi- ron 25 et environ 50 pm. 22. Procédé selon la revendication 12, comportant les étapes de: décaper une seconde surface opposée de ladite première pellicule de polyimide; placer une seconde couche de pellicule de polymère fluo- ré renforcé par verre sur ladite seconde surface déca- pée opposée de ladite première pellicule de polyimide;et de placer une seconde feuille de matériau conducteur sur ladite seconde couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre; 23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que ledit matériau conducteuli est du cuivre. 1 24. Procédé selon la revendication 12, comprenant les éta- pes de: former une seconde couche de pellicule de polyimide ay- ant des surfaces opposées; décaper une première surface de ladite seconde pelli- cule de polyimide; placer une troisième couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre sur la face de ladite première couche conductrice opposée à ladite première couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre; et placer ladite seconde couche de pellicule de polyi- mide décapée sur ladite troisième couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre. 25. Procédé selon la revendication 22, comprenant les éta- pes de: former une seconde couche de pellicule de polyimide ayant des surfaces opposées; décaper une première surface de ladite seconde pel- licule de polyimide; placer une troisième couche de pellicule de polymè- re fluoré renforcé par verre sur la face de ladite pre- mière couche conductrice opposée à ladite première cou- che de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre, et de placer ladite seconde couche de pellicule de po- lyimide dépacée sur ladite troisième couche de pellicu- le de polymère fluoré renforcé par verre. 26. Procédé selon la revendication 24, comprenant les éta- pes de: décaper une seconde surface opposée de ladite seconde pellicule de polyimide; placer une quatrième couche de pellicule de polymè- re fluoré renforcé par verre sur ladite seconde surface

1 opposée décapée de ladite seconde pellicule de polyimi-

de; et

de placer une troisième feuille de matériau conduc-

teur sur ladite quatrième couche de pellicule de poly-

mère fluoré renforcé par verre. 27. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce

que ledit matériau conducteur est du cuivre.

28. Procédé selon la revendication 25, comprenant les éta-

pes de:

décaper une seconde surface opposée de ladite secon-

de pellicule de polyimide; placer une quatrième couche de pellicule de polymère fluoré renforcé par verre sur ladite seconde surface

opposée décapée de ladite seconde pellicule de polyimi-

de; et placer une troisième feuille de matériau conducteur sur ladite quatrième couche de pellicule de polymère

fluoré renforcé par verre.