FR2609231A1

FR2609231A1 - Procede pour fabriquer une plaque de circuits imprimes a couche epaisse

Info

Publication number: FR2609231A1
Application number: FR8716803A
Authority: FR
Inventors: Shiro Ezaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-03
Filing date: 1987-12-03
Publication date: 1988-07-01
Anticipated expiration: 2007-12-03
Also published as: KR880008720A; FR2609231B1; DE3741200A1; KR920003399B1; JPS63141388A; US4991284A

Abstract

PROCEDE POUR FABRIQUER UNE PLAQUE DE CIRCUITS IMPRIMES A COUCHE EPAISSE. LE PROCEDE CONSISTE A FORMER UNE COUCHE RESISTIVE OU OHMIQUE 12 SUIVANT UN TRACE PREDETERMINE SUR UNE PLAQUE DE BASE ISOLANTE 10, A FORMER UNE PREMIERE COUCHE CONDUCTRICE 14 SUR LA PLAQUE DE BASE ISOLANTE 10, PRES DE LA COUCHE OHMIQUE 12, EN MENAGEANT UN INTERVALLE DE LARGEUR PREDETERMINEE ENTRE ELLES ET A FORMER UNE SECONDE COUCHE CONDUCTRICE 26 DANS L'INTERVALLE ET DE MANIERE A CHEVAUCHER SUR UNE PARTIE DE LA COUCHE OHMIQUE 12 ET DE LA PREMIERE COUCHE CONDUCTRICE 14 AFIN D'ETABLIR UNE LIAISON ELECTRIQUE ENTRE LA COUCHE OHMIQUE 12 ET LA PREMIERE COUCHE CONDUCTRICE 14.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé

pour fabriquer une plaque ou une platine de circuits impri-

més à couche épaisse.

Récemment, on a utilisé des platines ou des plaques de circuits imprimés à couche épaisse pour produire des circuits intégrés hybrides appelés à être utilisés dans certains appareillages électroniques. Dans un tel circuit intégré hybride, la platine de circuits imprimés à couche épaisse --comporte des- résistances et des fils de connexion qui présentent la forme de minces pellicules produites à la surface d'une plaque de base isolante par un procédé

d'impression tel que la sérigraphie, par exemple. Les ré-

sistances sont constituées par une pellicule de matière présentant une certaine résistance électrique imprimée sur la plaque de base. D'autre part, les fils de connexion sont

constitués par une matière conductrice imprimée sur la pla-

que de base. On monte les composants électroniques prévus, tels que les condensateurs, les transistors, etc.. sur la

plaque et on les relie à la pellicule conductrice consti-

tuant les fils de câblage qui assurent leur interconnexion.

Cette plaque de circuits imprimés à couche épais-

se a eu beaucoup de succès car elle permet d'alléger le

poids et de réduire les dimensions des appareillages élec-

troniques. En se référant maintenant à la figure 1 du dessin annexé, on va décrire d'abord un procédé classique pour fabriquer une telle plaque ou platine de circuits imprimés

à couche épaisse. Ce procédé conventionnel consiste à pré-

parer une plaque de base isolante 10 en une céramique, telle que l'alumine (A1203), et à produire une couche résistive ou ohmique 12 et une couche conductrice 14 sur la plaque de base 10. On forme les couches ohmique 12 et conductrice 14 sur la plaque de base 10 par un procédé de sérigraphie en utilisant respectivement une pâte présentant une certaine

résistance électrique et une pâte conductrice. La pâte ohmi-

que peut contenir, par exemple, de l'oxyde de ruthénium (Ru02) en poudre et une fritte de verre. La pâte conductrice pourrait contenir, par exemple, de la poudre de cuivre (Cu) ou de

la poudre d'argent et de palladium (Ag/Pd).

On commence par imprimer par sérigraphie la pâte ohmique sur la plaque de base 10, on la sèche et on la fixe à une température d'environ 800-900 C dans l'air

ou dans une atmosphère d'oxyde gazeux pour former la pel-

licule ohmique 12. Ensuite, on applique par sérigraphie la pâte conductrice sur la plaque de base 10, on la sèche et on la fixe dans une atmosphère non-oxydante, par exemple, dans l'azote, à une température d'environ 500-700 C afin

de former ainsi une série de couches conductrices 14.

On dispose deux couches conductrices données 14 devant être reliées à des couches ohmiques 12 de façon que leurs extrémités chevauchent les extrémités des couches ohmiques 12. On ajuste ensuite la résistance de la couche ohmique 12 par abrasion au moyen d'un rayon laser ou par sablage. On imprime ensuite par sérigraphie une pellicule isolante en résine de silicone sur la couche ohmique 12 et sur la couche conductrice 14, puis on les durcit à une

température d'environ 100-120 C de façon à former une pelli-

cule protectrice 16. Cette pellicule 16 couvre toute la plaque de circuits imprimés sauf les parties appelées à

être connectées au composant 18. Le composant 18 est con-

necté aux couches conductrices voulues par des soudures 20. Ce panneau de circuits imprimés à couche épaisse

pourrait être pourvu de broches (non représentées) permet-

tant de le raccorder à d'autres circuits. De plus, le pan-

neau de circuits imprimés à couche épaisse et le composant électronique 18 monté sur celui-ci pourraient être couverts d'une autre pellicule isolante (non représentée) à base

de résine, destinée à protéger toute la surface de la pla-

que et du composant 18.

Toutefois, le procédé classique mentionné ci-

dessus pour produire une telle plaque de circuits imprimés à couche épaisse présente un inconvénient qui est décrit ci-après: La couche conductrice 14 est formée sur la pia-

que de base 10 après la formation de la couche ohmique 12.

Les opérations sérigraphiques pour produire ces couches sont exécutées avec des clichés d'impression. Or, sur le cliché servant à imprimer la couche 14 l'intervalle entre

les deux couches conductrices voulues devant être connec-

tées à la couche ohmique 12 est plus court que la longueur

de la couche ohmique 12. De ce fait, les extrémités res-

pectives des deux couches conductrices données 14 sont re-

liées aux extrémités de la couche ohmique 12.

Or, si un intervalle ou un déplacement se pro-

duit entre la plaque de base et le cliché sérigraphique

durant l'impression soit de la couche 12, soit de la cou-

che 14, la partie recouvrante joignant la couche conductri-

ce 14 à la couche ohmique 12 peut augmenter ou bien le de-

gré de recouvrement peut devenir insuffisant. Dans ie cas d'un cisaillement qui a pour conséquence un recouvrement

insuffisant, le défaut est difficile à déceler car la par-

tie de la couche 12 correspondant à l'intervalle entre les

couches conductrices peut se déplacer sous l'effet du ci-

saillement, mais sa longueur ne varie pas.

En conséquence, une plaque de circuits imprimés à couche épaisse fabriquée par le procédé traditionnel est

exposée à ce que la liaison soit inférieure entre la cou-

che ohmique 12 et la couche conductrice 14.

Le but de la présente invention est d'apporter un procédé pour fabriquer une plaque de circuits imprimés

à couche épaisse dans laquelle la couche ohmique et la cou-

che conductrice peuvent être reliées l'une à l'autre de

manière sûre par des moyens relativement simples.

Selon la présente invention, un procédé pour fabriquer une plaque de circuits imprimés à couche épaisse qui comprend une couche ohmique formée suivant un tracé

prédéterminé sur une plaque de base isolante; et une pre-

mière couche conductrice formée sur cette base isolante est caractérisé en ce que ladite couche conductrice est formée près de la couche ohmique en ménageant un interval- le ayant une largeur prédéterminée entre elles; et en ce qu'une seconde couche conductrice est formée dans ledit intervalle et recouvre une partie de la couche ohmique et la première couche conductrice afin d'établir un contact électrique entre la couche ohmique et la première couche conductrice.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront de la description qui va suivre, en

référence au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe d'une plaque de circuits imprimés à couche épaisse fabriquée selon un procédé classique; les figures 2A, 2B et 2C sont des vues en coupe illustrant les étapes successives de la fabrication d'une plaque de circuits imprimés conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2D est une vue en coupe illustrant un dispositif hybride réalisé avec une plaque de circuits

imprimés à couche épaisse tel celui représenté sur les figu-

res 2A, 2B et 2C et sur laquelle est monté un composant électrique; la figure 3 est une vue en plan montrant la couche ohmique et la couche conductrice qui doivent être reliées à la couche ohmique de la figure 2A; la figure 4 est une vue en plan montrant les couches ohmiques et conductrices reliées par les couches de laision de la figure 2B; et la figure 5 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention sur lequel est monté un élément électrique et constituant un circuit intégré

hybride.

Sur la figure 2a, on prépare une plaque de base isolante 10, faite d'une céramique, telle que l'alumine (A1203), une pâte résistante contenant, par exemple, de

l'oxyde de ruthéniumn(Ru02) en poudre et une fritte de ver-

re, et une pâte conductrice contenant, par exemple, de la

poudre de cuivre (Cu).

On commence par appliquer sur la plaque de base , par sérigraphie, la pâte à résistance ou ohmique que l'on sèche et fixe à une température d'environ 800-900 C dans l'air ou dans une atmosphère d'oxyde gazeux, formant

ainsi une couche résistive ou ohmique 12. Ensuite, on appli-

que par sérigraphie la pâte conductrice, que l'on sèche et durcit à une température d'environ 500-700 C en opérant aussi dans une atmosphère gazeuse inactive ou réductrice, par exemple, dans l'azote. Ainsi est formée la première couche conductrice 14, constituant le câblage conducteur.

Les opérations de sérigraphie pour produire la couche ohmi-

que 12 et la première couche conductrice 14 sont exécutées

en utilisant des clichés sérigraphiques (non représentés).

On donne à la couche ohmique 12 une forme rec-

tangulaire ayant une longueur L et une largeur déterminée,

comme le montre la figure 3. La largeur de la première cou-

che conductrice 14 n'est pas critique. Une paire prédéter-

minée de premières couches conductrices 14a et 14b appe-

lées à être reliées à la couche ohmique 12 sont pourvues de portées 22a et 22b adjacentes à la couche ohmique 12, comme le montre la figure 3. La largeur des portées 22a

et 22b est calculée pour être égale ou supérieure à la lar-

geur de la couche ohmique 12 quand la largeur des premières

couches conductrices 14a et 14b est différente de la lar-

geur de la couche ohmique 12. La longueur des deux portées

22a et 22b est la même, par exemple, d'environ 0,5 mm.

Sur le cliché sérigraphique destiné à l'impres-

sion de la première couche conductrice 14, l'intervalle

entre les deux portées 22a et 22b est, dans une mesure pré-

déterminée, supérieur à la longueur L de la couche ohmique 12, par exemple, d'environ 0,4 mm. I1 en résulte que les portées 22a et 22b des premières couches conductrices 14a

et 14b sont séparées de la couche ohmique 12 par des inter-

valles 24a et 24b situés, respectivement, entre la couche

ohmique 12 et les portées 22a et 22b.

On applique à nouveau la pâte conductrice par

sérigraphie sur la plaque de base 10 aux positions corres-

pondant aux intervalles 24a et 24b, comme le montre la fi-

gure 2(B). On sèche cette pâte conductrice et on la durcit à une température d'environ 500-700 C, en opérant aussi dans une atmosphère inerte ou reéductrice, par exemple,

dans l'azote. Ainsi sont formées les secondes couches con-

ductrices 26a et 26b. L'opération sérigraphique pour pro-

duire les couches 26a et 26b est aussi exécutée avec un

cliché (non représenté).

Les secondes couches ohmiques 26a et 26b connec- tent la couche ohmique 12 aux premières couches conductrices 14a et 14b par les portées 22a et 22b, respectivement, comme

le montrent la figure 2(B) et la figure 4.

On ajuste ensuite la valeur ohmique de la couche résistive 12 au moyen d'un faisceau laser ou par un sablage

au jet.

Ensuite, une pellicule isolante, faite d'une résine de silicone est appliquée par sérigraphie et durcit à une température d'environ 100-120 C. Il se forme ainsi une pellicule de protection 16 que l'on voit sur la figure 2(C). Cette pellicule 16 couvre toute la plaque de circuits

imprimés, -à l'exception des parties appelées à être connec-

tées à un composant électrique ou électronique 18. Le compo-

sant 18 est relié aux couches conductrices 14 prévues par

des soudures 20. On obtient ainsi un circuit intégré hybri-

de, comme celui que montre la figure 2(D).

Dans le présent mode de réalisation du procédé

de l'invention, les portées 22a et 22b des couches conduc-

trices 14a et 14b appelées à être reliées à la couche ohmi-

que 12 sont séparées de cette couche ohmique 12. En d'autres

termes, les portées 22a et 22b ne chevauchent pas la cou-

che ohmique 12. Ceci est dû à ce que l'intervalle entre les portées 22a et 22b est plus grand que la longueur L de la couche ohmique 12 dans une mesure prédéterminée, par

exemple, d'environ 0,4 mm, comme il a été indiqué plus haut.

Il en résulte que la présente d'une coupure

ou d'une solution de continuité entre le tracé de la cou-

che ohmique 12 et la première couche conductrice 14 peut

être facilement détectée après l'impression de cette cou-

che 14.

Quand une telle coupure se produit, par exemple, du fait d'un déplacement vers la droite, selon la figure

3, du tracé de la première couche conductrice 14, la lon-

gueur la de l'intervalle 24a devient inférieure à la lon-

gueur lb de l'intervalle 24b. C'est ainsi, par exemple, que les longueurs la et lb deviennent respectivement 0,lmm et 0,3mm quand le tracé de la première couche conductrice 14 se décale vers la droite de 0,1mm. Or, la différence entre 0,lmm et 0,3mm se distingue très facilement de sorte

que ce défaut est facilement détecté.

La détection du défaut peut être rendue encore plus aisée en adoptant des couleurs différentes pour la

plaque de base 10, la couche ohmique 12 et la première cou-

che conductrice 14. A cette fin on pourrait adopter comme couleurs pour la plaque de base 10 et la couche ohmique

12 le blanc et le noir ou d'autres couleurs contrastées.

Il est clair que la première couche conductrice 14 présente

normalement la couleur du cuivre.

Une autre coupure peut se produire entre la seconde couche conductrice 26 et la couche ohmique 12 ou la première couche conductrice 14. Toutefois, ce défaut

peut aussi être facilement décelé.

Quand la coupure se produit, de sorte que le tracé de la seconde couche conductrice 26 se décale, par exemple, vers la droite selon la figure 4, la longueur lc

de la partie 22a qui reste non-couverte par la seconde cou-

che conductrice 26a devient supérieure à la longueur ld de la partie 22b apparaissant non-couverte par la seconde couche conductrice 26b. C'est ainsi, par exemple, que la longueur des parties 24a, 24b, des intervalles 24a, 24b et la longueur de la seconde couche conductrice 26a, 26b pourrait être respectivement 0,5mm, 0,2mm et 0,8mm dans le mode de réalisation ci-dessus. Quand le tracé de la seconde couche conductrice 26 se décale vers la droite de 0,lmm par rapport à sa position normale, les longueurs lc et ld sont respectivement 0,3mm et 0,1mm. Or, la différence entre 0,3mm et 0,lmm est très apparente. En conséquence, la coupure de la seconde couche conductrice 26 peut être facilement détectée. Les deux couches conductrices 14 et 26 sont faites de la même pâte conductrice. En conséquence, elles

ont toutes deux la même couleur, notamment celle du cuivre.

Toutefois, la largeur des couches conductrices 26a et 26b a été choisie supérieure à la largeur des parties 22a et 22b. De ce fait, lorsque les parties 22a, 22b ne sont pas couvertes par les secondes couches conductrices 26a, 26b,

ceci peut être facilement décelé. En conséquence, une inter-

ruption ou une coupure de la seconde couche conductrice

26 peut aussi être facilement détectée.

En se référant maintenant à la figure 5, on voit un autre mode de réalisation de la présente invention pour fabriquer une plaque de circuits imprimés à couche épaisse. Tout d'abord, on forme une couche résistive ou ohmique 12, c'est-à-dire, une pellicule présentant une

certaine résistance électrique.

Ensuite, on forme la première couche conductrice

14, c'est-à-dire, le câblage. On prévoit aussi sur les pre-

mières couches conductrices 14 appelées à être reliées à la couche ohmique 12 des parties ou portées 22a et 22b, comme le montre la figure 3. L'intervalle entre les portées

22a et 22b est choisi supérieur à la longueur L de la cou-

che ohmique 12 d'environ 0,4mm.

Ensuite, on applique par sérigraphie la pâte

de verre isolante sur la plaque de base 10 de façon à cou-

vrir la couche conductrice voulue 14c. On sèche la pâte

de verre isolante et on la durcit à une température d'en-

viron 500-700 C dans une atmosphère inerte ou réductrice,

par exemple, dans l'azote en formant ainsi la couche iso-

lante 28.

Ensuite, on applique à nouveau par sérigraphie la pâte conductrice sur la plaque de base 10 aux positions

correspondant aux intervalles 24a, 24b et à la couche iso-

lante 28. On sèche et on durcit la pâte conductrice à une température d'environ 500-700 C, aussi dans une atmosphère inerte ou d'un gaz réducteur, tel que l'azote. Ainsi sont formées les secondes couches conductrices 26a, 26b et 26c. Les secondes couches conductrices 26a et 26b connectent la couche ohmique 12 aux portées 22a et 22b des premières couches conductrices prévues 14a et 14b, comme le montre la figure 4. La seconde couche conductrice 26c connecte les premières couches conductrices 14 séparées de la première couche conductrice prévue 14c. La seconde couche conductrice 26c est isolée de la première couche conductrice 14c par une couche isolante 28. En conséquence la seconde couche conductrice 26c joue le rôle d'un "cavalier"

par rapport à la couche 14c.

On ajuste ensuite la résistance électrique de la couche ohmique 12 par abrasion au moyen d'un faisceau

laser ou d'un jet de sablage.

On applique maintenant par sérigraphie une pel-

licule isolante de résine de silicone que l'on durcit à

une température d'environ 100-120 C, formant ainsi une cou-

che protectrice 16. La couche protectrice 16 couvre toute la plaque de circuits imprimés à l'exception des parties appelées à être connectées à un composant ou à un élément 18. Le composant 18 est relié aux couches conductrices 14 voulues par des soudures 20. On obtient ainsi un circuit

intégré hybride.

Dans la plaque de circuits intégrés à couche

épaisse représentée sur la figure 1, fabriquée par le pro-

cédé classique, la couche résistive ou ohmique 12 est direc-

tement reliée à la couche conductrice 14. Par contre, dans la plaque de circuits imprimés à couche épaisse produit

selon le procédé de la présente invention, la couche ohmi-

que est reliée à la première couche conductrice 14 par une seconde couche conductrice 26. En conséquence, le procédé de fabrication conforme à la présente invention exige une procédure supplémentaire, comparativement à la technique classique. Toutefois, les plaques de circuits imprimés à

couche épaisse ont souvent besoin du cavalier du câblage.

Dans le second mode de réalisation, représenté sur la figure 5, les secondes couches conductrices 26a et 26b pour connecter la couche conductrice 12 sont produites

en même temps que le cavalier de câblage de la seconde cou-

che conductrice 26c. En conséquence, le procédé de fabrica-

tion conforme à la présente invention ne présente pas d'in-

convénient particulier dans le cas o un fil-cavalier est

formé sur la plaque de circuits imprimés à couche épaisse.

Dans les modes de réalisation précédents, l'in-

tervalle entre les premières couches conductrices voulues 14a et 14b est choisi supérieur à la longueur L de la couche

ohmique 12 d'une quantité déterminée, par exemple, de 0,4mm.

Toutefois, cet intervalle pourrait aussi avoir la même lon-

gueur L. que la couche résistive 12. Dans ce cas, quand une coupure se produit entre la première couche conductrice 14 et la couche ohmique 12, un intervalle se forme entre la couche 12 et l'une des portées 22a, 22b. L'autre de ces deux portées 22a, 22b chevauche sur la couche 12. Ainsi,

le défaut peut être facilement décelé.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée

au mode de réalisation qui vient d'être décrit et repré-

senté. On pourra y apporter de nombreuses modifications

de détail sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

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Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé pour fabriquer une plaque de cir-

cuits imprimés à couche épaisse qui consiste à former une couche résistive ou ohmique (12) suivant un tracé donné sur une plaque de base isolante (10), et à former une pre-

mière couche conductrice (14) sur la plaque de base isolan-

te (10), caractérisé en ce qu'on forme la couche conductri-

ce (14) près de la couche ohmique (12) en ménageant un in-

tervalle prédéterminé entre elles; et en ce qu'on forme une seconde couche conductrice (26) dans ledit intervalle

et de manière à chevaucher sur une partie de la couche ohmi-

que (12) et de la première couche conductrice (14) afin

d'établir une connexion électrique de ces deux couches.

2 - Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'étape de formation de la première couche conductrice (14a, 14b) implique une étape consistant à former une partie séparée (14c) de la première couche conductrice (14a, 14b) en ménageant un espace entre la partie séparée

(14c) et, au moins, une partie du reste de la première cou-

che conductrice (14a, 14b), la procédure incluant aussi une étape consistant à former une couche isolante (28) dans

cet espace et sur la partie séparée afin d'isoler électri-

quement la partie séparée (14c) de la partie restante, après l'étape de formation de la première couche conductrice (14a,

14b).

3 - Procédé selon la revendication 2, caracté-

risé en ce qu'il inclut aussi une étape consistant à former une couche conductrice formant cavalier (26c) sur la couche

isolante (28) après l'étape de formation de la couche iso-

lante (28).

4 - Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'étape de formation de la couche ohmique

(12) inclut une étape consistant à déposer une pâte résis-

tance du point de vue électrique sur la plaque de base iso-

lante (10), à sécher cette pâte et à chauffer la plaque de base (10) à une température comprise entre 800 et 900 C environ. - Procédé selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que l'étape consistant à déposer la pâte ohmi-

que inclut une étape dans laquelle on combine de la pou-

dre d'oxyde de ruthénium avec une fritte de verre pour for-

mer la pâte ohmique.

6 - Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les étapes de formation de la couche ohmique (12), de formation de la première couche conductrice (14)

et de formation de la seconde couche conductrice (26) in-

clut, pour chaque couche (12,14,26) une étape d'impression

sérigraphique de la couche considérée (12,14,26).

7 - Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'il comprend aussi des étapes d'ajustage de la

couche ohmique (12).

8 - Procédé selon la revendication 7, caractéri-

sé en ce que l'étape d'ajustage consiste à traiter la cou-

che ohmique (12) avec un faisceau laser YAG ou autre.

9 - Procédé selon la revendication 7, caractéri-

sé en ce que l'étape d'ajustage inclut une étape de sabla-

ge de la couche ohmique (12).

- Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il inclut aussi une étape consistant à mon-

ter des composants électriques ou électroniques (18) sur

la première couche conductrice (14).